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铝质高速船常见腐蚀现象与防腐应对措施
陶荣斌1,喻雄飞2,黎理胜1
（1．广州船舶及海洋工程设计研究院,广州510250；2海军驻广州地区装备修理监修室,广州515000）
摘 要：本文对铝质高速船的腐蚀现象进行分析和采取相应的防腐措施.
关键词：铝质高速船；腐蚀现象；防腐措施
中图分类号：U671.71
文献标识码：A
作者简介：陶荣斌（1984-）,男,助理工程师.主要从事船舶总体舾装设计工作.
喻雄飞（1978-）,男,工程师.主要从事船舶修理工作.
收稿日期：2015-07-15
1 前言
铝合金由于质轻、有一定强度和耐蚀性,并有良好的可焊接性,在高速船上得到了十分广泛的应用.虽然与钢材相比较贵、建造成本较高,但是在达到同等强度和满足船舶使用的条件下,作为船体结构来说,铝合金的重量是钢结构的50%左右,而耐蚀性要比钢材好一个数量级以上.在民用船舶方面,澳大利亚、荷兰、芬兰等国的双体铝壳快艇研制和应用已经比较成熟,目前已形成了一系列铝合金快艇.
然而,结构铝合金作为船体结构材料、设备材料和上层建筑材料,将受到海水的直接腐蚀和海洋大气的腐蚀.接触海水的结构铝合金,将面临腐蚀性很强的海水介质的直接腐蚀.在海水中主要的腐蚀形式为局部腐蚀,具体又可分为点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、剥落腐蚀以及腐蚀和局部应力共同作用引起的腐蚀疲劳.铝合金的局部腐蚀导致其使用寿命降低.
结构铝合金在海洋大气中的点蚀也比较严重；在飞溅带则易发生缝隙腐蚀,缝隙腐蚀比点蚀严重.海水中的点蚀有一定随机性,缝隙腐蚀则是铝合金在海水中常见的腐蚀形式.
2铝质高速船常见腐蚀现象
1)在船体外板焊接处、内板焊接的热变形区域及喷水流道格栅普遍存在较明显的腐蚀.
2)栏杆柱、系缆桩等舾装件与船体的连接、船侧护舷铝型材与船体之间的焊接焊缝区等均有明显的腐蚀.
3)海水管路阀门和阀杆由于成本的关系,常用的是铸铝材料.用于海水系统效果不好,不耐腐蚀,经常出现腐蚀现象.特别是消防管系在使用几年以后,根本不耐压.液压管如采用无缝钢管,受海洋大气影响腐蚀也较严重.
4)船上的舱底泵、总用泵选用的是铜叶轮铸钢体泵,在使用中可见泵体有明显的腐蚀,泵轴封非正常泄漏现象也时有发生,有时不到半年就要更换.海水系统中使用的铝阀腐蚀较严重,普通不锈钢阀的腐蚀也比较严重,而铜阀与钛合金阀则腐蚀相对较少.
5)喷水流道流道中一般采用了牺牲阳极和涂料进行保护,但仍有较严重的腐蚀现象发生.
3铝质高速船腐蚀特点分析
1)船体水下部分由于高流速和近海海面杂物较多,一般的防腐涂料难以有效保护船体.铝合金船涂漆之前的表面处理工艺与钢质船相比有很大区别.由于铝合金较软,常规的喷砂处理会对铝合金表面造成较大伤害,一般只能采用轻度扫砂方式,以提高涂料附着力.
2)铝合金船内舱水线以上部分一般采用裸铝处理,未作涂层保护,出现不同程度的腐蚀,冷凝水积聚部位腐蚀白点较多.对于跌落内舱舱底的铜、铁等重金属零件、工具等极易造成裸铝内舱局部点蚀.
3)高速船喷水流道内海水流速很高,且泵喷叶轮为不锈钢材料,流道内壁的铝合金腐蚀较难用牺牲阳极给以完整保护,而一般的防腐涂料又难以经受高流速水流冲击.
4)部分海水管系采用铝合金管,铝合金管对于海水中的氯、铜、铁重金属离子十分敏感,异种金属接触对铝合金影响较大,加之管系附件配套性差,都会造成铝合金管的异常腐蚀破损.
4铝质高速船的防腐措施
4.1船体结构材料的选择
选择5083铝合金作为船体结构材料.5系列铝镁系A1-Mg合金属于中强可焊合金,具有良好的抛光性能和耐蚀性能,特别是与其它铝合金相比具有良好的耐海水腐蚀性能,所以Al-Mg合金是目前国际上用于造船最多的铝合金.
4.2船体防腐防污涂料配套及涂装工艺
目前,国产的防腐涂料在国内的铝质高速船上有过一定的使用经验和相应配套产品.对于航速高的船,一般涂料的使用寿命因高速水流冲刷原因往往会大大缩短.特别对于喷水流道内,流道内的水流速度接近船速的2倍.所以船体的腐蚀防护一般采用环氧系列涂料加铝合金牺牲阳极的方法对船体进行保护,要求每年至少上排一次进行船体检查及重新涂刷涂料.
涂装工艺必须注意施工环境条件和表面处理.
施工环境条件：相对湿度必须小于85%,环境温度高于5℃,施涂表面温度不得低于露点3℃.风沙天、雨天或其它坏天气不能施工.
表面处理注意事项：
1)用工业清洁剂彻底去除油污,并用高压淡水冲洗以获得清洁的表面.
2)采用三氧化二铝或高强度塑料磨料对铝合金材料进行喷砂处理,表面处理必须彻底清除“白锈”以及阳极化产物.
3)在表面处理后必须尽可能快地进行涂装,以避免铝材在空气中发生氧化.
4)涂装方法和涂料产品的性能指标必须严格按照各涂料相关的产品说明书.
4.3船体外板的阴极保护
目前最为普遍采用的是在船体外板设置牺牲阳极.由于铝质高速船航速很高,随航速的变化船体湿表面的电位分布变化很大,需根据电位分布变化确定最优的牺牲阳极数量、布置位置及保护年限.
目前一般通过模拟仿真计算或参考相关规范进行艇体阴极保护的优化设计,并根据保护寿命的年限要求确定牺牲阳极的尺寸及布置方案.模拟仿真计算需根据艇体铝合金材料、牺牲阳极铝合金材料以及有关设备金属材料在静止和各种流速的流动海水环境中的极化特性确定模拟仿真计算的边界模型和边界条件,进行自然腐蚀、电偶腐蚀、阴极保护共存时,停航及各种航行航速状态和防腐蚀涂层各种损伤状态下,船体表面保护电位分布、保护电流密度分布以及牺牲阳极消耗速度的系列模拟仿真计算；算出各种状态下船体表面保护电位分布、保护电流密度分布,牺牲阳极的尺寸及形状随时间变化的图像.
4.4喷水流道保护
喷水流道保护一般有三种方法：
1)加药法.将不同配方、不同组合的杀菌剂、缓蚀剂、剥泥剂联合,根据一定的加药工艺投入体系中,通过杀死海生物的孢子和微生物以达到防蚀杀菌的作用.一般适用于循环体系或半开放体系.由于喷水推进流道系统是开放体系,这就会直接导致投药的效率降低,增加投药量和投药频率；此外采用投药法防污,需要专用的设备、长期的药剂费用投入、专人管理,因此在应用上从防污效果、经济性和方便性等方面均具有一定的局限性.
2)外加电流阴极保护.通过选择合适的阳极,在对喷水推进系统进行阴极保护输出保护电流的同时,在阳极上可以产生一定量的氯气和次氯酸,达到防止海生物污损的目的.
由于喷水推进系统的特殊结构、材质和工况,流道的保护电流量设计应从排除铝合金的全面性腐蚀和接触腐蚀的条件考虑,因为流道内奥氏体和双相不锈钢材质的喷水泵、叶轮轴系统理应与铝合金流道电绝缘,但不是任何时候都能完全达到的,此外使用中绝缘可能遭到破坏,在设计其电化学保护时应考虑到接触腐蚀的可能性.所以选用的阳极具有较高的要求,具有输出电流和电解产氯的双重功能,通过调整阳极种类、形状面积,可以满足输出足够的保护电流和要求的有效氯浓度,从而将防污防腐蚀纳入一个体系中,达到有效的防污防腐蚀控制效果.
3)在铝合金海水管路的基础上,将具有质轻和优良的耐腐蚀能力的玻璃钢管（玻璃纤维增强环氧树脂）用于喷水流道,使喷水流道系统真正成为免维护管系.
4.5海水管系防腐措施
船上海水管路的腐蚀穿孔主要发生在有水流扰动的弯管、岔管,以及管接头、法兰接头等有焊接缺陷的位置.
海水管系如采用钛合金制造,这部分管子没有必要实施阴极保护,需采取保护措施的铝制海水管例如油污水处理系统等.
污水处理系统管道内部一般采用牺牲阳极阴极保护.不同管径的管子保护长度根据保护电位分布和保护电流密度来确定.法兰部位加入管道阳极,具体数量由法兰数量决定.通常弯管、支管、管接头的位置距离法兰不超过2m.与设备连接的法兰处必须安装阳极环,并与设备进行绝缘.
4.6设备、部件异种金属连接防腐措施
对带有振动和对中要求较高的设备安装,采用环氧树脂作为绝缘材料既能满足防腐绝缘要求,也能较易实现设备的对中安装,同时该材料具有较好的吸振性,可减少设备震动的传递,见表1.
4.7内舱舱底的保护措施
内舱舱底除采用涂料保护和加强日常管理外,还可应用铝基阳极保护.由于船尾轴、设备的泻漏,会造成船舱底不可避免地存在着积水.舱底内底板积水含有大量的油污、细菌,其腐蚀性比普通海水要大得多,所以舱底积水是造成内板腐蚀的直接因素.铝合金的自腐蚀电位较低,与铜、钢接触将会造成铝材首先发生腐蚀舱底.舱底留有的铜质或钢质螺母、螺钉、焊条、工具等必须清理干净,否则会加速底板的局部腐蚀穿孔.同时由于舱底水主要由海水及油污组成,而在油污水环境下普通的牺牲阳极,电流效率低、溶解性差,无法满足保护要求,因此需选用适于油污水环境中使用的高效的铝基牺牲阳极.铝基阳极具有电容量大,重量轻,有较高驱动电位等优点,铝基牺牲阳极应用最多,发展最快.
5结束语
对铝质高速船防腐蚀技术研究,借助于更精确的设计方法、以实现更可靠的和有预见性的防腐蚀设计,对铝质高速船在其全寿命期内施以确切的保护措施、从而有效地防止腐蚀过程的发生,具有重大的经济意义.
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