海边盐雾环境----怎样避免金属腐蚀

盐雾中的主要成分为NaCl，而NaCl 的溶液中是以Na+和Cl－的形态存在的，由盐雾技术研究的“集成电路的可靠性试验”得知盐雾的沉积率与Cl－的浓度成正比关系。

所以在含盐浓度高的海边，其沉积率也很大，高浓度的盐雾自然成为NaCl 溶液的载体。

盐雾的腐蚀，通过试验可以知道，盐雾的腐蚀作用受到温度和盐业浓度的影响，当温度在35 摄氏度，盐液浓度在3%时其对物体的腐蚀（化学反应）作用最大。盐雾中高浓度的（NaCl）迅速分解为Na+离子和活跃的Cl－离子与分子式很活跃的金属材料发生化学反应生成强酸性的金属盐，其中的金属离子与氧气接触后又还原生成较稳定的金属氧化物。

由于高浓度的盐含量，海边地区常常面临着严峻的腐蚀问题。不论该地区是离海水很近，经常受到海水喷溅，还是偶尔受到潮汐的汹涌，材料的快速腐蚀都是相当令人担心的问题。紧邻海水的建筑物、栏杆、灯柱、雕塑面临的腐蚀风险包括外观的过早损伤及彻底的结构失效等等。

研究大气腐蚀的专家已经全面研究了沿海地区腐蚀的影响因素，但是设计师们通常不了解这些研究，或者不知道如何把研究成果运用于设计项目中。此外，关于材料腐蚀性能以及海盐能漂移到离海岸线多远的内陆等方面还存在一些错误的观念。这篇文章帮助设计师判断沿海地区的腐蚀状况，并用案例来说明相关材料的性能。

腐蚀发生的条件是，材料的表面肯定要被电解质弄湿，电解质就是一种能导电的水溶液。材料表面经常性地被弄湿与其腐蚀率之间有直接的相关关系，并，盐会增加水导电的能力并加速腐蚀过程，盐还能破坏某些金属表面形成的保护性氧化物。例如，经常性地暴露于含盐环境会破坏金属铝的防护层。

引发腐蚀所必需的湿气，可来自于雨水、雾甚至是空气中的水蒸气（湿）。大雨或者雷暴雨可帮助去除潜在的有害沉积物，而盐含量较高的小雨反而会由于潮湿气的增加和盐含量的增加而加剧腐蚀。在表1 所示的临界湿度和温度组合条件下，材料表面的盐开始吸收水分，并形成腐蚀性氯化物电解质溶液。一个地区的天气情况数据有助于确定盐被温度和湿度条件激活的频率、盐雾是否存在以及沿海的降雨形式。

表1海盐和除冰盐开始吸收水分形成腐蚀性氯化物溶液时的

温度和湿度水平

温度	临界湿度
℃	氯化钠	氯化钙	氯化镁
25	76%	30%	50%
10	76%	41%	50%
0	-	45%	50%

盐对水分的吸收延长了腐蚀发生的时间，增加了污染物和颗粒物的腐蚀性。粗糙的表面会造成较高的腐率，因为粗糙的表面聚积更多的腐蚀性表面沉积物并使潮湿气长时间地停留。所以，在沿海腐蚀性环境中，最好采用表面光滑的材料，设计上要便于雨水冲刷，并/或制定人工清洗计划。

当建筑物非常接近盐水时，建筑物稍高一些的部位和直接受海风吹拂的部位一般腐蚀率最高。为了说明高度的影响，将碳钢试样放置于距离弗罗里达州卡那维尔角海岸55 米（180 英尺）处。样品在地面和距地面18 米（60 英尺）高处年腐蚀率分别是0.131 和0.165毫米(5.2和6.48 密耳)，而在距地面9 米高处（30 英尺）的年腐蚀率比地面处高3 倍（0.44 毫米/17.37 密耳）1，2。发生腐蚀最严重的部位的高度，随着海岸线形状，风速和地面和水温度的不同而不同。

苛刻的沿海环境

连接固定316 不锈钢梯子和栈桥的镀锌钢螺栓以较高的腐蚀率

发生腐蚀。螺栓的失效会导致原本未受损的梯子在使用中失效。

研究表明腐蚀率最高的区域一般距离海岸线400至600 米（1300 至2000英尺），到了距离海岸线最后50至200米（165至650 英尺）3的地方，腐蚀率呈指数级增加。在海岸线或者超过海岸线的地方一般腐蚀性更强，因为那里有海潮汹涌飞溅。

对于经常浸泡在盐水（或者咸水）或受到盐水飞溅的用途，材料的选择需要听从腐蚀专家的建议，应当采用为浸没在盐水中的用途而开发设计的金属，例如“海水级”不锈钢（超级铁素体不锈钢，超级双相不锈钢，或者超级奥氏体不锈钢）。注意：316 不锈钢不是海水级不锈钢，不适合于完全浸泡在海水中或者经常受到海水飞溅的用途。另外，可采用一些腐蚀控制方法来延长耐腐蚀能力较差的材料的寿命，但是，使用寿命仍然是有限的，还需要定期检查。

金属的选择

对于建筑方面的应用，材料即使没有发生穿孔或者结构上的破坏，其外观随着时间的推移而衰退也被认为是一种失效。如果铝、锌和碳钢（阳极金属）没有和惰性较大的金属如不锈钢和铜仔细分开的话，电偶腐蚀会大大加快阳极金属的腐蚀率。右图中有一个镀锌钢螺栓，用来将316 不锈钢梯子固定在栈桥码头上，镀锌钢螺栓正以较高的腐蚀率发生腐蚀，螺栓的失效会导致原本未受损的梯子发生倒塌。在含盐环境中，除了耐腐蚀性能最强的不锈钢，本文提到的所有金属都容易发生缝隙腐蚀（即在紧密的接头处的腐蚀），连接处一定要被密封以避免它过早失效。

不锈钢

因为不锈钢是耐腐蚀性最好、最不活泼的建筑金属，常常被用于腐蚀性沿海地区，所以电偶腐蚀对不锈钢来说不是一个问题。不锈钢有很多不同的种类，它们有着各自不同的耐腐蚀性能和强度。应用范围最广泛的304 不锈钢，因易产生表面锈蚀，通常不用于海边用途，即便如此，这种不锈钢的腐蚀率也是常用的建筑铝合金材料的1/10 到1/1006,7。即使它的表面发生锈蚀，它发生结构失效和穿孔也要花几百年的时间。

表面光滑、耐腐蚀能力更强的316 不锈钢是沿海地区最常用的不锈钢牌号。如果建筑结构偶尔或有规律地受到盐水的飞溅，或者如果悬浮盐颗粒的含量特别高，可以考虑耐腐蚀性更强的不锈钢如2205，904L 和317LMIN。常常利用双相不锈钢如2205 的高强度来减小部件的截面尺寸，降低成本。

墨西哥普罗格雷索两个相邻的栈桥码头，显示了不锈钢和碳钢长期表现的差异。右后至今仍在使用的码头建于1941年，采用不锈钢钢筋建造，土芯试样显示不锈钢或结构没有发生损坏。旁边已完全损坏的码头是在1960 年用碳钢钢筋建造的

铝合金

对于建筑常用的铝合金材料而言，含盐环境是破坏性最严重的环境。尽管距离会有不同，但一般而言，在距离大海0.8 公里（0.5 英里）内铝合金的腐蚀最严重。如果环境中还存在二氧化硫或酸雨，腐蚀率会显著增大。如果在距离海岸线至少3 到8 公里（2到5 英里）的内陆使用铝，海盐对铝的腐蚀作用通常会大幅降低。即使在更靠近内陆的地方使用，也常常必须采用阳极氧化铝或表面应用保护性涂层，并且需要经常性的维护清洗，以便保持原本光洁的表面。

在含盐环境中，除了锌以外，铝是最容易被氧化的建筑金属。所以必须注意使金属分开以避免快速的腐蚀失效。某些炼度的2xxx和7xxx 铝合金非常容易发生晶间腐蚀，层状脱落或者应力腐蚀断裂，它们不应该用于沿海环境。结构用铝材在沿海环境可由于表面腐蚀而产生疲劳失效，应采用耐蚀性更好、高强度的铝合金。当一个地区盐含量较高时，选材应咨询专家的意见。

铜

铜合金有很多种，有些经常被用于盐水环境中。高纯度的铜合金常被用作屋顶和其他建筑用途。铜的腐蚀率低至与铝相似，高至比铝高10倍。一般认为铜的腐蚀从美学上讲比较漂亮（不像不锈钢和铝那样）。铜在沿海环境下的腐蚀率差别很大，在腐蚀性最强的环境中，可能不到50 年屋顶就发生穿孔。电偶腐蚀对铜来说一般不是问题。如果要在生态脆弱的沿海地区使用铜，必须谨慎，因为铜是潜在的生物杀伤剂。

碳钢

裸露碳钢和耐候钢在高盐含量的环境中会很快发生腐蚀。耐候钢在高盐或高二氧化硫环境中将不会形成保护性氧化物层，其腐蚀率类似于无保护层的碳钢。裸露碳钢的腐蚀率比铝高100 多倍，比316 不锈钢高8000多倍。此外，因为碳钢比不锈钢或铜更活泼，所以必须把碳钢与316不锈钢或铜仔细分开。

可采用含锌和铝（镀锌）的保护性涂层和/或多涂层系统来延长碳钢在沿海地区的使用寿命。涂层的定期维护是必不可少的。一旦涂层剥落，腐蚀将会加速。金属涂层的使用寿命随环境的恶劣程度的不同而明显不同。在一些地方，不到三年的时间就看见了红色铁锈，而有的地方20 多年才发生腐蚀。在最苛刻的沿海环境下，一般采用金属涂层加多层涂料来延长使用寿命。即使采取了这些预防措施，盐水飞溅区的碳钢围栏也只能使用8 年而不发生结构损害。锌是潜在的生物杀伤剂，而有时需要收集和净化来自锌合金和镀锌层屋面的径流水。

在苛刻的海洋气候下，南非开普敦海岸上的镀锌钢门和屋顶很快发生腐蚀

坐落在南非开普敦郊区的一个海边餐馆，侧面入口的门选用了镀锌钢，因为它初始成本很低。这座建筑在暴风雨中会受到海水喷溅，从而加剧腐蚀。可以看见旁边建筑物的镀锌钢屋顶发生了腐蚀。因为碳钢上的镀锌保护层已经剥落，如果不加保护性涂层，腐蚀就会加速。这个岩石嶙峋的海滨尽管污染程度很低，但是盐浓度很高。对该地区的腐蚀研究表明，不到三年，镀锌钢就会出现明显的红色腐蚀锈迹，门的继续腐蚀会对安全构成威胁。在这个环境条件苛刻的海岸地区，屋顶的穿孔可能很快就会发生。

华盛顿州西雅图一个由碳钢制成的栈桥锚固系统发生严重腐蚀

在华盛顿州西雅图市，镀锌钢用于制作金属罩和锚固系统，将木制的栈桥支柱与混凝土桥面连接起来。从图上可以看到，有一部分区域已经腐蚀掉了，结构已经变得不安全了。用于固定支柱和混凝土桥面的镀锌钢螺栓也发生了腐蚀。碳钢一旦发生腐蚀就会继续扩展，其中一个螺栓已导致混凝土桥面开裂。所幸其它一些支柱的锚固系统没有出现这么多的腐蚀，但是如果不采取加以修复，栈桥就将发生整体结构的失效。

大连海边304 不锈钢雕塑表面的锈蚀（右图特

写），通过采用耐腐蚀能力更好的不锈钢可避

免腐蚀问题。

加那利群岛的2205双相不锈钢栏杆使用25 年后未见任何腐蚀的完美状态

加那利群岛（西班牙）海滨步行道栏杆的维护和更换成本很高。20世纪80 年代 初，政府开始寻找更具成本效益的长期解决方案。由于栏杆受到盐水飞溅，所以用镜面抛光的2205 双相不锈钢栏杆取代了镀锌钢栏杆。照片显示了这些栏杆在使用了20 多年后仍然漂亮的外观。具有类似或更高耐蚀性的其它不锈钢栏杆也有同样好的表现。之所以选用2205 双相不锈钢是因为它的强度高，有可能减小断面尺寸，降低成本。即使发生表面锈蚀，这些栏杆的设计寿命也将能长达数百年。