阴极保护技术是海洋环境中常用的腐蚀防护技术,通过在金属表面施加阴极极化,可有效地抑制或减缓腐蚀的发生。阴极极化可以导致金属表面形成致密的钙质沉积层,可起到减小保护电流密度并提高阴极保护效率作用,从而节省阴极保护成本。目前关于钙质沉积层在Q235钢基体上形成过程及机理的研究比较多,也较为系统,而在不锈钢和铜合金等其他海洋工程中常用的金属材料表面钙质沉积层的研究相对较少,并缺乏系统性的分析。为了使阴极保护技术在海洋工程中得到更广泛的应用,确定金属材料在海洋环境中合适的阴极极化电位,本文采用动电位极化法、恒电位极化法、电化学阻抗谱测试(EIS)、微观形貌观察(SEM)、元素成分分析(EDS)和物相组成分析(XRD)等电化学测试和微观分析方法,对不同极化电位下Q235钢、304不锈钢和高锰铝青铜等海洋工程中常用金属表面钙质沉积层的形成过程进行了研究,同时以Q235钢为例,分析了阴极极化对不同破损率涂层钢破损处保护效果的影响。通过上述研究得到以下结论:1.不同金属材料的阴极保护电位范围不同:通过动电位极化曲线的测试和拟合分析,确定304不锈钢的最佳阴极保护电位范围在-0.83V～-0.47V之间,高锰铝青铜的最佳阴极保护电位的范围在-0.90V～-0.50V之间,Q235钢的最佳阴极保护电位范围在-1.00V～-0.75V之间。2.阴极极化对不同金属材料表面钙质沉积层的形成过程及保护效果有不同影响:对于Q235钢来说,-1.0V的极化电位比-0.8V的极化电位具有更高的阴极保护效率;304不锈钢的钝化膜和钙质沉积层对金属的阴极保护效率均有一定影响,-0.8V极化电位下不锈钢表面形成了玉米状的钙质沉积层,主要成分和Q235钢相同,主要是文石结构的碳酸钙,但其致密性和膜电阻要高于相同极化电位下Q235钢钙质沉积层,不锈钢表面的钝化膜在极化过程中先被还原,后又逐渐生成,其成分变成了 Fe(Ⅲ),而-0.5V极化电位下的稳定电流密度更低,不锈钢表面虽然没有形成钙质沉积层,但是钝化膜随着极化时间的增加逐渐增大,168h后达到22.5kΩ·cm2,因而-0.5V极化电位比-0.8V极化电位对304不锈钢具有更高的阴极保护效率;对于高锰铝青铜来说,钙质沉积层对金属的阴极保护效率有一定影响,而表面铁锰氧化物对金属的阴极保护效率影响较小,-0.8V极化电位下电流密度较低,钙质沉积层的主要成分和304不锈钢相同,但其致密性和膜电阻在Q235钢和304不锈钢之间,-0.5V极化电位下高锰铝青铜电流密度较高,钙质沉积层的主要成分同样是文石结构的碳酸钙,但其致密性和膜电阻要低于-0.8V极化电位下钙质沉积层,因而-0.8V极化电位比-0.5V极化电位对高锰铝青铜具有更高的阴极保护效率。3.阴极极化对不同破损率Q235涂层钢表面钙质沉积层的形成过程及保护效果有不同影响:对于4%和1%破损率两种不同破损率的涂层钢来说,-1.0V的极化电位下稳定电流密度较裸钢小,钙质沉积层的膜电阻和电荷转移电阻阻值较高,主要结构与裸钢不同,形成了方解石和球霰石结构,因而具有较好的阴极保护效果和较高的阴极保护效率,而-0.8V的极化电位下Q235涂层钢表面破损处形成了腐蚀产物,说明-0.8V的极化电位不能对破损涂层钢起到阴极保护效果。阴极保护电位及保护过程中的电流调整,是影响保护效果和经济性的重要因素。本文通过以上研究,明确了几种典型海洋工程用金属结构材料的保护参数,可为海洋工程中典型金属材料和破损涂层钢提供了阴极保护的设计方案和维护过程中的电流维持方案等重要的理论依据和数据支撑。