劉偉 李洪林 吳海旭 石玲 遼寧忠旺集團(tuán)有限公司

一、前言

鋁合金材料因其具有良好的力學(xué)性能、加工性能、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性以及耐蝕性，廣泛應(yīng)用于各種海洋工程結(jié)構(gòu)部件，目前已成為第二大海洋工程用金屬材料[1]。但是，由于海洋環(huán)境是具有極強(qiáng)腐蝕性的自然環(huán)境之一，海洋工程用鋁合金在海洋環(huán)境中受海水流速、溫度、含鹽量、大氣濕度、含氧量和海洋生物等多因素綜合作用，容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕和生物腐蝕等現(xiàn)象[2]，使其各種性能出現(xiàn)不同程度的下降，服役壽命降低。鋁合金在海洋環(huán)境中常見(jiàn)的腐蝕類型有：點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、剝落腐蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂等[3]。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)海洋環(huán)境中鋁合金的腐蝕行為開(kāi)展了廣泛而深入的研究，取得了眾多的研究成果。文中歸納總結(jié)了鋁合金在海洋大氣環(huán)境、淺海環(huán)境、深海環(huán)境、實(shí)驗(yàn)室模擬海洋環(huán)境等各種典型海洋環(huán)境中腐蝕行為的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展，并探討了其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以期對(duì)本領(lǐng)域的研究人員有所裨益。

二、鋁合金在各種海洋環(huán)境中的腐蝕行為

（一）海洋大氣環(huán)境中的腐蝕行為

海洋大氣環(huán)境通常具有高溫高濕、日照時(shí)間長(zhǎng)、輻射強(qiáng)烈、風(fēng)力較大等氣候 特征，因此金屬材料容易發(fā)生腐蝕破壞現(xiàn)象。羅來(lái)正等人[4]對(duì)比了7050高強(qiáng)鋁合金在四種典型大氣環(huán)境下的腐蝕行為，結(jié)果表明海洋大氣環(huán)境對(duì)7050高強(qiáng)鋁合金的腐蝕行為影響最大，暴露1年出現(xiàn)晶間腐蝕，最大腐蝕深度為0.205mm。王晴晴與上官曉峰[5]研究了7050鋁合金在海洋大氣環(huán)境中的腐蝕特征，結(jié)果表明表面陽(yáng)極化處理的7050鋁合金的腐蝕以點(diǎn)蝕為主，特別是在與TC18鈦合金連接處腐蝕比較集中。張騰等人[6]研究了2A12-T4鋁合金在海洋大氣環(huán)境中長(zhǎng)期腐蝕損傷規(guī)律，結(jié)果表明大氣腐蝕7a時(shí)處于點(diǎn)蝕→晶間腐蝕→剝蝕的過(guò)渡期，腐蝕12a發(fā)生全面剝蝕，腐蝕20a剝蝕已相當(dāng)嚴(yán)重且在剝蝕過(guò)程中伴隨著點(diǎn)蝕。

（二）淺海環(huán)境中的腐蝕行為

在海水環(huán)境中，除了含有高濃度氯鹽，還富集海洋微生物和宏觀生物，因此鋁合金的腐蝕行為常由于微生物的附著而顯著加速。彭文山等人[7]研究了1060和5083鋁合金在不同港口海域的腐蝕規(guī)律，結(jié)果表明在不同海域中兩種鋁合金試樣表面附著的海生物種類與面積不同，同時(shí)其腐蝕速率也不相同。Guan F.等人[8]研究了SRB對(duì)5052鋁合金腐蝕行為的影響，結(jié)果表明SRB菌在5052鋁合金表面附著成膜，其酸性代謝產(chǎn)物破壞了5052鋁合金表面的氧化膜，顯著加速了5052鋁合金的腐蝕速率。陳海燕等人[9]研究了6063鋁合金在海洋微生物SRB作用下的腐蝕行為，結(jié)果表明與無(wú)菌介質(zhì)條件相比，在有菌環(huán)境中鋁合金的腐蝕進(jìn)程顯著加速。

（三）深海環(huán)境中的腐蝕行為

海水環(huán)境中的溶解氧濃度、溫度、pH值、壓力、鹽度及微生物等是影響鋁合金腐蝕行為的重要因素，而這些影響因素會(huì)隨著海水深度的增加而發(fā)生改變。因此，鋁合金在深海環(huán)境中的腐蝕行為往往與淺海環(huán)境中的不同。Venkatesan[10]研究了1060鋁合金在印度洋海域不同深度下的腐蝕情況，結(jié)果表明隨著深度的增加，鋁合金的腐蝕速率逐漸增大。Boyd等人[11]研究發(fā)現(xiàn)隨著深度逐漸增加，5000系列鋁鎂合金的點(diǎn)蝕速率逐漸加快，在700m深處最大，為淺海環(huán)境中的3倍，而后開(kāi)始降低，在1700m 深處降為淺海環(huán)境中的2倍。

（四）模擬海洋環(huán)境

雖然傳統(tǒng)的室外實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可靠、直觀，能真實(shí)反映材料在真實(shí)環(huán)境中的腐蝕情況，但實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，因此部分研究者們采用模擬實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)進(jìn)行研究。方曉祖等人[12]模擬海南萬(wàn)寧的海洋大氣環(huán)境，開(kāi)展7A52 鋁合金的腐蝕行為研究，并進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)環(huán)境試驗(yàn)和室內(nèi)加速試驗(yàn)相關(guān)性分析。結(jié)果表明兩者可建立相關(guān)關(guān)系式，模型誤差小于12%。楊浪等人[13]研究了6061鋁合金在模擬工業(yè)－海洋大氣環(huán)境下的腐蝕行為，結(jié)果表明6061 鋁合金的腐蝕由點(diǎn)蝕引起，隨腐蝕時(shí)間增長(zhǎng)，腐蝕點(diǎn)增多，腐蝕區(qū)域無(wú)規(guī)則地沿縱向和橫向擴(kuò)展；同時(shí)試樣表面發(fā)生沿晶腐蝕，8個(gè)周期后最深達(dá)到 80 μm。

三、總結(jié)與展望

21世紀(jì)被譽(yù)為海洋世紀(jì)，海洋已成為世界政治、經(jīng)濟(jì)、軍事競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，我國(guó)更是把發(fā)展海洋科技、經(jīng)營(yíng)海洋、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)放在了國(guó)家戰(zhàn)略的高度。隨著我國(guó)海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，作為主要的海洋工程用材料之一的鋁合金在海洋工程領(lǐng)域中的應(yīng)用將日益增多，隨之而來(lái)的材料腐蝕破壞的現(xiàn)象也將日益嚴(yán)重。因此，開(kāi)展海洋環(huán)境中鋁合金腐蝕研究是我國(guó)海洋事業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)與要求，必將成為海洋工程用材料腐蝕研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。