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首页 > 舰船和海洋工程用铜合金金属腐蚀专题 > 腐蚀行为
总体概况
铜镍合金在海水中的腐蚀速率主要取决于其表面的腐蚀产物膜的性质，凡是能影响其腐蚀产物膜的形成过程、形成速度、膜层成分、结构及保护性能的因素，都能影响铜镍合金在海水中的耐蚀性。目前国内外学者对铜镍合金在海水中耐蚀性影响因素问题进行了大量有效而细致的研究[48, 50, 53, 55, 58, 98-104],从环境角度分析，这些因素包括海水介质的高盐度、某些海域的高含砂量、海生物导致的海水酸化和长期高流速海水冲刷等；从材料角度分析，合金元素含量、形变及热处理后微观组织结构的变化、晶界结构等都会影响铜镍合金在海水中的腐蚀产物膜的形成和性质，从而影响铜镍合金在海水环境中的耐蚀性。
盐度和溶解氧
海水环境中盐度直接影响海水介质的含氧量和电导率。海水盐度的增加，海水电导率提高，含氧量降低。海水电导率和溶解氧的逆向变化，导致某个盐度下存在一个腐蚀速率的峰值。因此在不同海域，由于海水含盐量的不同，腐蚀速率存在很大的波动。而海水的潮汐变化，海洋植物的光合作用都会增加海水中溶解氧含量。对于在海水中不易发生钝化的金属材料，海水中溶解氧含量越高，金属在海水介质中的腐蚀速率越高，而对于在海水中容易发生钝化或产生保护性腐蚀产物膜的金属材料，氧含量的增加则有利于钝化膜或腐蚀产物膜的形成和修补。对于铜镍合金，在充足氧气的海水中可以迅速形成一层保护性氧化膜，而在除氧的海水中成膜速率几乎为零。
温度
温度的波动导致金属材料腐蚀速率的变化，可能是由于多方面原因造成的。随着温度的变化，海洋环境中海生物活动能力会改变，海水离子种类和浓度也会发生剧烈变化。Wang研究了温度对B30铜镍合金在20 oC~80 oC海水中腐蚀行为的影响，发现B30铜镍合金腐蚀速率随温度的升高而增大，并出现了铜元素选择性溶解的现象，腐蚀产物膜中镍含量明显升高且高于基体中镍的含量。Ezuber研究了温度对B10铜镍合金在硫污染海水中腐蚀速率的影响，发现在25 oC到80 oC范围内，随着温度上升，B10铜镍合金腐蚀速率明显升高，在25 oC时污染的硫化物促进了腐蚀速率的提高，而在50 oC到80 oC范围内硫化物的作用从促进腐蚀速率提高向降低腐蚀速率转变。
pH值
海水pH值的水平受控于海水碳酸盐体系的解离平衡，大洋海水的pH值一般维持在7.8~8.4之间，与其它各种天然水源相比是相对稳定的。但是海水pH值会受到物理化学和生物地球化学等因素的影响，尤其是在近岸河口地区，由于陆源营养盐和污染有机质的输入，引发海洋浮游生物大量繁殖和死亡，导致海水的pH值随生物生长和死亡周期性变化。铜镍合金在海水环境中服役必然面临酸性、中性和碱性的海水的腐蚀。迟长云研究了B30铜镍合金在不同电位极化后试样在不同pH值的氯化钠溶液中腐蚀行为，发现B30铜镍合金在碱性溶液中比酸性和弱碱溶液中耐蚀性更好，在pH值<3的强酸溶液中，B30材料表面以脱镍为主要腐蚀形式，无法形成保护性氧化膜；在pH值>12的强碱溶液中B30材料表面以存在脱铜和脱镍两种腐蚀形式，由于高浓度的OH-抑制了氧的还原反应，试样表面无法形成腐蚀微电池，腐蚀速度下降；而在pH值为5 ~ 9条件下B30材料表面容易生成致密的保护性氧化膜。
硫化物
海水环境中的硫化物主要源于海水中腐烂的动植物、工业废水废渣、硫酸盐还原菌。在除氧和未除氧的硫化物污染海水中，铜镍合金都表现出加速腐蚀的失效现象。Macdonald研究了硫化物浓度对B10和B30铜镍合金在流动海水中腐蚀规律，结果发现，在硫化物污染海水中铜镍合金表面生成了多孔，非保护性的硫化亚铜膜，在除氧条件下铜镍合金自腐蚀电位负移，氢离子的还原成为阴极反应的主要形式。Eiselstein比较了铜镍合金在除氧、硫化物污染海水，未除氧、未污染海水和先暴露于污染海水再暴露于未污染海水中的腐蚀规律。研究结果表明，在未除氧的海水中，硫化物污染的海水对铜镍合金腐蚀性更强，而且溶解的硫化物不仅迅速加速铜镍合金的腐蚀速率，而且通过形成多孔的硫化亚铜膜阻碍正常保护性氧化膜的生成。Alhajji研究了硫化物浓度对铜镍合金腐蚀速率的影响，发现铜镍合金腐蚀速率随硫化浓度的提高而逐渐提高，在这个过程中溶解的硫化物扮演了加速铜镍合金表面阴阳极反应的角色，腐蚀产物膜由CuS逐渐转变为Cu2S.
海生物
海水环境中的海生物腐蚀主要是由三类海生物附着和污损材料表面造成的。这三类海生物分别为各类细菌和藻类、柔软生长物如海绵体、硬质海洋生物如藤壶。海生物腐蚀的发生主要源于微生物附着于海水环境中的材料表面，微生物繁殖形成微生物膜，之后宏观海生物幼体依附于微生物膜表面逐渐生长，导致材料表面逐渐被海生物覆盖，宏观海生物死亡后腐烂，此时微生物大量繁殖，在海水环境中阻碍材料表面海水流动，增加紊流出现的几率，同时由于海生物膜分布及其本身结构的不均匀，导致氧浓差电池的产生。海生物的新陈代谢产生硫化物，并酸化海水，改变了金属和海水的界面性质，会引起了严重的局部腐蚀。Efird研究了B10和B30两种铜镍合金在实海环境中暴露3年和5年后的海生物腐蚀状况，结果发现暴露3年仅有轻微的宏观海生物附着，暴露5年海生物附着膜则覆盖了铜镍合金表面的70 % .Yuan等研究了一种海洋微生物假单细胞菌对B30铜镍合金海生物腐蚀状况，结果表明这种假单细胞菌存在时B30铜镍合金腐蚀速度明显提高，这种海洋微生物附着于合金表面形成微生物膜，诱发微小蚀坑，改变了铜镍合金表面保护性腐蚀产物膜的结构，削弱了腐蚀产物膜的保护性。
冲刷速度
流速是影响冲刷腐蚀的重要因素。增大流速一方面可以加速传质过程，将更多去极化剂（O2,H+）或缓蚀剂分子输送到材料表面，从而加速材料的腐蚀或者促进材料钝化以及加快缓蚀剂在材料表面的吸附成膜，另一方面流体对材料表面的剪切作用导致材料表面膜的破损，把更多的腐蚀产物脱离材料与腐蚀介质的界面，起到加速腐蚀的作用。海水流速对铜镍合金腐蚀与防护有重要的影响。当海水流速没有达到临界流速时，海水输送的氧气或缓蚀剂分子利于铜镍合金表面膜的生成；当海水流速超过临界流速，流动引起的表面剪切应力会导致铜镍合金表面膜的迅速失效。
部分靠近河口地区的海水环境，由于陆地河流含砂量大，导致海水中存在大量固相颗粒，腐蚀介质中的固相颗粒的硬度、形状、数量和攻角是影响冲刷腐蚀的重要因素。固相颗粒的硬度越高，粒径越大，冲刷腐蚀损伤程度越大。由于固相颗粒间的“屏蔽效应”,固相颗粒浓度的增大，并不一定引起冲刷腐蚀速率的持续增大。粒子随流体介质的入射方向与试样表面之间的夹角称为攻角。韧性材料和脆性材料冲刷腐蚀速率随攻角的变化规律不同。韧性材料在15 ~ 40°攻角时达到最大冲蚀速率，而脆性材料在90°附近攻角时达到最大冲蚀速率。