鋁質高速船常見腐蝕現象及防腐應對措施

陶榮斌　喻雄飛　黎理勝

摘 要：本文對鋁質高速船的腐蝕現象進行分析和采取相應的防腐措施。

關鍵詞：鋁質高速船；腐蝕現象；防腐措施

中圖分類號：U671.71 文獻標識碼：A

Abstract：This paper describes the aluminum high-speed ships corrosion phenomena and anti-corrosion measures.

Key words： Aluminum high-speed ship；Corrosion phenomena；Anti-corrosion

1 前言

鋁合金由于質輕、有一定強度和耐蝕性，并有良好的可焊接性，在高速船上得到了十分廣泛的應用。雖然與鋼材相比價格較貴、建造成本較高，但是在達到同等強度和滿足船舶使用的條件下，作為船體結構來說，鋁合金的重量是鋼結構的50%左右，而耐蝕性要比鋼材好一個數量級以上。在民用船舶方面，澳大利亞、荷蘭、芬蘭等國的雙體鋁殼快艇研制和應用已經比較成熟，目前已形成了一系列鋁合金快艇[1]。

然而，結構鋁合金作為船體結構材料、設備材料和上層建筑材料，將受到海水的直接腐蝕和海洋大氣的腐蝕。接觸海水的結構鋁合金，將面臨腐蝕性很強的海水介質的直接腐蝕。在海水中主要的腐蝕形式為局部腐蝕，具體又可分為點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、剝落腐蝕以及腐蝕和局部應力共同作用引起的腐蝕疲勞。鋁合金的局部腐蝕導致其使用壽命降低[2]。

結構鋁合金在海洋大氣中的點蝕也比較嚴重；在飛濺帶則易發(fā)生縫隙腐蝕，縫隙腐蝕比點蝕嚴重。海水中的點蝕有一定隨機性，縫隙腐蝕則是鋁合金在海水中常見的腐蝕形式[3]。

2 鋁質高速船常見腐蝕現象

1）在船體外板焊接處、內板焊接的熱變形區(qū)域及噴水流道格柵普遍存在較明顯的腐蝕。

2）欄桿柱、系纜樁等舾裝件與船體的連接、船側護舷鋁型材與船體之間的焊接焊縫區(qū)等均有明顯的腐蝕。

3）海水管路閥門和閥桿由于成本的關系，常用的是鑄鋁材料。用于海水系統效果不好，不耐腐蝕，經常出現腐蝕現象。特別是消防管系在使用幾年以后，根本不耐壓。液壓管如采用無縫鋼管，受海洋大氣影響腐蝕也較嚴重。

4）船上的艙底泵、總用泵選用的是銅葉輪鑄鋼體泵，在使用中可見泵體有明顯的腐蝕，泵軸封非正常泄漏現象也時有發(fā)生，有時不到半年就要更換。海水系統中使用的鋁閥腐蝕較嚴重，普通不銹鋼閥的腐蝕也比較嚴重，而銅閥與鈦合金閥則腐蝕相對較少。

5）噴水流道流道中一般采用了犧牲陽極和涂料進行保護，但仍有較嚴重的腐蝕現象發(fā)生。

3 鋁質高速船腐蝕特點分析

1）船體水下部分由于高流速和近海海面雜物較多，一般的防腐涂料難以有效保護船體。鋁合金船涂漆之前的表面處理工藝與鋼質船相比有很大區(qū)別。由于鋁合金較軟，常規(guī)的噴砂處理會對鋁合金表面造成較大傷害，一般只能采用輕度掃砂方式，以提高涂料附著力。

2）鋁合金船內艙水線以上部分一般采用裸鋁處理，未作涂層保護，出現不同程度的腐蝕，冷凝水積聚部位腐蝕白點較多。對于跌落內艙艙底的銅、鐵等重金屬零件、工具等極易造成裸鋁內艙局部點蝕。

3）高速船噴水流道內海水流速很高，且泵噴葉輪為不銹鋼材料，流道內壁的鋁合金腐蝕較難用犧牲陽極給以完整保護，而一般的防腐涂料又難以經受高流速水流沖擊。

4）部分海水管系采用鋁合金管，鋁合金管對于海水中的氯、銅、鐵重金屬離子十分敏感，異種金屬接觸對鋁合金影響較大，加之管系附件配套性差，都會造成鋁合金管的異常腐蝕破損。

4 鋁質高速船的防腐措施

4.1 船體結構材料的選擇

選擇5083鋁合金作為船體結構材料。5系列鋁鎂系Al-Mg合金屬于中強可焊合金，具有良好的拋光性能和耐蝕性能，特別是與其它鋁合金相比具有良好的耐海水腐蝕性能，所以Al-Mg合金是目前國際上用于造船最多的鋁合金。

4.2 船體防腐防污涂料配套及涂裝工藝

目前，國產的防腐涂料在國內的鋁質高速船上有過一定的使用經驗和相應配套產品。對于航速高的船，一般涂料的使用壽命因高速水流沖刷原因往往會大大縮短。特別對于噴水流道內，流道內的水流速度接近船速的2倍。所以船體的腐蝕防護一般采用環(huán)氧系列涂料加鋁合金犧牲陽極的方法對船體進行保護，要求每年至少上排一次進行船體檢查及重新涂刷涂料。

涂裝工藝必須注意施工環(huán)境條件和表面處理。

施工環(huán)境條件：相對濕度必須小于85%，環(huán)境溫度高于5 ℃，施涂表面溫度不得低于露點3 ℃。風沙天、雨天或其它壞天氣不能施工。

表面處理注意事項：

1）用工業(yè)清潔劑徹底去除油污，并用高壓淡水沖洗以獲得清潔的表面。

2）采用三氧化二鋁或高強度塑料磨料對鋁合金材料進行噴砂處理，表面處理必須徹底清除“白銹”以及陽極化產物。

3）在表面處理后必須盡可能快地進行涂裝，以避免鋁材在空氣中發(fā)生氧化。

4）涂裝方法和涂料產品的性能指標必須嚴格按照各涂料相關的產品說明書。

4.3 船體外板的陰極保護

目前最為普遍采用的是在船體外板設置犧牲陽極。由于鋁質高速船航速很高，隨航速的變化船體濕表面的電位分布變化很大，需根據電位分布變化確定最優(yōu)的犧牲陽極數量、布置位置及保護年限。

目前一般通過模擬仿真計算或參考相關規(guī)范進行艇體陰極保護的優(yōu)化設計，并根據保護壽命的年限要求確定犧牲陽極的尺寸及布置方案。模擬仿真計算需根據艇體鋁合金材料、犧牲陽極鋁合金材料以及有關設備金屬材料在靜止和各種流速的流動海水環(huán)境中的極化特性確定模擬仿真計算的邊界模型和邊界條件，進行自然腐蝕、電偶腐蝕、陰極保護共存時，停航及各種航行航速狀態(tài)和防腐蝕涂層各種損傷狀態(tài)下，船體表面保護電位分布、保護電流密度分布以及犧牲陽極消耗速度的系列模擬仿真計算；算出各種狀態(tài)下船體表面保護電位分布、保護電流密度分布，犧牲陽極的尺寸及形狀隨時間變化的圖像。endprint

4.4 噴水流道保護

噴水流道保護一般有三種方法：

1）加藥法。將不同配方、不同組合的殺菌劑、緩蝕劑、剝泥劑聯合，根據一定的加藥工藝投入體系中，通過殺死海生物的孢子和微生物以達到防蝕殺菌的作用。一般適用于循環(huán)體系或半開放體系。由于噴水推進流道系統是開放體系，這就會直接導致投藥的效率降低，增加投藥量和投藥頻率；此外采用投藥法防污，需要專用的設備、長期的藥劑費用投入、專人管理，因此在應用上從防污效果、經濟性和方便性等方面均具有一定的局限性。

2）外加電流陰極保護。通過選擇合適的陽極，在對噴水推進系統進行陰極保護輸出保護電流的同時，在陽極上可以產生一定量的氯氣和次氯酸，達到防止海生物污損的目的。

由于噴水推進系統的特殊結構、材質和工況，流道的保護電流量設計應從排除鋁合金的全面性腐蝕和接觸腐蝕的條件考慮，因為流道內奧氏體和雙相不銹鋼材質的噴水泵、葉輪軸系統理應與鋁合金流道電絕緣，但不是任何時候都能完全達到的，此外使用中絕緣可能遭到破壞，在設計其電化學保護時應考慮到接觸腐蝕的可能性。所以選用的陽極具有較高的要求，具有輸出電流和電解產氯的雙重功能，通過調整陽極種類、形狀面積，可以滿足輸出足夠的保護電流和要求的有效氯濃度，從而將防污防腐蝕納入一個體系中，達到有效的防污防腐蝕控制效果。

3）在鋁合金海水管路的基礎上，將具有質輕和優(yōu)良的耐腐蝕能力的玻璃鋼管（玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂）用于噴水流道，使噴水流道系統真正成為免維護管系。

4.5 海水管系防腐措施

船上海水管路的腐蝕穿孔主要發(fā)生在有水流擾動的彎管、岔管，以及管接頭、法蘭接頭等有焊接缺陷的位置。

海水管系如采用鈦合金制造，這部分管子沒有必要實施陰極保護，需采取保護措施的鋁制海水管例如油污水處理系統等。

污水處理系統管道內部一般采用犧牲陽極陰極保護。不同管徑的管子保護長度根據保護電位分布和保護電流密度來確定。法蘭部位加入管道陽極，具體數量由法蘭數量決定。通常彎管、支管、管接頭的位置距離法蘭不超過2 m。與設備連接的法蘭處必須安裝陽極環(huán)，并與設備進行絕緣。

4.6 設備、部件異種金屬連接防腐措施

對帶有振動和對中要求較高的設備安裝，采用環(huán)氧樹脂作為絕緣材料既能滿足防腐絕緣要求，也能較易實現設備的對中安裝，同時該材料具有較好的吸振性，可減少設備震動的傳遞，見表1。

4.7 內艙艙底的保護措施

內艙艙底除采用涂料保護和加強日常管理外，還可應用鋁基陽極保護。由于船尾軸、設備的瀉漏，會造成船艙底不可避免地存在著積水。艙底內底板積水含有大量的油污、細菌，其腐蝕性比普通海水要大得多，所以艙底積水是造成內板腐蝕的直接因素。鋁合金的自腐蝕電位較低，與銅、鋼接觸將會造成鋁材首先發(fā)生腐蝕艙底。艙底留有的銅質或鋼質螺母、螺釘、焊條、工具等必須清理干凈，否則會加速底板的局部腐蝕穿孔。同時由于艙底水主要由海水及油污組成，而在油污水環(huán)境下普通的犧牲陽極，電流效率低、溶解性差，無法滿足保護要求，因此需選用適于油污水環(huán)境中使用的高效的鋁基犧牲陽極。鋁基陽極具有電容量大，重量輕，有較高驅動電位等優(yōu)點，鋁基犧牲陽極應用最多，發(fā)展最快。

5 結束語

對鋁質高速船防腐蝕技術研究，借助于更精確的設計方法、以實現更可靠的和有預見性的防腐蝕設計，對鋁質高速船在其全壽命期內施以確切的保護措施、從而有效地防止腐蝕過程的發(fā)生，具有重大的經濟意義。

參考文獻

[1] 黎理勝，龔亞樵.鋁合金船腐蝕與防護策略[J].中國造船技術，2012（5）.

[2]金屬防腐蝕技術[M].化學工業(yè)出版社，2011.

[3]鋁合金防腐蝕技術問答[M].化學工業(yè)出版社，2012.endprint