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总体概况

  点蚀

  在洁净海水中,或者是已通过消毒处理控制住了海水中微生物的新陈代谢,B10铜镍合金管一般不会发生局部腐蚀。B10合金本身所具有的抗生物污损性能使其不容易发生点蚀。但是,某些因素都会促使白铜管的点蚀,如管内有沉积物及松多孔沉积物附着在管壁上,造成沉积物下和溶液本体间金属离子或氧浓度有差异,形成腐蚀原电池而导致局部管壁腐蚀。此外,铜管内流动的冷却水中含有Cl-和S2-等侵蚀性离子也会破坏铜管原有的保护膜,促使点蚀发生。在含有硫化氢的污染海水中,点蚀通常以大而浅的蚀坑的形式发生。

  缝隙腐蚀

  关于缝隙腐蚀导致的铜镍合金的失效案例的信息还十分有限。从理论讲,B10合金的缝隙腐蚀受离子浓度电池机理控制,缝隙中铜离子浓度的累积引起钝化,因此,如果发生了缝隙腐蚀,则是发生腐蚀破坏的区域是邻近缝隙的暴露溶液本体的区域。

  垢下腐蚀

  垢下腐蚀其实就是沉积物下的缝隙腐蚀。当流速低于0.5-1.0 m/s时,介质中的悬浮物就易于沉积。当合金表面有沉积物形成时,会形成闭塞电池,沉积物下由于缺氧,而成为腐蚀电池的阳极,而沉积物周围形成阴极。研究发现,温度在37℃左右、pH为7.2~7.6时,最有利于硫酸盐还原菌(SRB)生长。如果沉积物底下形成了适宜于硫酸盐还原菌生长的缺氧或无氧环境,而恰好管内海水含有SO42-,这种情况是十分危险的。在SRB作用下,SRB将SO42-还原成H2S,S2-与溶解下来的Cu+迅速结合生成Cu2S,这会使得平衡电位负移将近600 mV,明显促进了腐蚀速率的增加。因此,如果海水管路内的海水中含有许多悬浮物或者微生物,那么应该避免停滞状态。

  冲刷腐蚀

  与其它腐蚀类型相比,冲刷腐蚀是最重要的,导致管路腐蚀破损的频率最高,造成的腐蚀危害最大。冲刷腐蚀是一个涉及了流动介质对金属表面的机械冲击和介质与金属表面之间的电化学反应的综合过程。对于铜合金,一般认为,在临界流速以下,流速的提高并不会加速腐蚀。B10铜镍合金管的临界流速与管的内径有关,保守估计,B10铜镍合金管的临界流速是3.5m/s.值得强调的是,在洁净海水中,在上述流速范围内,没有报道过B10铜镍合金管的冲刷腐蚀失效案例。所报道出的冲刷腐蚀失效案列通常都与管路系统的设计缺陷有关。

  冲刷腐蚀的机理与介质的流体动力学特征有关,随流速边界层和扩散边界层的厚度而变化。边界层厚度增加,则其中的浓度梯度和传质速度都降低。如果腐蚀过程受传质控制,那么管径增大将降低冲刷腐蚀速率,提高临界流速。Efird估算,在温度是27℃的条件下,管径为0.03 m和3 m的B10铜镍合金管的临界流速分别是4.4 m/s和6 m/s.他计算所得的B10铜镍合金管的临界剪切应力是43.1 N/m2,当表面的剪切应力低于此值时,钝化膜可以形成。

  但是,当管口附近有外来物附着时得特别注意,因为这些附着的突起物会引起节流现象,导致局部流速突然升高。因此,必须使用过滤器,阻止碎屑等杂物的进入,也要使用抗微生物剂,以防止生物结垢。

  电偶腐蚀

  电偶腐蚀液也是海水管系的一种腐蚀失效形式,不同材料之间腐蚀电位的差异、阴阳极面积比、极化行为差异以及海水流动等因素,对体系的电偶腐蚀都会有影响。在进行海水管系结构和选材设计的时候,就要考虑电偶腐蚀的问题。不锈钢在海水中的腐蚀电位随溶氧量、温度、生物膜等因素的变化范围很大,例如,不锈钢在含0.5-1.0 ppm自由氯的海水中的腐蚀电位可高达+800 mV(SCE),在除气的海水中的腐蚀电位却低于-400 mV(SCE)。但是,B10铜镍合金在海水中的腐蚀电位随外界条件的变化较小,如图1所示,B10铜镍合金在温度范围为10-40℃的天然海水中,及流速范围是3-15 m/s的海水中,以及在含0.5 ppm自由氯、温度为15℃的海水中,其腐蚀电位都处于0~-300 mV(SCE)的范围内。图2列出了多种商用合金在流动海水中的电偶序,可以看出,B10处于中间位置,它比铝合金、碳钢的惰性更强,但是比不锈钢和钛合金的惰性低。(B10合金可以和锡及铝青铜耦合。)为了防止电偶腐蚀的发生,在为海水管路系统的各个连接部件选材的时候,应尽量选用同种或兼容的材料。但是,有时候也难以避免采用不同种金属材料,这时候,要采取相应的保护措施,避免B10合金管和铝合金、镍基合金、钛合金以及碳钢和不锈钢的电接触。

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  图1  B10合金在不同条件下的海水中的典型腐蚀电位

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  图2  不同金属及合金在流速为2.5-4.0 m/s、温度为10-27℃的海水中的电偶序