船舶腐蝕環(huán)境分析及防護

李曉江　李懷景

【摘 要】船舶由于長期處于各類復(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)強度同樣下降，嚴(yán)重影響航行安全。據(jù)報道，每年船舶用于防腐的費用占總維護保養(yǎng)經(jīng)費的15% ～ 40%。所以，必須對船舶腐蝕問題進行深入研究，通過分析腐蝕產(chǎn)生的原因，提出防護措施。

【關(guān)鍵詞】船舶；腐蝕成因；涂料

船舶腐蝕是一個非常復(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相互交叉。比如船體某一處腐蝕，通常會是幾種腐蝕的共同作用的結(jié)果，如果單獨采用一種防腐措施，仍然不能解決腐蝕現(xiàn)象，需要對腐蝕機理進行全面分析。

1 船舶腐蝕機理分析

1.1 機械腐蝕

機械腐蝕通常包括應(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?？看a頭時需要拖船作業(yè)，由于拖船的外力作用，船體機構(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)則的液體流動產(chǎn)生的空泡對金屬表面保護膜產(chǎn)生的破會，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)，必須進行合理的流速設(shè)計。

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，船體濕區(qū)因缺氧而形成陽極而受到腐蝕。而實際表現(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)其實有很多，比如壓載艙內(nèi)壓載水的排空和進水，在陽光作用下，邊柜內(nèi)會產(chǎn)生高溫水蒸氣，也會產(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，同樣會發(fā)生電化學(xué)腐蝕作用。海水管系續(xù)建時，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

如果船舶長期處于海水中，會有海生物附著，一是影響航速和經(jīng)濟性，二是海洋生物會產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，使船底漆脫落，失去保護作用。而海生物本身也會產(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 船舶腐蝕防護技術(shù)

2.1 主動防護措施

主動防護是指陰極保護，使船舶整體作為陰極，避免電化學(xué)腐蝕。機理是當(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，負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與腐蝕時產(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。這種電化學(xué)的保護方法，稱之為陰極保護法。常用的陰極保護法有兩種，即“犧牲陽極保護”和“外加直流電陰極保護”。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。外加電流保護技術(shù)原理和犧牲陽極保護是一樣的。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)成回路而起到保護作用。在該技術(shù)中，鋼板得到電源輸入的保護電流，使其形成陰極并得到相應(yīng)的保護。

“犧牲陽極保護”的特點是方法簡單易操作，且價格較便宜； “外加直流電陰極保護”裝置的一次性投資較大，但它具有性能穩(wěn)定、基本免維護等優(yōu)點。外加電流保護技術(shù)具有電流、電位可調(diào)節(jié)性強，設(shè)計保護壽命長等特點。因此，在今后的發(fā)展中，改進輔助陽極的排流量、外加電源的可靠性和參比電極的長期穩(wěn)定性將是研究的重點方向。

2.2 被動防護

被動防護主要是采用涂料，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，還要具有良好的機械強度、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，所含元素對人體不能造成損害；機、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，腐蝕防護的實質(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、高性能是腐蝕防護技術(shù)發(fā)展的總趨勢。

【參考文獻】

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

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

[責(zé)任編輯：楊玉潔]