船舶腐蝕環(huán)境分析及防護(hù)

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【摘要】船舶由于長(zhǎng)期處于各類復(fù)雜環(huán)境，極易發(fā)生腐蝕，不僅影響船舶的快速性和操縱性，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度同樣下降，嚴(yán)重影響航行安全。據(jù)報(bào)道，每年船舶用于防腐的費(fèi)用占總維護(hù)保養(yǎng)經(jīng)費(fèi)的15%～40%。所以，必須對(duì)船舶腐蝕問題進(jìn)行深入研究，通過分析腐蝕產(chǎn)生的原因，提出防護(hù)措施。

【關(guān)鍵詞】船舶；腐蝕成因；涂料

船舶腐蝕是一個(gè)非常復(fù)雜的化學(xué)現(xiàn)象，表現(xiàn)為腐蝕環(huán)境多樣、腐蝕形態(tài)各異、腐蝕原因不同。而往往各種腐蝕又會(huì)相互交叉。比如船體某一處腐蝕，通常會(huì)是幾種腐蝕的共同作用的結(jié)果，如果單獨(dú)采用一種防腐措施，仍然不能解決腐蝕現(xiàn)象，需要對(duì)腐蝕機(jī)理進(jìn)行全面分析。

1船舶腐蝕機(jī)理分析

1.1機(jī)械腐蝕

機(jī)械腐蝕通常包括應(yīng)力腐蝕開裂、空泡腐蝕等。應(yīng)力腐蝕開裂是指船體部位受到外力或內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致金屬每部出現(xiàn)穿晶或沿晶的裂紋，比如船舶停靠碼頭時(shí)需要拖船作業(yè)，由于拖船的外力作用，船體機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈性或小的塑性變形，破壞了金屬表面保護(hù)層，降低了抗腐蝕能力；空泡腐蝕是由高速且不規(guī)則的液體流動(dòng)產(chǎn)生的空泡對(duì)金屬表面保護(hù)膜產(chǎn)生的破會(huì)，通常被稱為“水錘現(xiàn)象”，最典型表現(xiàn)比如所有海水系統(tǒng)，必須進(jìn)行合理的流速設(shè)計(jì)。

1.2電化學(xué)腐蝕

當(dāng)船體處于飛濺區(qū)及潮差區(qū)的干濕交界處，氧氣作用于船體的干區(qū)和濕區(qū)濃度存在差異，形成了氧濃差電池效應(yīng)，船體干區(qū)氧氣含量充足，形成陰極而受保護(hù)，船體濕區(qū)因缺氧而形成陽極而受到腐蝕。而實(shí)際表現(xiàn)是在海水的空泡腐蝕的共同作用下，漆膜容易脫落，致使保護(hù)手段失效，而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕作用。電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的部位和表現(xiàn)其實(shí)有很多，比如壓載艙內(nèi)壓載水的排空和進(jìn)水，在陽光作用下，邊柜內(nèi)會(huì)產(chǎn)生高溫水蒸氣，也會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)作用。如果船體續(xù)建部位的材質(zhì)和原材質(zhì)不同，同樣會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕作用。海水管系續(xù)建時(shí)，如其材料應(yīng)與原系統(tǒng)材料不同，也要發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

1.3生物腐蝕作用影響

如果船舶長(zhǎng)期處于海水中，會(huì)有海生物附著，一是影響航速和經(jīng)濟(jì)性，二是海洋生物會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，使船底漆脫落，失去保護(hù)作用。而海生物本身也會(huì)產(chǎn)生具有腐蝕性的排泄物，和船底材質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用。

2船舶腐蝕防護(hù)技術(shù)

2.1主動(dòng)防護(hù)措施

主動(dòng)防護(hù)是指陰極保護(hù)，使船舶整體作為陰極，避免電化學(xué)腐蝕。機(jī)理是當(dāng)兩種化學(xué)性質(zhì)不同的金屬在電解質(zhì)溶液中電性連結(jié)時(shí)，負(fù)極金屬成為陽極而與電解質(zhì)溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而腐蝕，正極的金屬變成陰極受到保護(hù)而不受電解質(zhì)溶液的腐蝕。如果采用比鋼鐵電極電位更負(fù)的金屬與鋼鐵電性連結(jié)，使鋼鐵整體上成為陰極，或給鋼鐵不斷地加上一個(gè)與腐蝕時(shí)產(chǎn)生的腐蝕電流方向相反的直流電，同樣使鋼鐵在整體上成為陰極，并且得到極化，則可使鋼鐵免遭腐蝕，得到保護(hù)。這種電化學(xué)的保護(hù)方法，稱之為陰極保護(hù)法。常用的陰極保護(hù)法有兩種，即“犧牲陽極保護(hù)”和“外加直流電陰極保護(hù)”。目前，船體通常使用的犧牲陽極材料主要有鐵合金陽極、高效鋁合金陽極、三元鋅犧牲陽極等。外加電流保護(hù)技術(shù)原理和犧牲陽極保護(hù)是一樣的。它是將直流電源加入到鋼板與陽極之間，然后利用海水構(gòu)成回路而起到保護(hù)作用。在該技術(shù)中，鋼板得到電源輸入的保護(hù)電流，使其形成陰極并得到相應(yīng)的保護(hù)。“犧牲陽極保護(hù)”的特點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單易操作，且價(jià)格較便宜；“外加直流電陰極保護(hù)”裝置的一次性投資較大，但它具有性能穩(wěn)定、基本免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。外加電流保護(hù)技術(shù)具有電流、電位可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)保護(hù)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此，在今后的發(fā)展中，改進(jìn)輔助陽極的排流量、外加電源的可靠性和參比電極的長(zhǎng)期穩(wěn)定性將是研究的重點(diǎn)方向。

2.2被動(dòng)防護(hù)

被動(dòng)防護(hù)主要是采用涂料，由于船舶各部位腐蝕環(huán)境的差別，所采用的涂料也是千差萬別，即使是同一腐蝕環(huán)境中，所采用的涂料也不一定相同。船底部分，一般要涂裝防銹層、中間層和防污層，既要防止船底的氧化作用，又要防生物附著；水線區(qū)由于受到海水干濕交替作用，所以水線部位的涂料必須有良好的耐水性、耐候性、耐干濕交替性，還要具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐摩擦和耐沖擊；大氣曝露區(qū)由于受到鹽霧、大氣和陽光的作用，要求涂料有優(yōu)良的防銹性、耐候性、抗沖擊與摩擦性能，還要有保色性和保光性；壓載水艙環(huán)境濕熱、鹽分高，所以要求涂料要有優(yōu)良的耐水、耐鹽霧、耐干濕交替和抗腐蝕性能；飲水艙涂料要求具有耐水性、無毒性，所含元素對(duì)人體不能造成損害；機(jī)、泵艙的艙頂和艙壁涂料要求不易燃燒和耐水性和耐油性等等。環(huán)氧類防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料、橡膠類防腐涂料、氟樹脂防腐涂料、有機(jī)硅樹脂涂料、聚脲彈性體防腐涂料以及富鋅涂料等，其中環(huán)氧類防腐涂料所占的市場(chǎng)份額最大。所以高性能、環(huán)保、節(jié)能、便捷是船舶涂料的發(fā)展方向，需要注意的是，防腐涂層的效果不僅僅取決于材質(zhì)，與涂裝之前的表面處理質(zhì)量、涂膜厚度、涂裝時(shí)的氣候條件及涂裝工藝等諸多因素有關(guān)。

3結(jié)束語

綜上所述，腐蝕防護(hù)的實(shí)質(zhì)是降低材料與環(huán)境條件之間的電化學(xué)反應(yīng)速度。因此，改善材料、改變環(huán)境、把兩者隔離、或者減少離子、氧、水在材料與環(huán)境之間的交換是相應(yīng)的措施。選擇何種腐蝕防護(hù)措施，要視具體的使用條件而定，是采取何種腐蝕控制技術(shù)和何時(shí)采用腐蝕控制的重要環(huán)節(jié)，而環(huán)保、低成本、安全、易施工、高性能是腐蝕防護(hù)技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。

作者:李曉江 李懷景 單位:中國(guó)人民解放軍91202部隊(duì)

【參考文獻(xiàn)】

［1］菅恒康,趙俊,張文喆,等.船舶防腐蝕陰極保護(hù)法系統(tǒng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)[J].環(huán)境研究與監(jiān)測(cè),2012(03):46-48.

［2］李杰,黃金.探討船舶腐蝕的成因及其相應(yīng)的防護(hù)技術(shù)[J].科技與創(chuàng)新,2014(18):27.