船舶在海洋環(huán)境中，難免會(huì)發(fā)生腐蝕。但是在船舶設(shè)計(jì)中往往已經(jīng)考慮到腐蝕余量，而且船腐蝕了也不過(guò)是表面有銹跡，影響美觀，就算不刷涂料，碳鋼每年的腐蝕速率也不過(guò)是0.5mm左右，相較于動(dòng)輒10mm以上厚度的鋼板，似乎涂料失效后一兩年也不會(huì)有什么大問(wèn)題。但事實(shí)真的如此嗎？這就要從鋼鐵腐蝕的原因說(shuō)起。




俄巡洋艦帶著銹蝕執(zhí)行任務(wù)

鋼鐵廣泛用于工業(yè)各行各業(yè)，但是不可避免的，在空氣中暴露一段時(shí)間就會(huì)生銹。這是因?yàn)殍F和氧本身就是一對(duì)，在自然界中是以穩(wěn)定的鐵礦石（Fe?O?/Fe?O?）的形式存在。鐵礦石屬于陶瓷材料，本身硬度（5～6）大于鐵的硬度（4～5），但缺乏韌性、不具備可鑄造性，無(wú)法直接作為生產(chǎn)生活工具為人類(lèi)所用。為了運(yùn)用鋼鐵的結(jié)構(gòu)特性，人們通過(guò)冶金工藝手段，將鐵與氧剝離開(kāi)來(lái)，形成高純度的鐵與碳、鎳、鉻等元素的合金，這就形成了現(xiàn)在我們所熟悉的鋼鐵。




自然界中穩(wěn)定存在的鐵礦石

 


現(xiàn)在的鋼板

雖然鐵和氧結(jié)合需求迫切，但是我們的船舶都有好好的刷油漆呀，甚至一些船還用上了不銹鋼和鋁合金等平時(shí)不會(huì)出現(xiàn)銹跡的材質(zhì)，為什么船舶還會(huì)發(fā)生銹蝕呢？這是因?yàn)槌Ｓ玫沫h(huán)氧、聚氨酯、丙烯酸等涂層是樹(shù)脂和固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成的，這種交聯(lián)形成的結(jié)構(gòu)，會(huì)存在一定的孔隙率，使得水分子通過(guò)滲透壓作為驅(qū)動(dòng)力，侵入到涂層內(nèi)部，進(jìn)而到達(dá)鋼鐵表面發(fā)生腐蝕。 




腐蝕介質(zhì)通過(guò)涂層空隙滲透圖

 




高分子結(jié)構(gòu)圖

而像不銹鋼、鋁合金等材質(zhì)，在日常生活中使用時(shí)，一直能夠保持明亮的金屬光澤，這是因?yàn)殇X合金表面在空氣中很容易形成致密的氧化膜，而不銹鋼是由于在鋼中加入了大量的鉻元素（通常鉻的添加量在12wt.%以上，常見(jiàn)的SUS 304不銹鋼鉻含量為18-20wt.%），在不銹鋼表面形成連續(xù)且的Cr?O?膜，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)金屬基體的效果。但是這招在海洋中是行不通的，海水中存在大量的Cl-離子，憑借自身身材嬌小的特點(diǎn)，很容易穿過(guò)鈍化膜到達(dá)基體表面，并與基體發(fā)生反應(yīng)，隨后就會(huì)導(dǎo)致局部鈍化膜失效，出現(xiàn)點(diǎn)蝕。




不銹鋼點(diǎn)蝕機(jī)理示意圖

點(diǎn)蝕一旦形成，蝕孔內(nèi)的金屬就處于活化狀態(tài)，電位較負(fù)，作為陽(yáng)極不斷溶解；而點(diǎn)蝕外部的金屬表面仍處于鈍化狀態(tài)，電位較正，作為陰極受到保護(hù)。這樣就在點(diǎn)蝕孔局部形成了腐蝕原電池。蝕孔內(nèi)主要發(fā)生的陽(yáng)極溶解反應(yīng)有：




蝕孔外鈍化金屬表面作為陰極主要發(fā)生吸氧反應(yīng)：




隨著陽(yáng)極不斷溶解，腐蝕深度不斷加深，陰、陽(yáng)極彼此分離，二次腐蝕產(chǎn)物在蝕孔口形成Fe(OH)?，阻礙外部的溶解氧擴(kuò)散到陽(yáng)極，在點(diǎn)蝕孔內(nèi)形成氧濃差電池；同時(shí)，內(nèi)部的金屬陽(yáng)離子也不易擴(kuò)散出孔外，造成孔內(nèi)大量的正電荷聚集，并與Cl-形成氯化物和H+。H+濃度的持續(xù)增加使得點(diǎn)蝕孔底部呈現(xiàn)出強(qiáng)酸性環(huán)境，大幅加速金屬腐蝕溶解，使得點(diǎn)蝕孔越來(lái)越深，直至腐蝕穿孔。

點(diǎn)蝕由于其特殊的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，伴隨著點(diǎn)蝕發(fā)展，蝕孔內(nèi)形成酸性環(huán)境持續(xù)促進(jìn)點(diǎn)蝕的進(jìn)一步加深，在這種“自催化”的加速作用下，點(diǎn)蝕一旦發(fā)生，孔內(nèi)溶解速度非常大，所以點(diǎn)蝕的危害性很大，經(jīng)常突然之間導(dǎo)致事故的發(fā)生，是破壞性和隱患較大的局部腐蝕形態(tài)之一。點(diǎn)蝕是不銹鋼、鋁合金一類(lèi)具有鈍化膜的基材在海洋中最為典型最為廣泛的一種腐蝕形式，而對(duì)于刷好油漆的碳鋼船板，涂層也會(huì)起到鈍化膜類(lèi)似的作用，發(fā)生局部腐蝕。所以說(shuō)，腐蝕不能只憑借鋼板減薄來(lái)衡量，當(dāng)我們看到船體銹跡斑斑的時(shí)候，鋼板內(nèi)部可能已經(jīng)“千瘡百孔”了。