鋁質(zhì)高速船常見腐蝕現(xiàn)象及防腐應(yīng)對措施

陶榮斌　喻雄飛　黎理勝

摘 要：本文對鋁質(zhì)高速船的腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行分析和采取相應(yīng)的防腐措施。

關(guān)鍵詞：鋁質(zhì)高速船；腐蝕現(xiàn)象；防腐措施

中圖分類號：U671.71 文獻(xiàn)標(biāo)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(zhì)輕、有一定強(qiáng)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(yīng)用。雖然與鋼材相比價格較貴、建造成本較高，但是在達(dá)到同等強(qiáng)度和滿足船舶使用的條件下，作為船體結(jié)構(gòu)來說，鋁合金的重量是鋼結(jié)構(gòu)的50%左右，而耐蝕性要比鋼材好一個數(shù)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(yīng)用已經(jīng)比較成熟，目前已形成了一系列鋁合金快艇[1]。

然而，結(jié)構(gòu)鋁合金作為船體結(jié)構(gòu)材料、設(shè)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(jié)構(gòu)鋁合金，將面臨腐蝕性很強(qiáng)的海水介質(zhì)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(yīng)力共同作用引起的腐蝕疲勞。鋁合金的局部腐蝕導(dǎo)致其使用壽命降低[2]。

結(jié)構(gòu)鋁合金在海洋大氣中的點蝕也比較嚴(yán)重；在飛濺帶則易發(fā)生縫隙腐蝕，縫隙腐蝕比點蝕嚴(yán)重。海水中的點蝕有一定隨機(jī)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(zhì)高速船常見腐蝕現(xiàn)象

1）在船體外板焊接處、內(nèi)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(cè)護(hù)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(guān)系，常用的是鑄鋁材料。用于海水系統(tǒng)效果不好，不耐腐蝕，經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)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(yán)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(xiàn)象也時有發(fā)生，有時不到半年就要更換。海水系統(tǒng)中使用的鋁閥腐蝕較嚴(yán)重，普通不銹鋼閥的腐蝕也比較嚴(yán)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(jìn)行保護(hù)，但仍有較嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

3 鋁質(zhì)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(hù)船體。鋁合金船涂漆之前的表面處理工藝與鋼質(zhì)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(nèi)艙水線以上部分一般采用裸鋁處理，未作涂層保護(hù)，出現(xiàn)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(nèi)艙艙底的銅、鐵等重金屬零件、工具等極易造成裸鋁內(nèi)艙局部點蝕。

3）高速船噴水流道內(nèi)海水流速很高，且泵噴葉輪為不銹鋼材料，流道內(nèi)壁的鋁合金腐蝕較難用犧牲陽極給以完整保護(hù)，而一般的防腐涂料又難以經(jīng)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(zhì)高速船的防腐措施

4.1 船體結(jié)構(gòu)材料的選擇

選擇5083鋁合金作為船體結(jié)構(gòu)材料。5系列鋁鎂系A(chǔ)l-Mg合金屬于中強(qiáng)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(chǎn)的防腐涂料在國內(nèi)的鋁質(zhì)高速船上有過一定的使用經(jīng)驗和相應(yīng)配套產(chǎn)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(nèi)，流道內(nèi)的水流速度接近船速的2倍。所以船體的腐蝕防護(hù)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(jìn)行保護(hù)，要求每年至少上排一次進(jìn)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(fēng)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(qiáng)度塑料磨料對鋁合金材料進(jìn)行噴砂處理，表面處理必須徹底清除“白銹”以及陽極化產(chǎn)物。

3）在表面處理后必須盡可能快地進(jìn)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(chǎn)品的性能指標(biāo)必須嚴(yán)格按照各涂料相關(guān)的產(chǎn)品說明書。

4.3 船體外板的陰極保護(hù)

目前最為普遍采用的是在船體外板設(shè)置犧牲陽極。由于鋁質(zhì)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(jù)電位分布變化確定最優(yōu)的犧牲陽極數(shù)量、布置位置及保護(hù)年限。

目前一般通過模擬仿真計算或參考相關(guān)規(guī)范進(jìn)行艇體陰極保護(hù)的優(yōu)化設(shè)計，并根據(jù)保護(hù)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(jù)艇體鋁合金材料、犧牲陽極鋁合金材料以及有關(guān)設(shè)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(jìn)行自然腐蝕、電偶腐蝕、陰極保護(hù)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(hù)電位分布、保護(hù)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(hù)電位分布、保護(hù)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(hù)

噴水流道保護(hù)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(lián)合，根據(jù)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(dá)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(jìn)流道系統(tǒng)是開放體系，這就會直接導(dǎo)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(shè)備、長期的藥劑費用投入、專人管理，因此在應(yīng)用上從防污效果、經(jīng)濟(jì)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(hù)。通過選擇合適的陽極，在對噴水推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行陰極保護(hù)輸出保護(hù)電流的同時，在陽極上可以產(chǎn)生一定量的氯氣和次氯酸，達(dá)到防止海生物污損的目的。

由于噴水推進(jìn)系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和工況，流道的保護(hù)電流量設(shè)計應(yīng)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(nèi)奧氏體和雙相不銹鋼材質(zhì)的噴水泵、葉輪軸系統(tǒng)理應(yīng)與鋁合金流道電絕緣，但不是任何時候都能完全達(dá)到的，此外使用中絕緣可能遭到破壞，在設(shè)計其電化學(xué)保護(hù)時應(yīng)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(chǎn)氯的雙重功能，通過調(diào)整陽極種類、形狀面積，可以滿足輸出足夠的保護(hù)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(dá)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(chǔ)上，將具有質(zhì)輕和優(yōu)良的耐腐蝕能力的玻璃鋼管（玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂）用于噴水流道，使噴水流道系統(tǒng)真正成為免維護(hù)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(hù)，需采取保護(hù)措施的鋁制海水管例如油污水處理系統(tǒng)等。

污水處理系統(tǒng)管道內(nèi)部一般采用犧牲陽極陰極保護(hù)。不同管徑的管子保護(hù)長度根據(jù)保護(hù)電位分布和保護(hù)電流密度來確定。法蘭部位加入管道陽極，具體數(shù)量由法蘭數(shù)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(shè)備連接的法蘭處必須安裝陽極環(huán)，并與設(shè)備進(jìn)行絕緣。

4.6 設(shè)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(shè)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(xiàn)設(shè)備的對中安裝，同時該材料具有較好的吸振性，可減少設(shè)備震動的傳遞，見表1。

4.7 內(nèi)艙艙底的保護(hù)措施

內(nèi)艙艙底除采用涂料保護(hù)和加強(qiáng)日常管理外，還可應(yīng)用鋁基陽極保護(hù)。由于船尾軸、設(shè)備的瀉漏，會造成船艙底不可避免地存在著積水。艙底內(nèi)底板積水含有大量的油污、細(xì)菌，其腐蝕性比普通海水要大得多，所以艙底積水是造成內(nèi)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(zhì)或鋼質(zhì)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(hù)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(qū)動電位等優(yōu)點，鋁基犧牲陽極應(yīng)用最多，發(fā)展最快。

5 結(jié)束語

對鋁質(zhì)高速船防腐蝕技術(shù)研究，借助于更精確的設(shè)計方法、以實現(xiàn)更可靠的和有預(yù)見性的防腐蝕設(shè)計，對鋁質(zhì)高速船在其全壽命期內(nèi)施以確切的保護(hù)措施、從而有效地防止腐蝕過程的發(fā)生，具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。

參考文獻(xiàn)

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

[2]金屬防腐蝕技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

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