摘要: 铜及铜合金具有较好的耐腐蚀性，特别是在复杂恶劣的海洋环境中表现出良好的耐腐蚀性能。随着海洋工业日益发展，挖掘铜及铜合金的深度耐腐蚀性能，延长其使用寿命，降低成本，对于铜及铜合金在海洋工业中的应用显得非常重要。本文对铜及铜合金的腐蚀剥落行为进行研究，对比5种铜及铜合金在不同海洋环境下的腐蚀剥落行为，并对其失重量和表面状态进行记录和结果分析，为提高铜及铜合金的耐腐蚀性提供基础理论依据。

关键词: 铜; 铜合金; 耐腐蚀性

中图分类号: TG146． 11 文献标识码: A

引言

铜及铜合金具有较好的耐腐蚀性，特别是在复杂恶劣的海洋环境中表现出良好的耐腐蚀性能。

因此铜及铜合金被广泛用于海洋工业用材料。

铜合金的化学成分与其耐腐蚀性息息相关，根据相关研究表明，在铜中添加镍，并对该合金进行电化学测试，结果表明，通过该合金的电流明显要低于通过纯铜的电流，说明铜镍合金能够有效提高其耐腐蚀性能［1］。另外在纯铜中参杂锌元素、锡元素、铝元素分别组成高锌铜、锡青铜、铝黄铜、铝青铜均具有优越的抗腐蚀性能。铜及铜合金在海洋环境中能够产生铜离子，具有杀毒作用，能够除去海洋生物，具有良好的抗污性能。根据对材料的不同性能要求，可以添加不同的元素，形成铜合金，以实现其性能。根据研究表明，添加一定量的锡，形成的锡青铜具有良好的耐腐蚀性能，在海洋环境中发生电化学反应时，能够形成致密的锡化合物膜阻止铜合金的进一步腐蚀，除此之外锡青铜也具有良好的强度和硬度。铝黄铜在

海洋工业中被广泛用于冷凝管材料，其原因在于铝黄铜中的铝能够先跟氧气反应，形成致密的氧化铝薄膜，能够有效阻止铝黄铜被进一步腐蚀。研究表明添加铁、锰等成分的铜合金不仅具有优越的耐腐蚀性能，同时也具有良好的抗污性能［3］。因此对于铜及铜合金的腐蚀剥落研究将具有重要作用。

海洋腐蚀的发生主要有以下几个方面:

1) 铜及铜合金在海水中发生的自然腐蚀，这种腐蚀表现为三要素齐全，即空气、水和被腐蚀材料，也是***常见的腐蚀作用;

2) 铜及铜合金材料本身的缺陷，在铜及铜合金成型过程中难免会出现材料本身具有的缺陷，例如缝隙、气孔、表面组织不均匀等，这些缺陷会造成材料晶间腐蚀、气孔腐蚀、脱成分腐蚀、应力腐蚀等，由此影响铜及铜合金的使用寿命;

3) 形成电化学腐蚀，电位相差比较大的金属会发生电化学作用形成腐蚀，这种腐蚀对材料本身造成的伤害也非常大。除此之外还有冲刷腐蚀、疲劳腐蚀等［4 － 5］。在不同海洋环境中也会表现出不同的腐蚀作用占主导地位。

本文对铜及铜合金的腐蚀剥落行为进行研究，对比 5 种铜及铜合金在不同海洋环境下的腐蚀剥落行为，并对其失重量和表面状态进行记录和结果分析，为提高铜及铜合金的耐腐蚀性提供基础理论依据。

1.铜及铜合金耐腐蚀性测试及结果分析

为测试铜及铜合金的耐腐蚀剥落行为，选取 5种铜及铜合金进行耐腐蚀性测试，铜及铜合金的名称和牌号如表 1 所示。

测试选用的铜及铜合金均需裁剪为长 30 cm，宽 20 cm，厚度为 2 ～ 5 mm 的规则片状，平行样为 3个，打磨后，分别进行除油、去离子水洗涤、碱洗、去离子水洗涤、酸洗、去离子水洗涤、无水乙醇洗涤等步骤，之后吹干称量备用。

为了能够准确地验证海水对于铜及铜合金的腐蚀剥落行为，选取青岛作为全浸暴露实验点，铜及铜合金分别按照不同的水位高度进行放置，测试面需与水面垂直，铜及铜合金的放置高度依据海洋环境不同区分为飞溅区、潮差区、全浸区。具体腐蚀深度如表2 所示。

铜及铜合金在不同海洋环境下进行浸泡，浸泡周期为 4 个周期 ( 每个周期 10 天) ，每个周期观察记录样品状态和失重量。

2.实验结果分析铜及铜合金

分别在飞溅区、潮差区、全浸区进行腐蚀实验，经过 4 个周期的观察和记录，所得结果计算平均值后如表 3 所示。

从铜及铜合金在不同海洋环境下的失重结果可知，紫铜在飞溅区、潮差区、全浸区的失重百分比均高于各区的平均失重百分比，也证明了铜合金的抗腐蚀性能要优于铜; 锡青铜在全浸区和潮差区的平均失重百分比没有较大差别，并且平均失重百分比要远远高于其他铜合金的平均失重百分比，而在全浸区，铜合金的平均失重百分比相对而言没有较大差距，证明了锡合金在潮差区的耐腐蚀性能要低于其他几种铜合金的耐腐蚀性能。对比飞溅区、潮差区、

全浸区的平均失重百分比可以得出，在飞溅区，铜及铜合金的耐腐蚀性从高到低为: 锡青铜、铝青铜、铜镍合金、铝黄铜、紫铜; 潮差区的耐腐蚀性从高到低为: 铜镍合金、铝青铜、铝黄铜、锡青铜、紫铜; 全浸区的耐腐蚀性从高到低为: 锡青铜、铝青铜、铝黄铜、铜镍金、紫铜。

铜及铜合金的耐腐蚀性均表现为飞溅区腐蚀***轻，虽然飞溅区***接近大气环境并且含氧量丰富，为腐蚀提供了良好的环境，但铜及铜合金在该区域的腐蚀却表现出***轻，这可能是由于铜及铜合金接触空气时钝化，形成致密的氧化膜，该氧化膜的形成能够有效减弱腐蚀作用。铜及铜合金的耐腐蚀性均表现为全浸区腐蚀***重，全浸区的腐蚀除了来自海水本身的腐蚀之外，也来自海水的流速、海水温度、微生物附着、泥沙的侵蚀等，除此之外，铜及铜合金本身的加工工艺也会产生非常重要的影响，在此区域铜镍合金以及铝黄铜的表现要明显弱于其他铜合金的表现，这很可能是铜镍合金以及铝黄铜的抗海洋生物性能不及其他合金的抗海洋生物性能优越。

铜及铜合金的耐腐蚀性均表现为潮差区位于飞溅区和全浸区中间，该区域的腐蚀主要表现为均匀腐蚀，同时也伴随有局部腐蚀，该区域锡黄铜的耐腐蚀性明显弱于其他铜合金，其他几种铜合金在该区的耐腐蚀性明显优于全浸区的耐腐蚀性。观察铜及铜合金经过试验后的宏观图，紫铜表现出坑状腐蚀，在全浸区铜合金均表现出局部皮状疏松，而紫铜出现了坑状腐蚀。而紫铜的腐蚀情况明显

较其他铜合金严重，由此可以得出在海洋环境下，铜合金的耐腐蚀性能优于铜的耐腐蚀性能。根据表面腐蚀情况，全浸区的腐蚀程度由低到高为: 锡青铜、铝青铜、铝黄铜、铜镍合金、紫铜，该结果与平均失重百分比得到的结果一致。图 1 为全浸区试验后铜及铜合金的宏观图 ( 1，2，3，4，5 分别代表紫铜、铜镍合金、铝黄铜、铝青铜、锡青铜) 。

海洋腐蚀多种多样，除了有电化学腐蚀外，还包括氯离子腐蚀、冲击腐蚀、海洋微生物腐蚀等等。海洋腐蚀主要表现为局部腐蚀，除此之外还有点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及疲劳腐蚀等。预防腐蚀并阻止腐蚀作用进一步发生的关键在于材料的选用，铜及铜合金正是能够满足海洋用材料的要求。但是铜及铜合金同样能够产生腐蚀，这些因素多种多样。首先是海洋生物附着，海洋生物能够附着在铜及铜合金表面，产生的硫化物能够进一步促进铜及铜合

金的腐蚀作用［6］; 再者是泥沙的冲击腐蚀，泥沙冲刷过程中会使铜及铜合金表面的氧化膜脱落，造成再次腐蚀; 铜及铜合金的成型工艺对铜及铜合金的耐腐蚀性能也有很大影响，因加工工艺不同会造成铜及铜合金表面应力状态不同，由此会产生表面组织不同，从而影响铜及铜合金的耐腐蚀性能。海水中的泥沙对于铜及铜合金的腐蚀剥落也有很大影响，泥沙的冲刷能够加快铜及铜合金的被侵蚀速度，会形成点腐蚀、局部腐蚀等。海水的 p H 也会对铜及铜合金的腐蚀造成影响，一般而言，铜及铜合金在酸性环境中更易于发生腐蚀，在碱性环境中较难发生腐蚀，这可能是由于铜及铜合金中的金属更易于在酸性条件下反应，特别是铜及铜合金表面致密的氧化膜易于在酸性环境中反应，进而导致进一步的腐蚀作用。除此之外，海水中的离子也会对铜及铜合金的耐腐蚀性产生影响，例如硫酸根、氯离子等，都会对铜及铜合金在海洋环境中的腐蚀行为产生影响。对于复杂的海洋环境而言，影响铜及铜合金腐蚀剥落行为的原因多种多样有待进一步探索。

3.结语

通过对铜及铜合金的腐蚀剥落行为研究，可得出如下结论:

1) 铜合金的耐腐蚀性优于铜的耐腐蚀性;

2) 潮差区，锡青铜的耐腐蚀性较其他铜合金而言，其耐腐蚀性表现比较差;

3) 铜及铜合金在海洋环境中的耐腐蚀性表现为，飞溅区优于潮差区，潮差区优于全浸区。

影响海洋腐蚀的原因非常复杂，本文建立在对铜及铜合金腐蚀剥落行为的基础研究之上，虽然证明了铜合金在飞溅区、全浸区、潮差区的耐腐蚀性能明显高于铜的耐腐蚀性能，但是铜在海洋环境中能够产生较多铜离子，并具有杀毒作用，能够有效减弱海洋生物带来的腐蚀，但其全浸区、潮差区的耐腐蚀性仍旧低于铜合金，其作用原理有待进一步研究。

来源：中国知网   作者：关蒙恩

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