引言:铜及其合金拥有良好的导电、导热和耐侵蚀机能，又拥有优良的力学机能和加工成形性，它们还能被循环利用，所以被宽泛地利用于人类的出产和生涯各个领域
。它们是人类***早使用的金属资料之一，距今已有近五千年的汗青
。随着时期的进取，科学技术的发展，铜及其合金利用更为宽泛，涉及电子、电力、汽车、舰船、交通、通讯、家电、构筑、冶金、人类生涯等
。

一、舰船和海洋工程中的利用

舰船和海洋工程中所用的关键部件，必要具备良好的耐海水侵蚀机能，而铜及铜合金刚好拥有良好的耐海水侵蚀性及预防海生物成长和附着机能，加之铜合金还拥有其他良好的综合机能，使它们成为这类工程中不成或缺、甚至不成代替的资料
。舰船和海洋运输船使用铜及铜合金造备的重要部件有各类导线、海水管路和阀门、热互换器、冷凝器、加热器、螺旋桨等，表1列出了其重要用处，铜材用量相当于钢材用量的3%~5%
。

表1 舰船重要用铜部位举例

在海洋工程里，铜合金重要用于海水淡化、海盐出产、海上石油开采、滨海电站等
。在多级闪蒸海水淡扮装置中，铜合金冷凝管是关键资料
。近十年随着海水淡扮装置增多，铜管需要量大幅增长，据估计2010年至2020年的十年中，需要总量在8万吨左右
。但是，目前我国船用换热器、冷凝器、螺旋桨等铜合金部件造作业还有待改进，国产的船用铜合金部件与国表驰名厂家的产品相比质量水平偏低，耐蚀性稍差，使用寿命偏短
。它们一旦被侵蚀粉碎，就会影响设备的正常运行，从而导致船舶在航率降低和运营成本上升，甚至威胁整船的安全
。近年来在一些电厂也发生过铜镍合金管的侵蚀泄漏变乱，造成重大经济损失
。

二、铜及其合金的分类、商标和尺度化

我国铜及铜合金习惯按色泽分类，通常分为四大类
。紫铜，指纯铜，重要种类有无氧铜、通常紫铜、磷脱氧铜、银铜
；黄铜，指以铜与锌为基础的合金，又可细分为单一黄铜和复杂黄铜，复杂黄铜中又以第三组元冠名，如镍黄铜、硅黄铜、铅黄铜、铁黄铜
；青铜，指除铜-镍、铜-锌合金以表的铜基合金，重要种类有锡青铜、铝青铜、硅青铜、特殊青铜（又称高铜合金）
；白铜，指铜镍系合金
。

对这四类铜及铜合金，国度造订了四大类尺度
。其一为基础尺度，其中GB/T 5231-2012划定了加工铜及铜合金的化学成分及产品状态
；其二为化学分析步骤尺度
；其三为理化机能试验步骤，其中蕴含了电阻系数、超声波探伤、涡流探伤、残存应力、脱锌侵蚀、无氧铜含氧量、断口、晶粒度等测定步骤
；其四为产品尺度，其中蕴含阴极铜、电工用铜线锭、铸造黄铜锭、铸造青铜锭、粗铜、铜-铍中央合金、铜精矿以及铜合金加工材尺度
。

三、舰船和海洋工程用铜合金的侵蚀

1.海洋环境的侵蚀个性

海水是一种类电解质溶液，溶有肯定的氧，含盐量、海水电导率、溶化物质、pH值、温度、海水流速和海生物等城市对侵蚀产生影响，这就决定海水侵蚀的电化学特点：

①海水中的氯离子等卤素离子能故障和粉碎金属的钝化
；

②海水侵蚀的阴极去极化剂是氧，阴极过程是侵蚀反映的节造性环节
；

③海水侵蚀的电阻性阻滞较幼，异种金属的接触能造成显著的电偶侵蚀
；

④在海水中由于钝化的部门粉碎，很容易发生点蚀和缝隙侵蚀等部门侵蚀
。

海洋环境是指从海洋大气到海底泥浆这一领域内任一种物理状态，蕴含海 洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区、海泥区，每个区带都有其特有的侵蚀环境，铜及铜合金在统一海域的分歧区域内的侵蚀性是分歧的，如图1所示
。而全球分歧地域的海洋，阐发的侵蚀性也有差距，这些差距是由以下的侵蚀成分造成的：温度、风速、流速、安阳、盐度、pH值、海生物种类等，可综合为化学成分、物理成分、生物成分，如表4所示
。

2.铜及铜合金在海洋环境中的耐蚀性

铜及铜合金在海水中耐蚀性良好有多方面的原因
。

① 铜的热力学不变性，即铜的离子化难题
。形成Cu2+和Cu+的尺度电位别离是0.337V(SHE)和0.521V(SHE)
。铜在海水中侵蚀时，阴极反映不是析氢的阴极去极化反映，而是发生氧的阴极去极化
。铜的侵蚀受氧的离子化过程影响
。

② 铜合金在海水中，表表直接形成氧化亚铜
；け∧，上面还沉积有其他侵蚀产品，如氯化铜、氢氧化铜、碳酸铜或碱式碳酸铜和含钙物质
。

③ 铜离子有毒性，能阻止海活泼、植物的荟萃，阻止海生物侵蚀
。铜在海水中的侵蚀大多属于均匀侵蚀
。但由于海洋环境的复杂性，加上舰船和海洋工程中使用的部件经受的工况前提变动很大，铜合金有可能发生各类部门侵蚀，它们的风险远弘远于均匀侵蚀
。

3.铜合金的部门侵蚀类型

(1)电偶侵蚀

当两种电偶序相差较大的金属相衔接并露出于海洋环境时，通
；岵现氐牡缗记质，在相连的电偶中，一种金属是阳极，另一种是阴极，阳极将被侵蚀
。侵蚀水平取决于两种金属的电位差，电位差越大，则侵蚀越严重，阳极和阴极的面积比也是关键，幼阳极、大阴极则侵蚀速度快
。典型的电偶侵蚀例子是远洋船的青铜螺旋桨和钢船体的袒录之间产生的侵蚀，青铜的电位约是-0.31V(SCE)，船钢板约为-0.61V，若是船板钢有一块袒露，那么就是阳极，而螺旋桨是阴极
。

要节造电偶侵蚀则需遵守几项准则
。首先，应试虑在两种金属之间加上绝缘层，如不能，则应在电偶的阴极上覆上不导电的
；げ，再者，可减幼阴极面积
。

(2)缝隙侵蚀

金属部件装置在一路时未免有缝隙，在海水中这种缝隙对于能产生氧化膜的金属而言就有可能产生缝隙侵蚀，在缝隙中，氧不及，钝化膜逐步退化，缝隙表氧充足，钝化膜齐全，因而缝隙表是侵蚀的阴极，缝隙内是侵蚀的阳极
。由于设计和装置的特点（如密封垫、垫圈、铆钉等），金属部件的缝隙未免会产生，当海洋生物附着或涂层部门脱落时缝隙也会产生
。有些铜合金的缝隙侵蚀则有不一样的特点，即在缝隙表的铜离子被流动海水去除了，而缝隙内的铜离子浓度更高，形成了铜的浓度差电池，缝隙内是阴极，缝隙表是阳极
。

节造缝隙侵蚀的措施是，改进设计，尽量削减缝隙，执行阴极
；ぜ跚崆质，减幼缝隙表部的金属面积，减幼阴极面积来节造缝隙内部的侵蚀
。

(3)点蚀

铜合金制品表表往往存在多种缺点，如化学成分不均匀，金相组织不均匀，同化物，表表附着物或沉积物，这些不均匀性会粉碎铜合金表表的氧化膜，形成点蚀源，这些点蚀源与表表膜齐全的处所形成了电偶侵蚀，点蚀源是阳极，不休被侵蚀，***后可使部件穿孔泄漏
。

预防点蚀的步骤是削减表表缺点，时时洗濯构件，对一些管件，早期预成膜的法子是极度有效的，凭据部件特点还可选取缓蚀剂或电化学
；
。

(4)脱成分侵蚀

脱成分侵蚀是某些铜合金的特殊侵蚀大局，如***常见的是锌含量大于15％的黄铜，尤其是α+β双相黄铜，还有含有γ-2相的铝青铜的脱铝侵蚀和铜镍合金的脱镍侵蚀
。

黄铜是铜和锌的固溶体，锌是固溶体中的阳极成分，锌被优先地选择性溶化，铜合金造成了脱锌的海绵铜，从而引起资料粉碎
。铝青铜中含有γ-2相时，当γ-2相沿晶界形成网状时，脱铝侵蚀***严重
。

抑造黄铜脱锌侵蚀的步骤是选用含Zn量较低的黄铜，也可凭据情况参与抑造脱锌的合金元素如砷、硼、锡、磷或锑
。抑造铝青铜脱铝的步骤是通过热处置解除γ-2相的沿晶界析出，或增长l％~2％的铁或4.5％以上的镍
。使用搅拌摩擦处置也可大大改善组织结构，抑造铝青铜的脱铝侵蚀
。

(5)应力侵蚀

应力侵蚀断裂（或开裂）(stress corrosion cracking, SCC）是指受拉伸应力作用的金属资料在某些特定的介质中，由于侵蚀介质与应力的协同作用而发生的断裂（或开裂）景象
。在这里，开裂和断裂别离对应于cracking和fracture，前者凸起起头出现裂纹，而后者蕴含从裂到断，似可通用，因问题而异，不用强调一致
。通常以为发生应力侵蚀断裂需具备三个根基前提，即敏感资料、特定介质和拉伸应力
。这注明应力侵蚀是一种较为复杂的景象：当应力不存在时，敏感资料在该特定介质环境中侵蚀甚微
；施加应力后，经过一段功夫，该敏感资料会在侵蚀并不严重而应力又不够大的情况下发生断裂
。通常以为纯金属不会发生应力侵蚀断裂，而每种合金的应力侵蚀断裂只是对某些特定的介质敏感
。随着合金使用环境不休拓展，现已发现能引起各类合金发生应力侵蚀的环境极度宽泛
。

铜合金在表界拉应力或自身残存应力作用下，遇到与之匹配的侵蚀介质 （含NH4+的溶液或蒸气、汞盐溶液），就有可能产生应力侵蚀，这是一种能产生贯通性裂纹的粉碎，风险性极大
。四大类铜合金中，紫铜和白铜在海洋环境中抗应力侵蚀机能***佳，黄铜对应力侵蚀***敏感，青铜次之

；仆摹凹玖选笔堑湫偷挠αη质淳跋，湿润、含氧的氨气、铵盐、汞盐等都能使黄铜发生应力侵蚀，SO2有加快作用

；仆⑸αη质吹幕硎，首先铜的表表产生
；つ，而后
；つぴ谟αο驴，推进了沿晶的阳极性溶化，溶化处再形成
；つ，再开裂，再溶化，而沿晶界的阳极性溶化是由于黄铜中的锌被选择性溶化造成的
。当黄铜在介质中不天生膜时，有可能产生穿晶应力侵蚀
。通常来说α黄铜的SCC是沿晶的，β黄铜是穿晶的，而α+β黄铜可所以穿过β相又沿着
。相晶界扩大的
。

降低黄铜应力侵蚀敏感性的措施除了降低残存应力、改善环境介质以表，降低锌的含量，或参与适量的抑造应力侵蚀的微量元素Si也是有效的
。

部门青铜也有相当的应力侵蚀敏感性，如锰青铜、铝青铜、铍青铜、螺旋桨用复合青铜在传染海水中也有应力侵蚀
。但青铜的应力侵蚀抗力高于黄铜
。

(6)侵蚀委顿

侵蚀委顿是指资料或构件在交变应力与侵蚀环境的共同作用下产生的脆性断裂
。交变应力与侵蚀环境共同作用所造成的粉碎要比单纯的交变应力造成的粉碎（即委顿）或单纯的侵蚀作用造成的粉碎严重得多
。船舶推动器、涡轮及涡轮叶片、泵轴和泵杆、海洋平台等常出现这衷炱坏
。侵蚀委顿与应力侵蚀有共同之处，都涉及应力和侵蚀介质的共同作用，但也有很大区别：侵蚀委顿是在交变应力作用下发生，而应力侵蚀通常在拉应力作用下发生
；纯金属也会发生侵蚀委顿，且金属构件发生侵蚀委顿不必要资料一介质环境的特殊组合，只有存在侵蚀介质，在交变应力作用下就会发生
。

正常情况下，设计人员总会赋予动态的铜合金关键部件较高的安全系数，发生侵蚀委顿断裂的可能性幼，但一旦发生，后果很严重
。为预防侵蚀委顿该把稳如下方面：

① 合理选材，通常来说抗点蚀能力高的资料，抗侵蚀委顿的机能也较高，应力 侵蚀敏感的资料，侵蚀委顿的机能也较差

；挂盐，资料强度高的，侵蚀委顿强度不定高
。

② 精心设计，尽量降低部件的应力水平，预防部件出现敏感缺口，削减应力集中 
。

③ 如有可能，能够选取解除内应力的热处置，而对工件选取喷丸处置，使工件表层有残存压应力则多半是有益的
。

④ 针对性地选取涂层、缓蚀剂或电化学
；ひ部刹芎玫某尚
。

(7)空泡侵蚀

与流体相对高速活动的铜合金部件其周围的流体压力散布是不均匀的，如舰船推动器，泵阀的进出口或换热器管的进出口，在低压区金属表表部门区域，形成流体的空泡，随后这些空泡鄙人游溃灭，产生高压的冲击波或微射流，压力可达400atm(latm=101325Pa，下同），甚至更高，败坏金属表表的
；つ，加快了侵蚀的进行，这种空泡形成和溃灭的屡次循环所引起的金属的累积危险叫空泡侵蚀
。

空泡侵蚀是冲击波或微射流力学成分和侵蚀介质侵蚀的协同作用造成的
。力学作用可粉碎铜合金的
；つ，推进侵蚀，而进一步的侵蚀又产生蚀坑或使蚀坑变深、变粗糙，这又反过来推进空泡的形核
。表5列举了一些常用铜合金的相对空泡侵蚀速度，表6则列出了一些螺旋桨铜材空泡侵蚀试验了局
。

抑造空泡侵蚀的重要措施有：

① 改进设计，从水力学角度降低流体的压力差，削减空泡的形成
。

② 提高部件表表光洁度，降低空泡形成概率
。

③ 选取弹性高的橡胶或塑料涂层，吸收冲击波
。

④ 选取阴极
；，在工件部位产生氢气泡以缓冲空泡的冲击波
。

⑤ 合理选用资料
。

(8)冲刷侵蚀

金属表表与侵蚀性流体之间由于高速相对活动而引起的金属败坏景象，称冲刷侵蚀
。侵蚀性流体可所以单相流，也可能是含有气相和固相的多相流
。无论是单相或多相流引起的冲刷侵蚀，通常来说，相对速度越高，流体中悬浮的固体颗粒越多、越硬，质量越大，则冲刷侵蚀越严重
。表7给出了几种铜合金在几种流速下的单相海水中的侵蚀速度
。

表中数据批注，流速高时侵蚀速度高，也讲了然分歧的铜合金耐冲刷侵蚀的能力差距很大
。通常情况下，每一种铜合金都有一个耐冲刷侵蚀的极限流速，被称为临界流速，超过临界流速，资料的粉碎速度会忽然显著加快
。当然这个临界流速的值除与资料有关，还与侵蚀流体的各类参数有关
。

文件中显示给出在单一的流体中，即干净海水中，几种铜合金的临界流速
。紫铜的临界流速为0.9m/s，含砷水师黄铜为1.8m/s，含砷铝黄铜为3m/s，90Cu-10Ni(1.5Fe)为3.6m/s,70Cu-30Ni(0.7Fe)为4.5m/s，在冷凝器中典型海水流速为2.4m/s,那么只有后三种铜合金可用于造备海水冷凝器
。

若是上述干净海水流体温度升高，pH变动，海水被传染，含有泥沙等，那么临界流速还会降低
。

冲刷侵蚀的机理说到底是金属表表在侵蚀介质中拥有一层
；つ，而冲刷作用使这层膜变薄或被粉碎，从而使袒露金属进一步侵蚀，若是冲刷的力学作用进一步加大，大大超过临界流速时，那么金属还会被机械性地直接剥离
。鉴于这种机理，减幼冲刷侵蚀的措施有：

① 选择耐冲刷侵蚀的资料，如表7所示，在铜合金中8m/s高速冲刷时，耐冲刷 侵蚀机能曲直排序为70Cu-30Ni(0.5Fe)，90Cu-10Ni(0.8Fe)，铝黄铜，水师黄铜，70Cu-30Ni(0.05Fe)，铝青铜，硅青铜
。

② 扭转侵蚀介质，增长缓蚀剂，过滤掉悬浮固体颗粒，降低操作温度，都可降低冲刷侵蚀
。

③ 改进设计，降低流速，减幼湍流，加厚易损部位或使这些部位易于更换建补
。

④ 选取适当的就义阳极或电化学阴极
；，也是有效的措施
。

起源：财易通

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