隨著對海洋開發的深入，金屬材料尤其是鋼鐵，被越來越多地應用到海上裝備和工作設施中，金屬材料的海洋腐蝕和防護問題也逐漸暴露出來。世界各國每年因各類腐蝕帶來的直接經濟損失高達其國民生產總值的2%~4%,其中海洋腐蝕所帶來的損失可以達到各類腐蝕的1/3。

海洋腐蝕問題十分復雜，不同海區的環境差異很大，同一海區不同的海拔高度和海水深度環境也不同。為了避免海上裝備和工作設施所用的金屬材料因腐蝕破壞而造成的早期失效，減少損失，對金屬材料的海洋腐蝕進行研究是十分必要的。

1 海洋環境腐蝕及其影響因素

1.1 海洋環境腐蝕概述

海水含鹽量一般在3%左右，是天然的強電解質，金屬材料受到腐蝕后會影響海上裝備和工作設施的整體性能？美國第1艘核潛艇鸚鵡螺號，其非再生熱交換器所使用的0Cr18Ni9Ti不銹鋼管就曾于1960年出現應力腐蝕破裂事故。由于金屬材料的腐蝕行為隨其暴露條件的不同而不同，所以，一般根據海拔高度和海水深度將海洋環境腐蝕分為若干個腐蝕區，即海洋大氣區、海洋飛濺區、海水潮差區、海水全浸區（包括海水表層浸泡區及海水深海區）和海底泥土區。

海洋大氣區位于海平面平均高潮線以上，常年不接觸海水。因為金屬表面沉降存有含鹽粒子，其中氯化物吸濕性強，易在表面形成濕膜，成為影響腐蝕的主要因素。除此之外，距離海面的高度、風速、風向、降露周期、雨量、溫度、太陽照射、塵埃、季節和污染等也影響著該區的腐蝕行為。

海洋飛濺區位于海平面平均高潮線附近，海水飛濺可以噴到金屬表面，且漲潮時又不會被浸沒。 該區含鹽粒子量大，浪花飛濺形成干濕交替，在海水氣泡沖擊破壞材料表面時，使腐蝕大大加快。該區的主要特點是處于干濕交替中，腐蝕反應的陰極電流比在海水中還要大，其腐蝕速率也是各區中最快的。海水潮差區位于海水平均高潮線與低潮線之間，特點是漲潮時被淹沒，退潮時則暴露在空氣中，干濕交替變化明顯，使得腐蝕加劇。該區也存在海洋生物的附著，對于不銹鋼等易鈍化金屬來說，易形成閉塞電池型的局部腐蝕。

海水全浸區是常年被海水浸泡的區域，表層區和深海區的海水溶氧量不一。表層區（水深<20m）的溶氧量趨近于飽和，生物活性高，水溫高，是該區中腐蝕最嚴重的地方。隨著海水深度的增加，溶氧量逐漸減少，腐蝕程度也逐漸減弱。海底泥土區位于海底，由海水和海底沉積物組成。該區情況復雜，海水浸漬了海泥，金屬表面同時接觸海水和海泥；同時，該區還含有豐富的微生物，其活動產生較多腐蝕性氣體，如氨氣和硫化氫氣體，使腐蝕行為復雜化。

1.2 海洋環境腐蝕的影響因素

金屬材料的海洋環境腐蝕是海洋環境中諸多因素共同作用的結果。在海洋環境腐蝕的不同腐蝕區，影響金屬材料海洋環境腐蝕的因素也不盡相同。

1.2.1 濕度

在海洋大氣區、海洋飛濺區和海水潮差區，金屬材料表面持續或間歇暴露在空氣中，腐蝕會受到大氣濕度的影響。海洋大氣濕度大，海鹽吸濕性強，金屬材料表面覆蓋著一層腐蝕性水膜，強化了對其的腐蝕[7]?金屬材料表面既可接觸到水膜所提供的腐蝕鹽溶液環境，又可直接與大氣中的氧接觸，符合電解質中電化學腐蝕的規律。一般來說，海洋環境濕度越大，腐蝕越嚴重。

1.2.2 溫度

對于任何化學反應，溫度是重要的影響因素，溫度不僅直接影響海洋環境中金屬材料腐蝕反應的進行，而且也通過其他因素間接影響腐蝕。一般的化學反應，溫度每升高10℃，反應速率會提高至2倍[8]?不同海域和不同季節的溫度不同，腐蝕速率也不同；不同腐蝕區的溫度也隨著海拔高度和海水深度的變化而變化，海水到了一定深度后，溫度變化不明顯，不再是影響腐蝕的主要因素。。

1.2.3 鹽度

海水的最大特點就是含有海鹽，海洋大氣也是富有含鹽粒子的腐蝕性大氣，影響海洋腐蝕的最主要因素就是鹽度。在大氣環境下，鹽度用大氣含鹽量來衡量；在海水環境下，鹽度用鹽濃度來衡量。溶解于液態水的含鹽粒子使得液態水變為有強腐蝕性的強電解質，影響腐蝕的核心成分是氯化鈉等氯化鹽中的氯離子。

1.2.4 沖擊

工作中的裝備和設施難免會受到各種各樣的作用力，除正常工作帶來的受力沖擊外，海洋環境還帶來了特有的環境沖擊。在海洋飛濺區，浪花飛濺形成的水泡在金屬材料表面破裂，水滴濺落在金屬表面會產生沖擊；在海水潮差區，海浪會對金屬產生沖擊。金屬

1.2.5 干濕交替

在海洋大氣區、海洋飛濺區和海水潮差區，金屬材料表面經常處于干濕交替的變化過程，使得表面的鹽濃度較高，進而影響腐蝕速率。干濕交替的產生有多種原因，金屬材料被海水浸沒或落上飛濺的海水液滴是使得表面濕潤的主要途徑，大氣濕度較大，使得金屬材料表面形成覆蓋水膜也是表面濕潤的一個重要途徑；同時，由于海水中含有的氯化鹽吸濕性強，也使得金屬材料表面很容易處于濕潤狀態。暴露在太陽照射和海風中，使得殘留的水膜蒸發，是金屬材料表面變干燥的主要途徑。

1.2.6 含氧量

海水中的含氧量對于直接接觸海水環境的金屬材料的腐蝕行為有著重要影響，海水中氧的溶解度受海水溫度的影響,對一些鈍化金屬來說，含氧量越高，腐蝕速率越大。在近中性的海水中，通過含氧量在電化學腐蝕的主要陰極反應中氧的去極化作用來控制腐蝕速率。流動的海水可以將氧輸送到陰極表面，持續的供氧可以保證為腐蝕反應所用。如果氧的含量分布不均勻，則缺氧區會形成陽極，充氧區會形成陰極，從而形成氧濃度差電池，使陽極出現嚴重腐蝕；但是，對于不銹鋼和鋁合金等易鈍化的金屬材料，含氧量高會有助于形成表面鈍化膜，有助于減緩腐蝕。

1.2.7 生物因素

生物因素主要包括微生物因素和海生附著生物因素。天然海水富含細菌等各類微生物，如硫酸鹽還原菌、產酸菌和產氨菌等，其新陳代謝使得pH值、含氧量、有機物和無機物種類發生變化，影響電化學反應，從而影響腐蝕。不同微生物可能會相互作用，對腐蝕產生促進、減緩或者中性的影響。

藤壺、牡蠣等軟體動物和海藻、苔蘚等植物有可能會附著在金屬材料表面、石灰質的藤壺和牡蠣等海生附著生物可以阻隔金屬表面與環境接觸，從而起到一定的保護作用；但阻隔不完全也會引起表面局部區域含氧量的變化，形成氧濃度差電池，促進局部腐蝕、生物死亡后的有機體被細菌分解后也會造成局部腐蝕。

海洋環境是一個復雜的環境，除了上述提到的幾種影響海洋環境腐蝕的主要因素外，光照、海風、塵埃和污染等因素也會對金屬材料在海洋環境下的腐蝕行為產生影響？要研究金屬材料的海洋環境腐蝕，必須對不同腐蝕區影響腐蝕的各個因素進行分析研究，并結合不同的金屬材料與具體的環境特點，進行綜合分析，得出腐蝕機理。

2 金屬材料海洋環境腐蝕試驗方法

為了探究金屬材料在海洋環境下的腐蝕，設計了不同的海洋腐蝕試驗來對金屬材料的腐蝕行為進行研究。目前，海洋腐蝕試驗可以分為2大類，即室外實海腐蝕試驗和室內模擬腐蝕試驗。

2.1 室外實海腐蝕試驗

室外實海腐蝕試驗就是把試樣放在實際的海洋環境中進行暴露試驗，是最直接的海洋腐蝕試驗方法，可以根據腐蝕區的不同，劃分為針對某一腐蝕區的單獨腐蝕試驗和貫穿多個腐蝕區的長尺掛片腐蝕試驗。

2.1.1 國外試驗情況

根據室外實海腐蝕試驗不同的試驗要求，建立起相應的實海試驗設施，一般國際上都采用建立專門的腐蝕試驗站的方法。。

20世紀30年代以來，歐美日等工業發達國家利用室外實海腐蝕試驗做了大量研究。美國實海腐蝕試驗系統發達，南佛羅里達海水與海洋大氣腐蝕試驗站就是世界上最著名的海洋腐蝕試驗站之一,目前公布了52種材料16年的腐蝕數據及475種材料3年的腐蝕數據。從1976年起，前蘇聯就開始在巴倫支海沿岸的摩爾曼斯克、格魯吉亞加盟共和國黑海沿岸的巴統以及遠東日本海沿岸的海參崴建立了3個試驗站，針對船用部件的耐腐蝕性進行了長達14~20年的實海腐蝕試驗，得到了豐富的數據。二戰后，日本在沖繩和川崎等地進行了最長達41年的腐蝕試驗，為耐海洋性腐蝕鋼的開發積累了大量數據。

2.1.2 國內試驗情況

我國從1958年開始建設海水腐蝕試驗站，20世紀80年代以前，最長只有碳鋼和低合金鋼全浸區5年的數據，其他方面基本處于空白。1981年，國家科學基金重大項目“材料海水腐蝕數據積累及腐蝕與防護研究”啟動，先后完成了青島、舟山、廈門和榆林腐蝕試驗站的組建，構成了我國海水腐蝕試驗網，代表了我國不同海域的海洋特征，并根據每個試驗站不同的試驗要求，針對不同腐蝕區的腐蝕行為進行了試驗。1983年起，針對71種材料進行了1?2?4?8和16年5個周期的試驗，積累了大量數據，填補了此類空白。近20多年來，國際間合作不斷加強，各國出現了跨洲跨國的聯合試驗，如ISOCORRAG計劃和MICAT計劃等。

我國海洋腐蝕研究者利用海水腐蝕試驗網進行了大量試驗，對不同種類金屬材料在海洋環境下的腐蝕行為進行了研究。黃桂橋等結合低碳鋼合金、銅合金、不銹鋼、鋁合金和鈦合金等多種金屬材料在青島站8~16年的腐蝕行為，對長期在海洋環境下暴露的多種金屬材料的腐蝕后的形態進行了觀察分析，主要通過質量法對金屬材料的腐蝕速率進行計算，對于不同腐蝕區帶的具體腐蝕行為進行了分析和研究，取得了較多的成果和結論。劉大揚等對3種船用鋼在榆林站全浸？潮差和飛濺條件下8年的腐蝕數據進行了研究，通過質量法分析腐蝕速率，認為鉻元素在陰極區上的富集影響了pH值和離子濃度，促進了鋼的局部腐蝕。李言濤等在東營港埕島碼頭進行了2年低合金鋼的實海試驗，并使用穆斯堡爾譜分析法對銹層成分進行了研究，認為合金元素可以減少低合金鋼的腐蝕速率。

孫虎元等通過對青島、廈門和榆林3個站點全浸環境下碳鋼8年暴露腐蝕數據的分析，建立了碳鋼腐蝕規律的模型。文邦偉等對鋁合金在海南萬寧海洋大氣環境下10年的腐蝕數據分析，認為鋁合金的腐蝕量與試驗時間大部分成冪函數關系。？舒學德等在海南萬寧對純鋅進行了4年的實海腐蝕試驗，認為純鋅在熱帶海洋大氣條件下的腐蝕動力學符合直線關系。姜麗娜等對在海洋環境下暴露20年的銅合金管的腐蝕情況進行了研究，使用掃描電鏡、能譜分析以及激光拉曼光譜等方法分析了腐蝕形態和產物，研究了銅合金的腐蝕行為。王建軍等通過耐候鋼在海南萬寧海洋大氣環境下2年的實海腐蝕試驗，對耐候鋼抵抗海洋大氣腐蝕的機理進行了研究和分析。

研究人員還利用室外實海腐蝕環境進行了金屬材料力學條件下的腐蝕試驗、魏瑞演在福建沿海不同地區選取了已經在實海環境下暴露6~13年的Q235鋼樣，與未腐蝕的Q235鋼樣分別進行單向拉伸試驗，測得基本力學指標，認為其力學性能隨腐蝕程度的加劇而降低。劉文華等對高強鋼絲鋼絞線預加拉伸應力，在實海環境進行了3年的暴露腐蝕試驗，腐蝕后進行力學性能試驗，分析了應力狀態下的海洋腐蝕行為。鄭林等在海南萬寧對LC52鋁合金進行了實海腐蝕環境下的恒載荷加載試驗，腐蝕環境下應力加載256d后試樣斷裂，通過對斷口形態和成分進行觀察分析，總結了腐蝕條件下應力開裂的特點。

此外，還有研究人員利用室外實海腐蝕環境對影響腐蝕的特定因素進行了分析研究。梁彩鳳等通過對青島團島和麥島2地Q235鋼2年的腐蝕試驗結果進行了分析，認為導致2地腐蝕程度差異的主要原因是氯離子沉積率相差達3倍。王成章等分析了17種鋼在熱帶海域16年實海試驗結果中的異常現象，認為熱帶海洋環境下的腐蝕異常現象是高濕熱、高日照、高輻射和高氯離子濃度共同作用的結果。

2.1.3 小結

室外實海腐蝕試驗得出的結果最為真實，最符合實際情況，數據最為準確，可以如實地反應金屬材料在海洋環境中的腐蝕行為；但是試驗周期長、速度慢，受環境限制，耗費大量人力物力，且不易組織。

從國內外的研究情況看，室外實海腐蝕試驗周期短則1~2年，長則可達十幾年，甚至幾十年。

2.2 室內模擬腐蝕試驗

室外實海腐蝕試驗受時間、環境和設備限制，耗費大量人力和物力；因此，為克服上述缺點，室內模擬腐蝕試驗成為了海洋環境腐蝕試驗的主要手段。

它是在試驗室條件下，運用試驗設備模擬海洋腐蝕環境進行的具有一定加速性的腐蝕試驗，這需要研制海洋環境模擬加速試驗方法和評價技術，從短期的腐蝕試驗結果，預測在實海腐蝕環境中長期的腐蝕行為和使用壽命，縮短試驗周期？由于室內模擬腐蝕試驗能在短時間內較快地得到試驗結果，并且通過短時間的加速試驗，在一定程度上使推測材料長期的腐蝕行為成為可能，可便于分析研究某一個或幾個典型的環境因素對材料腐蝕的影響及其作用規律；因此，室內加速腐蝕試驗越來越受到重視。

目前，國內外對金屬材料海洋環境腐蝕的室內加速腐蝕試驗已經有了較多的方法，主要有濕熱試驗、鹽霧試驗、浸泡試驗和綜合模擬試驗等。

2.2.1 濕熱試驗

濕熱試驗是一種模擬海洋大氣區腐蝕試驗的方法，對熱帶溫帶的海洋大氣環境可以進行較好的模擬。根據試驗周期內濕熱環境是否恒定，可以分為恒定濕熱試驗和交變濕熱試驗。其主要方法是通過高溫和高濕條件，使金屬試樣表面凝集水分，強化模擬腐蝕環境，加速腐蝕。在此基礎上，為了進一步加速腐蝕，還可以采用濕熱凝露試驗的方法，即在試樣架內通入冷卻水，使金屬試樣本身的溫度低于環境氣氛溫度，以利于水汽凝結，從而加速腐蝕。

韓德盛等通過控制試驗溫度和濕度，研究了LY12鋁合金海洋大氣環境中的初期腐蝕行為，分析了溫度和濕度對腐蝕行為的影響。徐乃欣等使用疏松多孔和透氣性好的鏡頭紙緊貼試樣表面，從而改善了表面水膜均勻性，取得了較好的效果？由于濕熱試驗在金屬試樣表面形成的水膜不均勻，雖有方法可以改善，但仍有較大局限性，不及鹽霧試驗更為常用。。

2.2.2 鹽霧試驗

鹽霧試驗是最主要的模擬海洋大氣區和飛濺區腐蝕環境的方法，也可以用來模擬其他腐蝕區的腐蝕環境。鹽霧試驗最早由J?A?Capp于1914年提出[41],1962年美國材料試驗學會（ASTM）正式制定了3種鹽霧試驗標準（ASTM-B117），經歷年修訂，成為各國鹽霧試驗標準的主要參考對象。我國于1986年參照ASTM-B117提出了鹽霧試驗國家標準，又于1997年進行了修訂。鹽霧試驗可以分為中性鹽霧試驗、醋酸鹽霧試驗（AASS）和醋酸氯化銅鹽霧試驗（CASS）。

S.B.Lyon等認為干濕交替方法有更好的相關性，提出了帶有干燥過程的周期鹽霧試驗，可更真實地再現自然環境，更接近實際環境。通過鹽霧試驗可以對金屬材料進行性能試驗，但不能預測材料在某一實際使用環境中的壽命。董超芳等通過連續鹽霧試驗，研究了7A04鋁合金在海洋大氣環境中的腐蝕初期規律，表明氯離子對腐蝕有顯著的加速作用。楊帆等對0359鋁合金進行連續鹽霧試驗，并將試驗結果與海南萬寧實海試驗結果對比，分析了氯離子濃度對腐蝕的影響。

2.2.3 浸泡試驗

浸泡試驗是對有海水浸泡的腐蝕區進行模擬的試驗方法，一定條件下的浸泡試驗也可以用來模擬海洋大氣區和飛濺區的腐蝕環境。ASTM 已經建立了相應的標準（ASTM-G31），我國也建立了GB5776-1986?GB/T 10124-1988和GB/T 19746-2005等試驗標準。根據腐蝕介質是否流動，可以分為靜態試驗和動態試驗。由于強腐蝕體系中腐蝕劑消耗過快，腐蝕產物積累過多，需要根據具體的腐蝕條件使用腐蝕介質流動的動態浸泡試驗，而靜態浸泡試驗也需要在若干試驗周期后更換腐蝕介質。

根據環境的變化可以分為全浸試驗、半浸試驗和間浸試驗、全浸試驗是將試樣完全浸泡入溶液的試驗，方法簡便、易于實施；半浸試驗是把試樣部分浸入溶液，氣/液相交界長期保持在固定位置造成腐蝕的方法，多用于模擬海洋飛濺區和潮差區的腐蝕環境；間浸試驗是間斷浸泡試驗，以試樣交替浸泡在溶液中和暴露在空氣中來實現干濕交替，不僅可以模擬海洋大氣區的腐蝕環境，也可對海洋飛濺區和海水潮差區的腐蝕環境進行模擬，重現了金屬表面浸潤、潮濕和干燥等不同狀態。間浸試驗結果和干濕交替頻率、溫度以及濕度密切相關，一般試驗過程中干濕交替頻率不變，在空氣中暴露時，可根據具體要求使用干燥熱風吹干以加快干燥。一般通過試樣的移動來實現間浸條件，而不采用液面升降的方式。

查小琴通過全浸試驗和間浸試驗，對10NiCrMo鋼的海洋腐蝕進行了研究，對比分析了人工海水和3?5%氯化鈉溶液2種腐蝕介質的腐蝕結果。黃彥良等取膠州灣海底泥土，在試驗室將Q235鋼樣浸泡在飽和海水環境下進行腐蝕試驗，模擬了海底泥土區的腐蝕。李光福等等選取預加裂紋的高強鋼試樣進行全浸試驗，分析了海洋環境下鋼材料應力腐蝕的影響因素。陳惠玲等在進行碳鋼全浸試驗的同時，對氯化鈉溶液的pH值進行控制，分析了海洋環境下pH值對腐蝕的影響。

2.2.4 綜合模擬試驗

材料在自然環境中受到的是多種復雜因素的綜合作用，若要更真實地再現材料在自然環境中的腐蝕，必須盡可能地將多種環境因素綜合考慮。近幾年，室內模擬腐蝕試驗方法向多因子復合試驗方向發展，即綜合模擬試驗。如日本利用GASS試驗機改裝成復合試驗機，可進行潮濕、噴霧、通腐蝕性氣體及干燥的循環試驗。美國Q-PANEL公司制造的Q-FOG循環腐蝕試驗機可進行鹽霧、干燥和有規則停頓等循環試驗。北京航空材料研究所研制了8因子加速試驗裝置，已成功應用于18種標準腐蝕試驗中，與戶外數據相比，具有良好的一致性。 自行專門設計的模擬試驗裝置還可以通過造浪來模擬實海環境下的沖擊因素。

郭曉軍等和郭稚弧等都分別設計了具有攪拌海水或人工造浪的海洋飛濺區模擬試驗裝置，可以對多個腐蝕區的腐蝕環境進行模擬。陳家才等在鹽霧試驗箱的基礎上自行設計了飛濺模擬裝置，有效地模擬了海洋飛濺區的腐蝕，北京科技大學、浙江大學和青島理工大學也曾利用干濕循環的原理，專門研制了模擬潮差區環境的試驗設備。穆鑫等自制了模擬海潮的試驗裝置，并在該裝置中進行了低碳鋼長尺掛片腐蝕試驗、周玲玲進行了天然海水、人造海水和不同氯化鈉濃度的5種溶液的模擬腐蝕試驗，結果表明，用天然海水的模擬性和試驗重現性最佳。

室內模擬腐蝕試驗適用于實驗室環境，不受實際場地環境的影響，但是得到的結果卻往往受限制于試驗方法，具有一定的局限性、海洋環境腐蝕是一個復雜的過程，是多因素綜合作用的結果，1種室內模擬腐蝕試驗一般只可研究某一個或幾個典型的因素對腐蝕的影響及其作用規律。B.Boelen等認為盡管存在許多相關數據，但由于缺乏對不同腐蝕因素作用的認識、評價標準和有關腐蝕機制的信息，沒有任何加速試驗能準確地重現自然環境下的腐蝕情況；盡管如此，室內模擬腐蝕試驗依然是最有力的試驗手段。

室內模擬腐蝕試驗應滿足模擬性、加速性和重現性3個基本條件，直接影響到室內模擬腐蝕試驗結果和室外實海腐蝕試驗結果的相關性。相關性研究涉及了腐蝕因素、腐蝕過程、腐蝕機理、試驗設備和腐蝕預測等方面的內容，提高2種試驗的相關性是室內模擬腐蝕試驗的發展方向。

3 結語

最真實直接的金屬材料海洋腐蝕試驗方法當屬室外實海腐蝕試驗；但能夠有效地模擬并實現加速腐蝕的室內模擬腐蝕試驗，對研究金屬材料的海洋腐蝕規律也是具有重要意義的。目前，雖然有較多的研究人員已經進行了大量的室內模擬腐蝕試驗；但試驗中對不同腐蝕區的區分度不高，大多籠統稱之為海洋環境腐蝕模擬試驗，無法對應某一具體的腐蝕區，試驗方法也缺乏系統性。

未來的試驗方法研究應該在當前室內模擬腐蝕試驗的基礎上，向以下幾個方向發展：1）利用2種試驗的相關性，進一步對各腐蝕區設計有針對性的室內加速腐蝕試驗；2）制定出系統的，涵蓋不同海域。不同季節和不同腐蝕區的室內模擬腐蝕試驗標準；3）利用已經積累的室外實海腐蝕試驗數據，建立腐蝕試驗數據庫并不斷完善；4）利用計算機技術開發計算機仿真試驗系統，將腐蝕試驗通過虛擬仿真的方式在計算機上進行。