鋁合金艦船防腐蝕技術(shù)及應(yīng)用分析

龔禹開

華中科技大學(xué) 430074

鋁合金艦船防腐蝕技術(shù)及應(yīng)用分析

龔禹開

華中科技大學(xué) 430074

鋁合金材料比重較小、強(qiáng)度較高，在國內(nèi)外民用船舶特別是快速運(yùn)輸船上運(yùn)用比較普遍。由于鋁合金活性強(qiáng)、耐海水腐蝕能力較差，與鋼質(zhì)艦船相比，鋁合金艦船防腐蝕具有不同的技術(shù)特點(diǎn)。

一、船用鋁合金在海洋環(huán)境中的腐蝕特性

船用鋁屬于防銹硬鋁合金，其中Al-Mg系合金作為板材（包括管材）應(yīng)用較普遍，其具有良好的拋光性能和耐蝕性能，美國標(biāo)準(zhǔn)的5000系合金（如5083、5383等牌號）、我國的LF2至LF12等牌號的合金就屬此類合金。型材應(yīng)用較多是Al-Mg-Si系合金（如美國標(biāo)準(zhǔn)6061、6082牌號），屬可熱處理強(qiáng)化變形鋁合金，具良好的耐蝕性、韌性和擠壓加工性能。這兩類鋁合金都具有良好的可焊性。

鋁合金作為船體結(jié)構(gòu)、設(shè)備和管系用材主要受兩類因素導(dǎo)致的腐蝕，一類是與海水的直接接觸或暴露在海洋大氣中，在海水和空氣直接作用下引起的腐蝕，按腐蝕形態(tài)可分為點(diǎn)蝕，縫隙腐蝕，晶間腐蝕，剝落腐蝕，以及腐蝕和局部應(yīng)力共同作用引起的腐蝕疲勞。另一類是與異種金屬直接接觸引起的電偶腐蝕。

在海水或鹽霧環(huán)境中，對鋁材起主要腐蝕破壞作用的是氯離子。鋁材的表面與空氣中的氧能夠生成緊密而鈍化的三氧化二鋁，這層致密的保護(hù)膜隔絕了空氣，阻礙了繼續(xù)氧化，在海水或鹽霧環(huán)境中，這層氧化膜也能起到保護(hù)作用。但氯離子直徑很小，容易穿透氧化膜上的微孔，同時(shí)鋁材表面也不可避免地存在缺陷或局部破損，在氧的共同作用下極易發(fā)生點(diǎn)蝕且腐蝕發(fā)展速度很快，并容易向材料內(nèi)部縱深發(fā)展，形成放射性的穿透性破壞?？p隙腐蝕是由于腐蝕物存積，或結(jié)構(gòu)上存在搭接表面和縫隙等造成局部沉積物，形成了惡劣的腐蝕環(huán)境，從而加速縫隙內(nèi)部的腐蝕。晶間腐蝕與鋁合金的晶間析出物有關(guān)。剝落腐蝕是鋁合金的一種特殊腐蝕形式，晶間腐蝕與材料內(nèi)應(yīng)力協(xié)同作用使表面開裂或剝落。

艦船上不可避免地要應(yīng)用到其它金屬材料的設(shè)備和管系。研究表明，在海水中不同金屬材料在距離150mm以內(nèi)均易發(fā)生電化腐蝕，5083、LF15等鋁合金電位較低，與銅類合金、碳鋼、不銹鋼、鈦合金等異種金屬直接連接形成電偶，在海水或潮濕鹽霧環(huán)境中腐蝕會進(jìn)一步加速，并且在流動海水中的偶合加速腐蝕效應(yīng)大于靜止海水。試驗(yàn)結(jié)果還顯示，鋁合金與青銅、黃銅直接連接時(shí)，受到的電化腐蝕要比與鋼、不銹鋼、鈦等連接時(shí)更強(qiáng)烈。鋁合金還對游離的銅離子很敏感，會加快點(diǎn)蝕速度。

鋁合金艦船的腐蝕除與原材料固有的耐蝕性有關(guān)外，還與結(jié)構(gòu)的合理性、防護(hù)措施有效性、航行海域以及平時(shí)的保養(yǎng)優(yōu)劣有關(guān)。

二、鋁合金艦船防腐蝕技術(shù)的選用

與鋼質(zhì)艦船類似，鋁合金艦船的防腐仍然是采用多種手段綜合防護(hù)，但有其自身的技術(shù)特點(diǎn)。鋁合金艦船在研制和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)其自身技術(shù)特點(diǎn)、使用方式和維護(hù)保養(yǎng)水平綜合考慮船體、內(nèi)艙、舾裝件、艙面設(shè)備、動力、電力和船舶輔助系統(tǒng)的防腐，不同部位選擇合理的防護(hù)方式。

1、水線以下船體及附件的防護(hù)

鋁質(zhì)艦船主船體一般應(yīng)采用防腐蝕涂層和陰極保護(hù)（犧牲陽極，外加電源）進(jìn)行復(fù)合保護(hù)。在設(shè)計(jì)陰極保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，要考慮不同艦船航速和在航率的因素。在船舶航行和?？看a頭，以及防腐蝕涂層不同損傷和老化狀態(tài)的情況下，船體表面保護(hù)電位、電流密度分布和犧牲陽極消耗速度會有不同，不同航速時(shí)船體濕表面的電位分布變化也很大，應(yīng)根據(jù)具體情況優(yōu)化設(shè)計(jì)犧牲陽極布置，增強(qiáng)船體防腐蝕措施的效果。

船舶推進(jìn)裝置水下部分如軸系、螺旋槳或推進(jìn)泵一般采用銅合金、不銹鋼、鈦或鈦合金制造。由于這些設(shè)備表面積大，局部水流場復(fù)雜，會對鋁質(zhì)船體造成嚴(yán)重的腐蝕，合理的保護(hù)措施十分重要，尤其是要注意盡量不要選銅質(zhì)螺旋槳。

2、內(nèi)艙、艙面及舾裝件的防護(hù)

船舶艙底不可避免地會存在著積水和雜物，并且艙底積存污水腐蝕性比普通海水要大得多，因此艙底是重防腐區(qū)。特別是鋁質(zhì)戰(zhàn)斗艦艇機(jī)艙擁擠，設(shè)備、管系密集，不易清理，往往易積存掉落的鋼質(zhì)、銅質(zhì)螺母、螺釘甚至工具，加速船體底板的腐蝕穿孔。因此艙底一般都要采用涂料和犧牲陽極雙重保護(hù)，進(jìn)行重防腐處理。內(nèi)艙的其它部分可采用裸鋁，但注意盡量不要破壞鋁材表面的氧化層。結(jié)構(gòu)上注意設(shè)計(jì)導(dǎo)水孔，防止積水。焊接部位防止出現(xiàn)縫隙產(chǎn)生縫隙腐蝕。

水密門、艙口蓋、斜梯、通風(fēng)頭、露天箱柜等舾裝件、露天設(shè)備基座應(yīng)盡量采用與船體鋁合金相一致的材料制作，當(dāng)用不銹鋼或其它材料制作時(shí)應(yīng)與船體絕緣連接安裝。在艇主甲板以上的船體與上層建筑連接處、設(shè)備基座與船體連接處的縫隙，可采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行防水密封處理。

3、管系材料配套選擇與防護(hù)

艦船動力、電站和各種輔助系統(tǒng)的管系是防腐的另一個(gè)重點(diǎn)，腐蝕特點(diǎn)與管系中的介質(zhì)和流速直接相關(guān)。鋁合金艦船的淡水系統(tǒng)、燃油、滑油系統(tǒng)可直接采用鋁合金管材。壓力要求比較高的液壓系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、1301滅火系統(tǒng)管系等可采用不銹鋼材質(zhì)。要重點(diǎn)考慮的是海水管系的防腐。

海水管系的腐蝕成因主要包括海水對材料的化學(xué)腐蝕、沖刷腐蝕和不同材料連接形成的電偶腐蝕，防護(hù)措施應(yīng)從這幾個(gè)方面進(jìn)行考慮，如選擇合理的材料配套，設(shè)計(jì)合理的流速，同時(shí)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)。管系防腐除考慮管材的腐蝕外，還要考慮各類泵、閥、接頭、墊片等的腐蝕問題。國內(nèi)沒有形成鋁合金艦船配套的管系配套體系，只能從為鋼質(zhì)船舶配套的設(shè)備、材料中進(jìn)行選擇，做適應(yīng)性改進(jìn)，并做好防護(hù)措施。

4、設(shè)備安裝異種金屬連接與防護(hù)

由于鋁質(zhì)船舶要不可避免地要選用其它材質(zhì)的設(shè)備和材料，如鋼、不銹鋼等。解決這種不同金屬的電偶腐蝕最簡單有效的辦法就是絕緣連接或隔離腐蝕介質(zhì)或采用過度的復(fù)合材料。一般設(shè)備安排采用電絕緣組件進(jìn)行異種金屬隔離，包括成套的螺栓、螺母、鋼墊片、電絕緣性能測量片、絕緣套管、絕緣墊片等。

三、鋁質(zhì)艦船在施工和維護(hù)保養(yǎng)中應(yīng)注意的防腐問題

鋁質(zhì)船舶建造應(yīng)按技術(shù)文件編制詳細(xì)的防腐防漏施工工藝并嚴(yán)格落實(shí)。施工建造和維護(hù)使用中除應(yīng)遵循一般艦船應(yīng)注意的事項(xiàng)外，鋁質(zhì)艦船還應(yīng)特別注意以下事項(xiàng)：

1、因鋁合金在機(jī)械加工后表面耐腐蝕性大大降低，建造過程中應(yīng)盡一切可能防止因機(jī)械加工、堆置、移動等原因而軋制、劃傷鋁合金表面。

2、表面打磨不得使用鋼棉或鋼絲刷，及含有銅或汞的磨片。不能用噴銅丸的方式進(jìn)行表面噴沙拉毛，最好用不銹鋼刷進(jìn)行簡單拉毛。

3、杜絕因電焊、搭線等造成的船體異常腐蝕情況和異種金屬接觸腐蝕。

4、及時(shí)清除多余物。及時(shí)清除艙內(nèi)積水和掉落的其它金屬物。采取措施防止其它金屬焊接時(shí)焊渣掉落飛濺到鋁質(zhì)結(jié)構(gòu)上，如有飛濺應(yīng)及時(shí)清除。

5、靠泊碼頭時(shí)應(yīng)防止鋁質(zhì)船體與碼頭鋼質(zhì)或其它金屬構(gòu)件直接接觸。

6、定期上排檢查涂裝和陰極保護(hù)系統(tǒng)完整性。除漆打磨不得使用鋼棉或鋼絲刷，最好用木制或塑料刮板。