1、防腐鍍層

?在海洋結(jié)構(gòu)物中，還有一種常用的防腐蝕方法是鍍層防腐技術(shù)。這些用于延長(zhǎng)鋼鐵基體使用壽命的耐蝕性鍍層可以是純金屬鍍層、合金鍍層，也可以是金屬基復(fù)合鍍層，每一種鍍層都以其特有的方式保護(hù)基體金屬免遭腐蝕。

?盡管耐蝕性鍍層多種多樣，但是，從其作用機(jī)理上看，依據(jù)鍍層金屬在腐蝕性環(huán)境中與基體金屬之間的電化學(xué)關(guān)系，可以將其簡(jiǎn)單地分為兩大類(lèi)--陰極性鍍層和陽(yáng)極性鍍層。

(1)陰極性鍍層:

對(duì)于鋼鐵基體金屬而言，陰極性鍍層(如銅、錫、鎳鍍層等)是以形成機(jī)械保護(hù)膜的方式將腐蝕性環(huán)境與基體金屬隔開(kāi)，從而保護(hù)鋼鐵基體免遭腐蝕。

但是，如果陰極性鍍層本身存在缺陷(如孔隙、裂紋、磨損等)，其保護(hù)作用就會(huì)顯著降低，甚至還有加速基體金屬腐蝕的可能性。因此，鍍層的完整性及其在腐蝕性介質(zhì)中的穩(wěn)定性是決定其耐蝕性高低的關(guān)鍵因素。

(2)陽(yáng)極性鍍層:

對(duì)于鋼鐵基體金屬而言，陽(yáng)極性鍍層(如鋅、鎘鍍層等)是以機(jī)械保護(hù)或以犧牲自己保護(hù)基體(自身優(yōu)先腐蝕)的雙重保護(hù)方式防止基體金屬發(fā)生腐蝕。

當(dāng)鍍層無(wú)缺陷時(shí)，鍍層對(duì)基體起機(jī)械保護(hù)作用;當(dāng)鍍層有破損時(shí)，陽(yáng)極性鍍層則代替基體金屬優(yōu)先發(fā)生陽(yáng)極溶解、從而阻止或減緩基體金屬腐蝕的速率。因此，陽(yáng)極性鍍層在腐蝕介質(zhì)中的電化學(xué)特性、腐蝕產(chǎn)物的穩(wěn)定性、致密性是決定其耐蝕性好壞的重要因素。

?與陰極性鍍層不同，陽(yáng)極性鍍層具有雙重保護(hù)基體金屬免遭腐蝕的能力。正因?yàn)槿绱?，人們總是希望選用陽(yáng)極性鍍層作為鋼鐵材料的保護(hù)層。對(duì)于鋼鐵材料而言，最常用的陽(yáng)極性鍍層是鋅鍍層和鎘鍍層。

1)鋅鍍層

早在20世紀(jì)20年代，人們就開(kāi)始使用氰化鍍鋅工藝或酸性鍍鋅工藝進(jìn)行工業(yè)化鍍鋅生產(chǎn)。由于鍍鋅層本身是陽(yáng)極性鍍層、經(jīng)過(guò)鈍化處理的鍍鋅層具有更好的耐蝕性、鍍鋅生產(chǎn)成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，直到如今，鋼鐵鍍鋅仍然是最常用的防止黑色金屬發(fā)生腐蝕的方法之一。

2)隔鍍層

?在中性的大氣腐蝕環(huán)境中，雖然鍍鋅層對(duì)鋼鐵基體有較好的防腐蝕性能，但是在更為苛刻的腐蝕性環(huán)境中(如海洋性大氣環(huán)境等)服役的裝備，人們傾向于選用具有更好耐蝕性的鎘鍍層作為鋼鐵基體的防腐蝕鍍層。

?鍍鎘層只能用在鋅鍍層不能滿(mǎn)足耐蝕要求、且不與人體或食物相接觸的場(chǎng)合(鎘與鎘的化合物都是劇毒物質(zhì))。

?鎘及其化合物昂貴的價(jià)格也是鍍鎘工藝的應(yīng)用范圍受到限制的重要原因之一。

3)鋅基合金鍍層

為了研制出耐蝕性比鋅高，毒性比鎘小的無(wú)毒或低毒代鋅、代鎘鍍層，自20世紀(jì)80年代起，以鋅作為主要組成元素的鋅基合金電鍍工藝及其耐蝕性的研究方興未艾。

結(jié)果表明，作為陽(yáng)極性防腐鍍層，鋅基合金鍍層有可能成為最有希望的代鋅、代鎘鍍層，其中，鋅-鐵合金、鋅-鈷合金、鋅-鎳合金鍍層是研究最多的三類(lèi)鋅基合金鍍層。

2、鍍覆方法:

① 結(jié)構(gòu)或設(shè)備表面的鍍覆可采用電鍍、熱浸鍍、熱噴鍍等方法。

②鍍前表面處理、鍍覆中和鍍后處理應(yīng)符合有關(guān)工藝技術(shù)條件的規(guī)定。

③鍍層質(zhì)量應(yīng)符合CCS的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。

④接觸海水、水泥漿、鉆井泥漿等侵蝕性介質(zhì)的平臺(tái)結(jié)構(gòu)或設(shè)備表面，一般不宜采用鋅鍍層保護(hù)。如采用鋅鍍層保護(hù)，則在鍍層表面應(yīng)涂裝專(zhuān)門(mén)的底漆和面漆。

陰極保護(hù)施工

1、概述

?海洋平臺(tái)飛濺區(qū)以上使用涂裝或鍍層保護(hù)，是非常有效的保護(hù)方法。

?但對(duì)飛濺區(qū)以下，特別是全浸區(qū)的保護(hù)，就不那么安全可靠。如漆膜破損，會(huì)引起局部嚴(yán)重腐蝕和腐蝕疲勞。

?因此，全浸區(qū)一般不單獨(dú)使用涂料涂層保護(hù)。實(shí)踐證明，涂裝加陰極電化學(xué)保護(hù)，才是完美的保護(hù)方法。

?六十年代初，我國(guó)開(kāi)始研究陰極保護(hù)方法，六十年代末期在船舶，閘門(mén)等鋼鐵構(gòu)筑物上得到應(yīng)用。

?我國(guó)埋地油氣管道的陰極保護(hù)始于1958年，六十年代在新疆、大慶、四川等油氣管道上推廣應(yīng)用，目前，全國(guó)主要油氣管道已全部安裝了陰極保護(hù)系統(tǒng)，收到明顯的效果。

--海洋鋼結(jié)構(gòu)在海水中發(fā)生的腐蝕是電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)電化學(xué)腐蝕發(fā)生時(shí)，金屬表面存在隔離的陰極與陽(yáng)極，有微小的電流存在于兩極之間，形成原電池。

--在海水中鋼結(jié)構(gòu)由于成分不均一，在金屬表面形成了局部的陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)，形成無(wú)數(shù)微小的原電池。陽(yáng)極不斷溶解遭到腐蝕。

--原電池三要素:

1)電極電位不同的兩電極;

2)兩電極必須在同一電解質(zhì)溶液里;

3)兩電極間必須有導(dǎo)線(xiàn)連接。

(1)陰極保護(hù)原理

1)腐蝕電位或自然電位:

--每種金屬浸在一定的介質(zhì)中都有一定的電位，稱(chēng)之為該金屬的腐蝕電位(自然電位)。

--腐蝕電位可表示金屬失去電子的相對(duì)難易。腐蝕電位愈負(fù)愈容易失去電子。

我們稱(chēng):失去電子的部位為陽(yáng)極區(qū)。

得到電子的部位為陰極區(qū)。

--陽(yáng)極區(qū)由于失去電子(如，鐵原子失去電子而變成鐵離子溶入海水)受到腐蝕，陰極區(qū)得到電子受到保護(hù)。

2)參比電極

--為了對(duì)各種金屬的電極電位進(jìn)行比較，必須有一個(gè)公共的參比電極。參比電極是一種在類(lèi)似于測(cè)量條件下恒定的電極，用來(lái)測(cè)量其它電極的相對(duì)電位。

飽和硫酸銅參比電極，其電極電位具有良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，構(gòu)造簡(jiǎn)單，在陰極保護(hù)領(lǐng)域中得到廣泛采用。

陰極保護(hù)的原理:是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過(guò)剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。

有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)這一目的:

--犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)

--外加電流陰極保護(hù)

(2)犧牲陽(yáng)極保護(hù)法

--根據(jù)金屬電化學(xué)腐蝕原理，將電位更負(fù)的活潑金屬Al、Zn 等合金固定于鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)物上,兩者以海水為介質(zhì),構(gòu)成了一對(duì)陰、陽(yáng)極,依據(jù)金屬電化學(xué)原理將腐蝕掉Al、Zn 合金金屬,達(dá)到保護(hù)鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)物的目的。

應(yīng)用:保護(hù)小型平臺(tái)、小型儲(chǔ)罐、海管等。

--優(yōu)點(diǎn)是:

(1)保護(hù)系統(tǒng)不需外加電源，

(2)不需特殊照管;

(3)不易產(chǎn)少雜散電梳。

--缺點(diǎn)是:

(1)功率小;

(2)陽(yáng)極有效作用半徑小;

(3)所得到的電能成本高;

(4)電流輸出量受工作表面積大小的限制;

(5)導(dǎo)線(xiàn)電阻和介質(zhì)電阻對(duì)電流輸出量影響大;

(6)犧性陽(yáng)極的體積和重量均較大。

(3)外加電流保護(hù)法:

將要保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，另外用不溶性電極作為輔助陽(yáng)極，兩者都放在電解質(zhì)溶液里，接上外加直流電源.

通電后，大量電子被強(qiáng)制流向被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備，使鋼鐵表面產(chǎn)生負(fù)電荷(電子)的積累，只要外加足夠強(qiáng)的電壓，金屬腐蝕而產(chǎn)生的原電池電流就不能被輸送，因而防止了鋼鐵的腐蝕.

應(yīng)用:保護(hù)大型平臺(tái)、大型儲(chǔ)油罐。

優(yōu)點(diǎn)是:

(1)電流電壓可調(diào)性好，可隨外界條件變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制;

(2)輸出功率大，可滿(mǎn)足金屬結(jié)構(gòu)需要大功率保護(hù)的要求;

(3)根據(jù)保護(hù)的需要，可隨時(shí)進(jìn)行工作或停止工作

(4)輔助陽(yáng)極保護(hù)半徑大，數(shù)量少;

(5)重量較小。保護(hù)系統(tǒng)初始投資大，安裝較復(fù)雜，

缺點(diǎn)是

(1)日常維護(hù)管理費(fèi)用大;

(2)陽(yáng)極電纜和支架要嚴(yán)格絕緣;

(3)設(shè)備發(fā)生故障，保護(hù)系統(tǒng)即停止工作

(4)易于引起雜散電流。

總結(jié)分析:

一般小型平臺(tái)，采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)比較經(jīng)濟(jì)，而大型導(dǎo)管架平臺(tái)，采用外加電流陰極保護(hù)比較合理。

近來(lái)研究和試驗(yàn)表明，采用兩種方法聯(lián)合保護(hù)，已取得良好效果。特別是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管節(jié)點(diǎn)處受遮蔽的地方得不到充分保護(hù)時(shí)，在外加電流系統(tǒng)中加裝犧牲陽(yáng)極是個(gè)好辦法。

一般情況下，陰極保護(hù)的費(fèi)用只占被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)物造價(jià)的1%~3%，而結(jié)構(gòu)物的使用壽命可以成倍甚至幾十倍地延長(zhǎng)。

?由于陰極保護(hù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工方便、保護(hù)時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，是一項(xiàng)投資少、效果好、經(jīng)濟(jì)效益顯著的適用技術(shù)。