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总体概况

 铜自古就是地位和权力的象征,有名的司母戊方鼎、战国虎符、天圆地方无不展示着铜器的历史地位。据考证早在春秋战国时期,云铜就输入中原,成为青铜器原料的主要产地之一,世界最大的铜钱--钱王“嘉靖通宝”(重41.47公斤)就出在云南会泽。

纯铜的新鲜表面成浅玫瑰肉红色,大气下则常常覆有一层紫色的氧化膜,故俗称紫铜。它具有极高的导电、导热性和很高的塑性及突出的冷作硬化效应,在大气、淡水、蒸汽、海水中耐蚀,还具有抗磁干扰、可焊等特性,在国民经济各部门有着极为广泛的应用。
 

紫铜的用途比纯铁广泛得多,每年有50%的铜被电解提纯为纯铜,用于电气工业。这里所说的紫铜,确实要非常纯,含铜达99.95%以上才行,极少量的杂质,特别是磷、砷、铝等,会大大降低铜的导电率。主要用于制作发电机﹑母线﹑电缆﹑开关装置﹑变压器等电工器材和热交换器﹑管道﹑太阳能加热装置的平板集热器等导热器材。铜中含氧(炼铜时容易混入少量氧)对导电率影响很大,用于电气工业的铜一般都必须是无氧铜。另外,铅、锑、铋等杂质会使铜的结晶不能结合在一起,造成热脆,也会影响纯铜的加工。这种纯度很高的纯铜,一般用电解法精制:把不纯铜(即粗铜)作阳极,纯铜作阴极,以硫酸铜溶液为电解液。当电流通过后,阳极上不纯的铜逐渐熔解,纯铜便逐渐沉淀在阴极上。这样精制而得的铜,纯度可达99.99%.

铜在海洋及海洋周边环境中应用广泛。海洋资源的开发和利用离不开海上基础设施的建设,船舶、港口设施及跨海大桥等海洋工程结构使用大量的金属材料,而且投入量在逐年增加。由于海洋苛刻的腐蚀环境,金属材料结构及建筑物的腐蚀不可避免。金属材料一旦发生腐蚀不仅影响材料的外观,其机械性能将发生变化,丧失应有的强度、硬度和韧性,直至材料完全失效,结构发生破坏。据统计,船体大约90%的破坏归因于腐蚀,包括腐蚀疲劳[1].而且腐蚀造成的损失也相当巨大,发达国家因材料腐蚀造成的损失占其GDP的2%~4%,而材料在海洋中的腐蚀损失大于总腐蚀损失的1/3[2].因此材料在海洋环境中的腐蚀数据积累及试验研究一直受到各国的重视。从1958年开始,我国就开展了常用金属材料海水腐蚀试验和研究工作。目前已经积累了70余种材料在我国各海域的腐蚀数据,在材料的海水腐蚀行为和规律研究中也做了一些有益的工作,为海洋工程的设计、选材、防护及新材料开发提供了依据。

由于海洋环境的复杂性,金属材料的海洋腐蚀形式很多,包括单纯的电化学腐蚀、电化学与机械作用协同产生的腐蚀、电化学与生物作用协同产生的腐蚀。海洋环境中使用的很多材料,无论是用在沿海的固定设施,还是用在船舶等运动设施,都会受到不同程度的冲刷腐蚀。尤其是在含泥沙海水中的冲刷腐蚀更加严重,造成的损失非常大。

杜鹃等人就对国产TUP紫铜材料在流动海水中的腐蚀规律的系统研究,为船舶海水管路的使用和防护提供了有效的依据,提高其使用寿命,减少了事故发生几率。

近些年来,随着铜合金金属材料的发展,海水系统开始采用具有优良耐海水腐蚀和抗污损能力的铜合金制造。比如铜镍合金、黄铜等铜合金因其有好的耐海水腐蚀性能而广泛应用于海洋工程中各类船舶的冷凝管,滨海发电厂的热交换器以及海水淡化处理设备的管道系统。这种海水系统虽然初始投入较高,但其维修次数少,全寿命工作成本低,具有极高的可靠性,因此在船舶等行业得到了日益广泛的应用。但是铜合金在海水环境服役过程中曾发生过严重腐蚀泄漏事故。比如在船舶海水管系中,以往船舶海水管路选用TUP紫铜管,其腐蚀是常见问题。海水管路的频繁泄漏,严重影响设备的正常使用,减少了船舶的航率,常会造成事故隐患。

船舶上海水管路内流过的介质是海水,管材常用脱氧紫铜。紫铜的传热系数较大,而且在工业水及一般流速的海水等介质中的耐蚀性优良,因此广泛应用于制作传热管。但由于紫铜的价格较贵,所以需和其他低成本的材料组合使用,如换热器管束为紫铜,而管板和换热器壳体则用碳钢,因此也面临电偶腐蚀的问题。