海底观测网在海洋环境中如何解决防腐蚀问题

海洋环境是一种比较复杂的腐蚀环境。海洋环境中，海水本身就是强腐蚀介质，同时又受到波、浪、潮、流产生的低频往复应力和冲击力，再加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用，长时间会对深海装备带来严重的腐蚀问题。
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海洋结构腐蚀

2 T, ]+ x6 l  P3 x3 c& j( a8 I/ ~苛刻的海洋环境严重影响产品材料力学性能甚至导致材料失效，大大的减少了深海装备的使用年限，现有的腐蚀防护技术中最有效的是涂层防护和阴极保护技术。今天，我们就来聊一聊海兰信海底观测网在设计建造中都采取了哪些防腐蚀措施和解决方案。


6 @5 c" U6 B, C* j, L一、高性能防腐涂料（涂层）
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涂料是船舶和海洋结构腐蚀控制的首要手段。海洋涂料分为海洋防腐涂料和海洋防污涂料两大类。海洋防腐涂料中应用较广泛的是高性能重防腐涂料，重防腐涂料在严酷环境中具有更长的保护期，还具有厚膜、高固体分、双组分等特征。其主要包括：环氧类防腐涂料、聚氨酯类防腐涂料、橡胶类防腐涂料、有机硅树脂涂料、聚脲弹性体防腐涂料以及富锌涂料等，其中环氧类防腐涂料所占的市场份额最大，占量约30%-40%。
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喷涂涂料的主体框架

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海底观测网的主体框架结构采用耐磨环氧漆，属重防腐涂料。此涂料专为工业重防腐和其它苛刻腐蚀环境而设计，具有优异的耐海水性、防腐性、高度强化的抗冲击和耐磨损性能。浸没环境中后可继续固化，一次涂装完工的单道涂层能达到长效防护的预期。
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二、电化学保护（牺牲阳极的阴极保护法）
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电化学腐蚀是海工装备长寿命的隐形杀手，大部分系统中都会使用金属材料，牺牲阳极的阴极保护法是一种防止金属腐蚀的有效方法之一，

通过改变金属的电位达到减缓或停止腐蚀的措施

。

其原理是将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而被消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀，其中还原性较强的金属多采用锌块或铝块作为牺牲阳极。牺牲阳极的阴极保护法不需要外部电源，阳极容易安装且多数情况下易于增加阳极，很少维护，小的电流输出导致小的或无杂散电流的干扰。

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原理图

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为了对海底观测网的主体框架做进一步保护，延长框架使用期限，我们采用了这种电化学保护的牺牲阳极的阴极保护法。在系统架构中采用铝块作为牺牲阳极，通过焊接的方式固定于主体框架，即铝块、框架及海水构成了原电池，通过铝块的消耗从而对框架进行保护。


) N& p0 ?; g! M& a) f三、耐腐蚀材料

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; {3 i& q1 z$ E* b/ B对于海洋工程结构以及船舶中所需基础设施的建设来说，钢材料是其应用最多的建设材料。现如今，耐腐蚀类型的钢材材料有多种类型，耐海水腐蚀的合金钢及钛合金、铜合金等。提升材料的防腐蚀性，本质上就是针对金属结构的微观结构、化学元素组成进行调整改良，以及深化研究腐蚀产生膜的特点，以此有效实现对于电化学腐蚀的实际损害面积以及反应速度的控制，尽可能的强化金属材料的防腐蚀性能。
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1 |2 ]& G: T3 ?' |包覆技术对实现飞溅区腐蚀问题的控制效果较为显著。包覆技术的本质是将材料与腐蚀介质做出有效的隔离，从而实现防腐蚀效果。在该领域的研究中，日本所研发的包覆耐腐蚀蒙乃尔合金一直以来都处于领先地位，且实现了规模化产业的发展，我国虽然稍落后其一步，但也取得了相对优良的成果，比如青岛跨海大桥的浪花飞溅区的防护，就是由我国的侯保荣院士在不断汲取先进经验并加以大量改良及创新的基础上所实现的腐蚀防护。
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钛合金筒舱体

7 C; i+ N: M" `1 m3 X, h7 I* y海底观测网电源舱、电子舱等舱体，均采用钛合金材料制成。钛是具有强烈钝化倾向的金属，在空气中和氧化性或中性水溶液中能迅速生成一层稳定的氧化性保护膜，即使因为某些原因，导致保护膜遭破坏，也能迅速自动恢复。因此钛在氧化性、中性介质中具有优异的耐腐蚀性，纯钛的耐腐蚀能力比不锈钢高约100倍。
随着海洋资源的不断开发，越来越多的海洋钢结构及海底设备出现在海洋中，其腐蚀问题造成的各种损失对海洋开发事业的发展形成了极大的阻碍。因此，海洋设备的腐蚀及防护受到了越来越多的关注，从设计开始充分考虑其所服役的海洋环境、研发耐腐蚀金属材料、研发环境友好和适用严苛环境的防腐涂料、发展热喷涂技术、搭配阴极保护等措施对减缓海洋钢结构的腐蚀，形成海洋设备长期有效防腐的意义十分重大。海洋工程领域需要通过不断研究探索海洋设备防腐技术来确保海洋设备的生产运行安全，为保障国家海洋资源的顺利开采贡献力量。
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