全球腐蚀成本约4万亿美元 如何应对海洋腐蚀的挑战？

慧正资讯：2018年，全球自然灾害损失总计1600亿美元，但同年的腐蚀成本远高于这个数值，约3-4万亿美元。在外部因素的作用下，所有材料都存在腐蚀问题，使得成本代价非常高。

我国的腐蚀成本

“世界腐蚀组织统计，全球腐蚀成本占每年GDP的3%-5%，工程装备必须做腐蚀防护。”在近日举办的“海洋区域防护高端研讨会”上，国家金属腐蚀控制工程中心主任韩恩厚介绍了海洋装备腐蚀控制技术。

国家金属腐蚀控制工程中心主任韩恩厚

造成腐蚀的“罪魁祸首”

海洋装备防腐与海洋环境息息相关。

海洋环境包括大气环境、海水环境、海泥区、海洋生物等。其中大气环境由于海水蒸发，充斥氯、镁等离子，还受到日照、海风等影响，容易对装备造成腐蚀。而关于海泥区，石油开采、海上风电装置部分置身于海泥环境，同时具有微生物腐蚀。而中间区域海水的温度、氧含量、海水PH值，以及盐分浓度都将随着海洋深度变化而变化。因此，海洋环境十分复杂。

此外，海洋生物的生长将降低船只航行速度，增加海洋平台承重，加速腐蚀作用。

腐蚀是材料、力学和环境的相互作用 

“海洋材料腐蚀是海洋环境与材料的交互作用。”韩恩厚表示，不同海洋环境下，材料腐蚀速度不一样，因此需要掌握材料在不同条件下的腐蚀速度。

影响海洋工程结构安全的因素主要来自于腐蚀。从海洋工程装备腐蚀情况看，一类是均匀腐蚀，另外一类是局部腐蚀。局部腐蚀包括点腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、腐蚀磨损、微生物腐蚀、二氧化碳腐蚀等。与均匀腐蚀不同的是，局部腐蚀预测非常困难，因此造成破坏后无法及时应对，局部腐蚀极大地影响海洋工程装备的服役安全。

“必须掌握各类局部腐蚀规律，掌握规律后再建立模型进行预测。”韩恩厚认为，需要了解材料和工程装备承受的应力及局部腐蚀条件，掌握材料、力学和环境三者交互作用导致的破坏规律，从而提前预测可能发生的风险。

装备因腐蚀而失效的主要应对措施多样，包括涂层/镀层、耐腐蚀材料、表面处理与改性、阴极保护、缓蚀剂、结构健康监测与检测、安全评价与可靠性分析及寿命评估等。

“采用何种措施取决于成本和实际使用过程中的服役条件。”韩恩厚介绍了不同措施的防护效果。

涂层处理是主流，柯伟院士的调查结果表明，在我国占腐蚀控制措施的75.6%。人们看到的腐蚀绝大多数是电化学腐蚀，而电化学腐蚀的发生要具备水、离子和电子的导体，而涂层能够阻挡水、氧和侵蚀性离子向被保护材料内的扩散，达到防腐、防污、减阻的效果，海洋钢结构，如船舶、集装箱、桥梁、码头、海洋平台均采取这种防护措施。

耐腐蚀材料则占腐蚀控制措施的12.5%。钝性金属如不锈钢、钛合金属于耐腐蚀材料，在海洋环境下，因为有几纳米厚的钝化膜层，所以能很好地保护住基底金属；非钝性金属，则可生成稳定锈层，以均匀腐蚀为主，寿命能被监测到。

表面改性方面，是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构，以提高部件的耐腐蚀性。表面改性一般包括化学热处理、激光重熔复合、离子注入、纳米化等。

阴极保护方面，追求把腐蚀电流变小。“腐蚀热力学曲线上看，一旦进入不腐蚀区，就不会发生腐蚀。”但韩恩厚还表示，控制电位过低也会导致氢进入，使材料变脆，故而阴极保护电位要恰当。

缓蚀剂方面，具有表面活性的化学物质在金属表面上首先进行物理吸附，然后转化为化学吸附，占据金属表面的活性点，从而达到抑制腐蚀的效果。

预测寿命在整个腐蚀控制流程中难度最高。只有掌握腐蚀动力学过程，特别是局部腐蚀发展动力学的过程，找出规律、建立起模型才能够进行准确预测。

韩恩厚表示，“在实验室开展模拟服役环境条件下的材料性能加速试验，是认识规律、获得预测模型的关键。”