摘要：详细分析了海洋中各个区域的腐蚀特点。介绍了激光熔覆技术在海洋设备构件防腐中的应用以及此技术在应用上出现的问题。
关键字：海洋腐蚀；金属构件；激光熔覆
引言
海洋中蕴藏着丰富的自然资源，海洋的开发不仅具有重要的经济意义，更能体现一个国家的科技水平与科研能力。现今，随着海洋开发力度的增加，海底石油输送管道、深海钻井平台、海上跨海大桥等海上产业设施数量逐年上升[1]。海洋环境恶劣的腐蚀特点，必然会对海上金属构件产生极其严重的腐蚀。据统计，2016年世界上因腐蚀产生的经济损失占全球国民生产总值的3.4%，海洋构筑物的腐蚀占到其中的三分之一[2]。因此，对海洋环境腐蚀特点充分认识以及选择合适的方法对海上金属构件进行防护具有特别的经济意义。
1.海洋环境腐蚀特点
海水中含有大量的盐类，导电性良好，构成一种天然良好的电解质溶液，因而处于其环境中的金属构筑物会遭受特别严重的腐蚀。若根据处于海洋环境中的特点不同分类，可将海洋腐蚀环境分为几个区域：大气区、飞溅区、潮差区、全浸区以及海泥区[3]。
1.1大气区
海洋大气区指位于海平面以上的大气区域，这个区域中含有较高的盐分。湿润的大气环境会在金属表面形成薄薄的一层含盐水膜，加速金属构件的腐蚀。此区域的腐蚀性受大气中含盐量、温度、光照等条件影响[4]。
1.2飞溅区
海洋飞溅区指处于海平面以上，受风浪飞溅影响的区域[5]，氧气含量高、受海浪击打且干湿交替[6]。与其他区域相比较腐蚀情况最为严重，一方面金属表面干湿交替，富含大量氧气，发生氧去极化反应；另一方面，海浪的击打会对金属表面的防护层造成破坏，使得防护措施失效，发生腐蚀[7]。
1.3潮差区
海水潮差区指因海水潮汐作用而发生干湿交替变化的区域，与飞溅区类似，此区域氧气含量大，干湿交替[8]。由于潮差周期大，高度变化大，钢结构在涨潮时受海浪海水共同作用，落潮时，露出海面部分又会有残存海水液膜，随露出时间延长而逐渐减薄，在减薄乃至干燥过程中形成盐沉积以及过饱和海水液膜，腐蚀规律较为复杂[9]。
1.4 全浸区
海水全浸区指构筑物始终不能露出海平面的区域范围。
低潮线及其以下30m为浅海区，温度以及溶氧量较高，同时存在海生物腐蚀，是全浸区腐蚀最严重区间；浅海区以下到200m区域为大陆架区，金属构件腐蚀以电化学腐蚀为主；水深超过200m区域则为深海区，海水压力较大，氧含量低，材料受电化学以及应力腐蚀影响。
1.5 海泥区
在海水以下的海底区域则为海泥区。海泥区主要由海底沉积物组成，其电阻率低、盐分高。海泥区的H2S以及微生物也可能会加速金属材料的腐蚀，同时海底含沙海流运动会导致金属材料磨蚀，同时形成“氧浓差电池”[10]。
2.激光熔覆技术
2.1 激光熔覆技术在海洋防腐中的应用
S355是一种在海洋环境中普遍使用的结构钢，其力学性能与Q345钢相近。由其制造的海洋构筑物在海洋环境中会受到严重的腐蚀。贺星[11]等在S355钢材表面制备了Al-Ni-TiC-CeO2 复合材料熔覆层。试验结果表明，当设置熔覆扫描速度为7.5mm/s时，可以获得稀释率小于5%的熔覆层。分析熔覆扫描速度分别为6、7、7.5、8mm/s的样品极化曲线，可以发现7mm/s的熔覆层自腐蚀电位较高、自腐蚀电流密度较低，在这几种扫描速度的样品中具有最好的耐蚀性能。对比普通S355结构钢与熔覆之后的结构钢试样，可以大大提高抗腐蚀性能。Al-Ni-TiC-CeO2 复合材料熔覆层不仅能有效提高基材耐蚀性能，同样改善了基材的耐磨性能以及硬度，可有效提高基材使用寿命。
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服役于沿海地区的水闸液压启闭机活塞杆，处于浪花飞溅区与潮差区，腐蚀条件恶劣，极易发生腐蚀。火焰喷涂以及等离子喷涂等传统的表面技术存在孔隙率高、结合强度差等缺点，对比激光熔覆的良好熔覆特点，张磊[12]提出以铁基、镍基、钴基合金粉末为熔覆材料，采用激光熔覆技术改进杆件的耐蚀性能。 并认为该项技术有望取代传统镀镍、铬技术，成为活塞杆耐蚀防护新手段。
核电站海水泵叶轮在海水中浸泡极易遭受腐蚀，同时在高速海水中，会遭受空泡腐蚀。针对这一问题，骆芳[13]等配置了三种合金熔覆粉末，用以提高316基材的耐蚀性能，结果显示，当合金粉末中存在高铬、高镍时，可获得由大量奥氏体加少量马氏体组成的熔覆层，显著解决叶轮遭受的腐蚀问题。
总体来看，可根据金属构件的腐蚀环境，而配置相应的合金粉末，达到改善耐蚀性能的目的。例如在海洋大气区，可选用不锈钢等耐蚀能力一般的材料，处于浪花飞溅区或潮差区的，则可在镍基粉末中添加耐磨组分，从而提高材料在该区域的适应性。
2.2 激光熔覆技术不足
1）熔覆层表面为粗糙表面，对表面有要求的构件需在应用时进行机加工处理；
2）熔覆层的均匀性、产品稳定性以及配套装置达不到工业生产要求；
3）相关理论研究系统性差。对合金凝固、材料内部变化、熔覆层温度场等研究不透彻。
3.结论
随着人类对海洋探索的深入，更多的金属设备构件将在海洋中投入应用。研究海洋腐蚀环境对金属构件的腐蚀特点以及如何做到更好的防护显得尤为重要。激光熔覆技术可根据相应金属部件的腐蚀防护需求，制备满足需求的耐蚀合金熔覆层，这在未来的海洋防腐中，必将占据不可替代的位置。
参考文献
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论文作者:梁承才,毕书扬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/9
标签：海洋论文; 覆层论文; 潮差论文; 海水论文; 区域论文; 激光论文; 技术论文; 《电力设备》2019年第16期论文;