付長琦　蔡紅祥　鄭大白　王偉　潘賢清

[摘要]深海光纜敷設(shè)深度超過2000m，纜中的鍍鋅鋼絲主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕。本文通過介紹腐蝕原理以及深海光電復(fù)合纜結(jié)構(gòu)來分析鍍鋅鋼絲使用壽命情況。

[關(guān)鍵詞]鍍鋅鋼絲 海光纜 使用壽命

材料受周圍介質(zhì)的作用而遭受的變質(zhì)或損壞叫做腐蝕。材料包括金屬和非金屬，如鋼鐵、不銹鋼、有色金屬和塑桿、混凝土、木材。

周圍繞環(huán)境介質(zhì)指材料所處的溫度、壓力、應(yīng)力、光照、輻射、生物條件、固液氣態(tài)介質(zhì)。對材料的作用包括化學(xué)的、電化學(xué)的、機(jī)械的、生物的以及物理的作用。

金屬腐蝕按原理分，可分為化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕。通常金屬材料與外界介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損壞的現(xiàn)象叫做化學(xué)腐蝕，這只是一種單純化學(xué)作用，不產(chǎn)生電流。而電化學(xué)腐蝕過程中通常伴有電流產(chǎn)生。我司的深海光電復(fù)合纜能夠敷設(shè)在海底2000米的深海中，其外層鎧裝鋼絲發(fā)生的腐蝕一般是電化學(xué)腐蝕。

一、鍍鋅鋼絲的電化學(xué)腐蝕過程及基本原理

將鍍鋅鋼絲置于海水中，其發(fā)生的電化學(xué)腐蝕一般經(jīng)過以下4個步驟：

（1）鍍鋅層完整地覆蓋于整個鋼絲基體，鍍層發(fā)生腐蝕；

（2）鍍層發(fā)生部分破壞，鋅作為犧牲陽極對鋼絲基體提供陰極保護(hù)；

（3）鍍鋅層全部破壞，鋼絲基體開始腐蝕，鋅的腐蝕產(chǎn)物抑制腐蝕過程；

（4）鋼絲基體發(fā)生快速腐蝕。

在海水環(huán)境中，鋅層最先發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在陰極區(qū)，其腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)如下：

Zn→Zn⁺+2e

在海水腐蝕下，電解液中含有大量的C1^-，在陽極區(qū)發(fā)生反應(yīng)：

5Zn⁺+2Cl^-+8H₂O→Zn（OH）₈Cl₂+8H⁺

鍍鋅鋼絲置于海水中，其先與海水接觸發(fā)生電化學(xué)腐蝕，為鋼絲提供了陰極保護(hù)。同時生成的腐蝕產(chǎn)物附著鋼絲表面，減緩了進(jìn)一步的腐蝕，同時抑制了鋼絲的腐蝕。

二、鍍鋅鋼絲在海水中的使用壽命

整個海洋環(huán)境主要分為五個區(qū)：海洋大氣區(qū)，海洋飛濺區(qū)，海水潮差區(qū)，海水全浸區(qū)，海底泥土區(qū)。這五個區(qū)的腐蝕均隨海水溫度的升高而加重。海底泥土區(qū)含有大量沉淀物，含鹽量高，具有較好導(dǎo)電特性，泥土成為良好電解質(zhì)，此外，這個區(qū)的含氧量低，易生長厭氧的硫酸鹽還原菌等細(xì)菌，對金屬造成腐蝕，但和其他四區(qū)相比，泥土區(qū)腐蝕程度較輕，而我司的深海光電復(fù)合纜敷設(shè)在海底2000m處，正是處于海底泥土區(qū)，而這個深度的海水常年溫度在1℃～2℃，溫度偏大低，因此相對于海洋的其他位置，此光電復(fù)合纜敷設(shè)的地方腐蝕相對較輕。

根據(jù)以前的研究，碳鋼在海水中的腐蝕遵循以下關(guān)系：

D=A+k（t-1）

其中D為碳鋼的平均腐蝕深度（mm），t為暴露時間，A為碳鋼在海水中暴露第一年的平均腐蝕速度，k為碳鋼在海水中暴露的穩(wěn)定腐蝕速度（大到在0.05mm/a-0.13mm/a）。據(jù)研究，A范圍為0.1～0.22。

以鍍鋅鋼絲的直徑為3.23為例，經(jīng)粗略計算，表面的鋅層厚度大概為0.07mm，因此鍍鋅鋼絲內(nèi)部鋼的直徑為3.09。

利用腐蝕公式：D=A+k（t-1），其中A取中間值0.16，k也取中間值O.09mm，可計算得t約為17。因此，若將直徑3.09，未鍍鋅的鋼絲直接置于海中，需要17年才能腐蝕完。鋼絲表面鍍有0.07mm的鋅層，這鋅層為鋼絲提供了陰極保護(hù)，同時鋅層的電化學(xué)腐蝕產(chǎn)物附著在鋼絲表面，形成致密均勻的氧化膜，阻止了外界離子向鍍鋅層的擴(kuò)散，一定程度上減緩了鍍鋅層的腐蝕，使得鋼絲不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，從而減緩了鋼絲的腐蝕速度。

以上的分析是將鍍鋅鋼絲直接與海水接觸得到的，但實際中，一般鋼絲外層繞有雙層PP繩，同時涂覆有瀝青，這有效得杜絕了鋼絲與海水的直接接觸，大大減輕了電化學(xué)腐蝕的發(fā)生條件，使得鍍鋅鋼絲更加不易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕速度將減少50%以上，因此由以上原因分析可推斷，鍍鋅鋼絲的壽命起碼可以翻倍，超過30年。

三、結(jié)論

金屬腐蝕可分為化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕。我司研究的深海光電復(fù)合纜敷設(shè)深度可達(dá)海底2000m，其結(jié)構(gòu)中的鍍鋅鋼絲主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕。了解鍍鋅鋼絲的一些參數(shù)（如直徑，鋅層厚度），利用腐蝕公式：D=A+k（t-1），可計算出鍍鋅鋼絲直接與海水接觸后的使用壽命，并推斷出光電復(fù)合纜中的鍍鋅鋼絲的使用壽命。

以3.23的鋼絲為例，鍍鋅鋼絲與海水直接接觸，使用壽命為17年；而光電復(fù)合纜中，鍍鋅鋼絲使用壽命將超過30年。