艦船防腐蝕涂料應(yīng)用及進(jìn)展

鄒正宇， 宋勝利， 趙 明

(中國人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇 南京 210007)

綜述與論壇

艦船防腐蝕涂料應(yīng)用及進(jìn)展

鄒正宇， 宋勝利， 趙 明

(中國人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院，江蘇 南京 210007)

對于艦船不同區(qū)域腐蝕的特點(diǎn)及原理進(jìn)行了分析，介紹了當(dāng)前艦船水線以下、水線區(qū)域、水線以上以及上層建筑的防腐蝕要求，綜述了各區(qū)域所用的不同類型的防銹涂料的性能和制備方法，并根據(jù)當(dāng)前涂料的研究進(jìn)展和趨勢對今后艦船防腐涂料發(fā)展走向進(jìn)行了探討。

水性涂料；艦船涂料；防腐涂料

引 言

長期在海洋中行駛的鋼質(zhì)艦船，會受到海洋中各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕。腐蝕會破壞艦船結(jié)構(gòu)，對船體的強(qiáng)度造成很大威脅，給艦船船體和設(shè)備造成極大的損傷。當(dāng)船體及艦上設(shè)備的腐蝕達(dá)到一定程度時，將無法正常工作，從而導(dǎo)致各種故障，嚴(yán)重時會使艦船在航行中失去控制，甚至造成嚴(yán)重的海難事故。在高鹽霧海洋環(huán)境中，對艦船船體和設(shè)備的防護(hù)直接關(guān)系到艦船的的壽命和安全。艦船的防腐蝕以2種方式為主，一是涂料物理隔絕保護(hù)，二是陰極電化學(xué)保護(hù)法。由于電化學(xué)防護(hù)成本較高，因此，使用防腐涂料對艦身及設(shè)備進(jìn)行防護(hù)最為常見[1]。

1 艦船腐蝕的特點(diǎn)及原理

艦船結(jié)構(gòu)材料以低碳合金鋼為主，在條件惡劣的海洋環(huán)境中極易受到腐蝕，根據(jù)海洋環(huán)境以及特點(diǎn)，腐蝕區(qū)域可劃分為4部分：水線以下、水線區(qū)、水線以上及上層建筑及船艙內(nèi)部。對于不同腐蝕區(qū)域，腐蝕方式有明顯差異，腐蝕速率也有很大區(qū)別[2]。在水線以下區(qū)域，船底長期處于海水浸泡狀態(tài)，常常會附著有微生物，從而發(fā)生電化學(xué)與微生物一同產(chǎn)生的腐蝕，同時，在航行中，水線以下區(qū)域還會受到海水的沖刷，船體所受的應(yīng)力及磨損會加快腐蝕進(jìn)程；在水線區(qū)，船體受海水沖刷和日曬輻射的作用，處于富氧狀態(tài)，干濕交替的環(huán)境，同時，又有海上污染物的侵蝕碰撞，因而，船體腐蝕情況最為嚴(yán)峻；水線以上及上層建筑主要包括甲板及上層建筑和管路等，其長期處于海洋大氣環(huán)境之中，甲板及其上的設(shè)備處于高鹽霧環(huán)境，覆有一層富氧電解液膜，使其遭受強(qiáng)烈的腐蝕；船艙內(nèi)部主要受到艙內(nèi)高濕環(huán)境影響，腐蝕現(xiàn)象沒有其他區(qū)域明顯，不易被發(fā)現(xiàn)，容易留下安全隱患。

艦船腐蝕的主要形式為由外向內(nèi)并向其他部位不斷擴(kuò)展。其腐蝕原理可分為以下三類，即，化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和微生物腐蝕[3]。化學(xué)腐蝕：艦船與接觸物質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)，此類腐蝕不常見，只有在特定條件產(chǎn)生，如，鐵的高溫氧化、鋼的脫碳等；電化學(xué)腐蝕：海水中含有大量的Cl-以及氧氣，船體與海水會形成腐蝕微電池，陽極失去電子被氧化發(fā)生溶解，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，消耗氧氣；微生物腐蝕：海生物與微生物相互依存，附著在船體上破壞防腐蝕涂層，加速金屬材料的腐蝕。

2 艦船常用防腐蝕涂層

2.1 水線以下船殼部位專用涂料

水線以下區(qū)域完全浸沒在海水之下，其專用防腐蝕涂料的性能要求有以下幾點(diǎn) ：1) 有良好的物理隔絕性能，能夠防止富氧的海水及海水中的離子與艦船船體接觸；2) 需具有防銹作用；3) 還要有一定的防污作用。水線以下防銹涂料的作用是保護(hù)船底免受海水腐蝕和微生物腐蝕的破壞。現(xiàn)常用的涂料種類為純環(huán)氧涂料、環(huán)氧瀝青涂料及氯化橡膠涂料[4]。

表1為水線以下涂料及其特點(diǎn)。

表1 水線以下涂料及特點(diǎn)

2.2 水線專用涂料

水線涂料與水線以下涂料相似，水線部位由于經(jīng)常受沖刷和日光曝曬，對防銹涂料的性能要求更高，目前，使用的底漆主要有以下幾種 ：1) 對艦體先進(jìn)行熱噴鋁工藝，然后，使用高固含量環(huán)氧樹脂涂層進(jìn)行覆蓋?？墒褂脮r間為10年以上，但是該工藝成本高，一般用于大型艦船的涂裝[5]。2) 環(huán)氧鉻酸鹽磷酸鹽作為防腐蝕底漆，加上環(huán)氧瀝青涂料覆蓋，鉻酸鹽磷酸鹽常用作防閃銹劑。該涂層具有良好的防水性能和耐鹽霧性[6]。3) 玻璃鱗片改性樹脂涂料。其優(yōu)點(diǎn)是有良好的物理隔絕性能和較好的工藝性能[7]。4) 氯化橡膠改性環(huán)氧水線防銹涂料。水線面漆由于水線區(qū)域環(huán)境苛刻，因此對于涂料性能要求更高。目前，使用水線區(qū)域面漆有：1) 氯化橡膠水線涂料，即，以氯化橡膠為基料，添加云母粉、鈦白粉、金紅石等進(jìn)行改性補(bǔ)強(qiáng)[8]；2) 環(huán)氧面漆，通過對雙酚A環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，并添加光吸收劑和抗氧化劑納米粒子等助劑合成[9]；3) 水線區(qū)域防污面漆，水線區(qū)處于干濕交替區(qū)，其環(huán)境易滋生腐蝕性微生物，因此，防污漆十分必要。

2.3 水線以上船殼及上層建筑專用涂料

水線以上區(qū)域所用防腐涂料要求涂料不僅具備足夠的防腐性能，還要具有一定的耐候性。防銹涂料底漆性能指標(biāo)要求如下 ：高性能，使用壽命長，具有良好的附著力能夠吸附面漆防止脫落。防銹底漆主要有以下2類 ：一是氯化橡膠防銹涂料，主要以氯化橡膠改性樹脂為基體，加固流平劑、滑石粉、云貝母及磷酸鋅等助劑，使用時間3年左右。二是純改性環(huán)氧樹脂防銹底漆，添加改性劑和助劑后可使用5年。面漆的作用是對抗陽光照射等氣候影響，以及隔絕空氣和液體，從而保護(hù)防銹底漆。防腐耐候面漆主要有以下幾類：1) 有機(jī)硅改性醇酸樹脂，可以使用3年以上[10]；2) 納米改性聚氨酯涂料，多為溶劑型，水性品種還沒有普及，其有優(yōu)異的耐候性、耐紫外老化性及耐腐蝕性，是一種常用的艦體防護(hù)面漆[11]；3) 氟碳樹脂是近年來的研究焦點(diǎn)，它具有極其優(yōu)異的耐候性、防污性、耐化學(xué)性，是艦船重防腐涂料的優(yōu)良基體，不僅可以用于船體，還可用于與腐蝕介質(zhì)接觸的船艙[12]。

2.4 艦船內(nèi)艙專用涂料

艦船內(nèi)艙是艦船工作人員平時工作和生活的場所，要求涂料無毒、無VOC或低VOC排放。目前，有2個主要方向 ：一種是水性涂料，即，用水作溶劑，改性水性樹脂作為主要成分，其特點(diǎn)是安全、環(huán)保，但由于海洋環(huán)境是一種高濕環(huán)境，而水性涂料的耐水性沒有溶劑涂料高，因此，水性涂料的使用壽命相對于溶劑型或者無溶劑型涂料要短，常見的水性涂料有納米改性水性環(huán)氧涂料、改性水性聚氨酯涂料及水性丙烯酸涂料等[13]。水性涂料的最大優(yōu)點(diǎn)是水作為溶劑實(shí)現(xiàn)零排放、零污染，其缺點(diǎn)是耐水性差成膜較慢，有時會發(fā)生閃蝕現(xiàn)象[14]。另一種為無溶劑型涂料，例如，樹脂粉末涂料，其優(yōu)點(diǎn)是成膜厚、不易產(chǎn)生裂紋，相對于水性涂料其涂料消耗量少，但是對涂裝施工要求較高，濕度高或者通風(fēng)不佳會對涂膜力學(xué)性能造成很大影響，而且，無溶劑型涂料往往黏度很大，因此，需使用性能較高的高壓噴涂設(shè)備。

3 總結(jié)與展望

當(dāng)前，防腐蝕涂料技術(shù)向高耐蝕性能，便于施工涂裝，經(jīng)濟(jì)型，節(jié)省能源和環(huán)?；虻蚔OC這5個方向發(fā)展[15]。艦船涂料同樣向這5個方向發(fā)展，具體來說，即，采用高固含量涂料或無溶劑涂料來達(dá)到高效節(jié)能的目的；采用高壓噴涂取代刷涂提高涂裝效率；使用不含鉛、鉻等重金屬以及揮發(fā)性有機(jī)物的的涂料助劑，減少涂料中有機(jī)溶劑及揮發(fā)性固化劑含量或者使用水性涂料，從而達(dá)到環(huán)保要求。目前，我國即將制定《綠色產(chǎn)品評價涂料產(chǎn)品》國家標(biāo)準(zhǔn)，可見涂料無溶劑化、水性化是大勢所趨，高端環(huán)保涂料產(chǎn)品在日后定將取代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑涂料成為主流[16]。

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Application and development of anti-corrosion coatings for ships

ZOU Zhengyu, SONG Shengli, ZHAO Ming

(Field Engineering College,PLA University of Science and Technology, Nanjing Jiangsu 210007, China)

The characteristics and principle of corrosion in different regions of the ship are analyzed, and the current corrosion protection requirements of the regions below the waterline, above the waterline area, the waterline and the superstructure are introduced. The properties and preparation process of various anti-corrosion coatings in different regions are summarized, and the development trend of marine anti-corrosive coatings in the future are discussed according to the current research progress and trend of coatings.

waterborne coatings; marine coatings; anti-corrosive coatings

2016-10-22

鄒正宇，男，1991年出生，中國人民解放軍理工大學(xué)野戰(zhàn)工程學(xué)院在讀碩士。研究方向：工程裝備防護(hù)技術(shù)。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.07

TQ637.2

A

1004-7050(2017)01-0023-03