船載光電平臺腐蝕機(jī)理分析及應(yīng)用

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430050)

1 概 述

船載光電平臺是用于海上搜救、執(zhí)法取證的重要設(shè)備。一般可對船周圍海域做全方位或小區(qū)域搜索，船員可根據(jù)監(jiān)視器上紅外、白光圖像發(fā)現(xiàn)和跟蹤觀察可疑目標(biāo)。光電平臺腐蝕后，除了對監(jiān)視器帶來安全隱患外，也會影響光電取證系統(tǒng)的精度。所以，解決船載光電平臺的腐蝕問題，既能保證船載光電取證系統(tǒng)的可靠性，又能減少維護(hù)維修工作，意義重大。

某光電平臺隨海監(jiān)船南海執(zhí)勤半年后，與安裝支架連接處均出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，如圖1所示，從現(xiàn)場拍攝的照片上可以看出，球體上出現(xiàn)很多黑點(diǎn)、銹點(diǎn)，一些部位油漆出現(xiàn)起泡和開裂的現(xiàn)象；特別是安裝盤螺釘連接處腐蝕程度較深，且呈現(xiàn)不斷擴(kuò)大的趨勢。這些腐蝕破壞對產(chǎn)品的安全可靠性有著極大的影響，嚴(yán)重時直接影響產(chǎn)品的使用壽命，迫切需要分析原因并找出解決措施。

圖1 光電平臺及腐蝕放大圖

2 機(jī)理分析及探討

對設(shè)備進(jìn)行有效的三防設(shè)計，從原理上講主要從兩個方面考慮：加固技術(shù)，隔離技術(shù)。加固技術(shù)是經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、選擇高品質(zhì)的材料和工藝措施，提高和強(qiáng)化產(chǎn)品自身的抗惡劣環(huán)境能力。隔離技術(shù)是采取各種技術(shù)措施將設(shè)備與惡劣環(huán)境隔離。任何結(jié)構(gòu)、模塊組合等都必須建立適合各自特點(diǎn)的防護(hù)體系和防護(hù)技術(shù)，主要防護(hù)措施包括材料防護(hù)、結(jié)構(gòu)防護(hù)、工藝防護(hù)等方面。材料防護(hù)即選取電位差較大的金屬材料，犧牲低電位材料，保全高電位材料的防腐方法；結(jié)構(gòu)防護(hù)是通過密封或半密封結(jié)構(gòu)將設(shè)備與外界不利環(huán)境相隔離，盡量避免設(shè)備的縫隙結(jié)構(gòu)，以防積水和雜質(zhì)等產(chǎn)生腐蝕。工藝防護(hù)是對材料進(jìn)行鍍涂保護(hù)和化學(xué)處理時船載設(shè)備最主要的防蝕方法[1]。

由圖1可以看出，腐蝕較為嚴(yán)重的地方主要集中在螺釘與光電平臺底座連接部位及周邊。光電平臺安裝法蘭使用的材料為硬鋁2A12，表面涂有防護(hù)漆，在安裝過程中螺釘擰緊時造成防護(hù)漆破損，使平臺基座的材料直接裸露于空氣中，同時與螺釘?shù)冉饘俨牧袭a(chǎn)生接觸，螺釘?shù)牟牧蠟椴讳P鋼，兩種不同電位的金屬相碰遇到海水形成電化學(xué)反應(yīng)，電位低的金屬將被加速腐蝕。由于在海水中鋁的電位較低，就出現(xiàn)了照片中腐蝕的現(xiàn)象，即電偶腐蝕。下表為某些合金在海水中的電偶序[2]。

為了控制電偶腐蝕，理論上要求在設(shè)計中應(yīng)盡量在同一款產(chǎn)品中使用同一種金屬材料，或盡量選用金屬電偶序中電位相近的材料，兩種材料的電位差應(yīng)小于0.25V；將不同金屬接觸部位與環(huán)境介質(zhì)隔離；采用大陽極小陰極的金屬結(jié)構(gòu)等[3]。

針對光電平臺安裝的實(shí)際問題，擬采用材料防護(hù)和工藝防護(hù)相結(jié)合的方案對其進(jìn)行防護(hù)，提高其在海洋環(huán)境下的抗蝕性和可靠性。

3 試驗(yàn)論證

為了驗(yàn)證材料的抗腐蝕能力和電偶腐蝕的嚴(yán)重性，針對幾種常見材料做幾組試驗(yàn)，如圖2(a)所示，1為經(jīng)過黑色氧化過的2A12鋁板，2為未進(jìn)行過表面處理的2A12鋁件，1和2均用不銹鋼螺釘6連接在去掉表面油漆的Q235A鋼板3上；4為2A12鋁塊，其中一部分表面涂覆白色油漆；5為防銹鋁3A21鋁塊，其中一部分表面涂覆白色油漆。經(jīng)過48h鹽霧環(huán)境試驗(yàn)后，從圖2(a)可以看出，結(jié)構(gòu)件2與6連接處腐蝕情況十分嚴(yán)重，3上產(chǎn)生一些銹斑，而1和6連接處基本無變化。這是由于2A12鋁件與Q235A鋼板直接接觸，在鹽霧環(huán)境下產(chǎn)生強(qiáng)烈的電偶腐蝕，船載光電平臺的使用環(huán)境是高濃度的鹽霧環(huán)境，因此必須控制電偶腐蝕的發(fā)生。由圖2(b)可以看出材料表面經(jīng)過氧化處理和噴漆后均能對腐蝕起到一定的防護(hù)效果。由圖2(d)可以看出2A12鋁塊直接暴露在鹽霧環(huán)境下已經(jīng)產(chǎn)生一定程度的腐蝕，說明其抗腐蝕能力較差，涂覆油漆處腐蝕情況較好。由圖2(c)和(e)可以看出，防銹鋁和不銹鋼螺釘均無變化，說明其具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。

圖2 鹽霧試驗(yàn)圖片

4 解決措施及效果

此光電平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計已固定且安裝，由于外場條件有限，材料、結(jié)構(gòu)不可更換和大改，需要在現(xiàn)有條件下進(jìn)行整改，故提出如下兩種防護(hù)措施方案。

方案一，如圖3所示：在螺釘和螺母與安裝法蘭接觸處加絕緣墊，這樣既能防止螺釘擰緊時對安裝座上的防護(hù)漆產(chǎn)生破壞，又能對安裝孔起到密封的作用，使孔內(nèi)金屬材料得到保護(hù)。為了防止電偶腐蝕，在螺釘處于孔內(nèi)的部分套上一層絕緣套筒，將幾種金屬材料隔離開來，形成更進(jìn)一步的保護(hù)。

圖3 防護(hù)措施方案一

方案二，如圖4所示：在螺釘連接處加涂覆一層硅橡膠，使整個連接部位與外界環(huán)境隔離開來，從而達(dá)到防腐蝕的效果。

圖4 防護(hù)措施方案二

為了得到更為可靠的防護(hù)效果，可以將方案一與方案二結(jié)合起來，在方案一的基礎(chǔ)上施行方案二，起到雙重保護(hù)的作用。

防護(hù)措施方案一和方案二結(jié)合的安裝和防護(hù)步驟：

(1)在螺釘螺紋表面套一段熱縮管，用熱風(fēng)槍將其吹至貼緊螺紋面[4]；

(2)在螺釘、螺母與安裝盤接觸面之間墊一層抗老化橡膠，將異種金屬隔離開來；

(3)安裝完成后，在螺釘連接部位表面涂一層HM-806氟硅密封劑，使其與外界環(huán)境隔離開來。

在維護(hù)過程中采取上述方案后，產(chǎn)品的腐蝕情況有了明顯改善。

5 總 結(jié)

船載設(shè)備的環(huán)境防護(hù)已經(jīng)顯得愈發(fā)重要和迫切，設(shè)計師需要更加重視船載產(chǎn)品的環(huán)境防護(hù)設(shè)計，在研制過程中同步進(jìn)行三防設(shè)計，從設(shè)計抓起，將三防技術(shù)融入到產(chǎn)品設(shè)計階段中，并通過良好的工藝控制得到實(shí)施；同時在產(chǎn)品使用中進(jìn)行定期維護(hù)，定期補(bǔ)漆、更換干燥劑等，提高產(chǎn)品設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，延長使用壽命。