船舶腐蚀环境分析及防护

李晓江　李怀景

【摘 要】船舶由于长期处于各类复杂环境，极易发生腐蚀，不仅影响船舶的快速性和操纵性，结构强度同样下降，严重影响航行安全。据报道，每年船舶用于防腐的费用占总维护保养经费的15% ～ 40%。所以，必须对船舶腐蚀问题进行深入研究，通过分析腐蚀产生的原因，提出防护措施。

【关键词】船舶；腐蚀成因；涂料

船舶腐蚀是一个非常复杂的化学现象，表现为腐蚀环境多样、腐蚀形态各异、腐蚀原因不同。而往往各种腐蚀又会相互交叉。比如船体某一处腐蚀，通常会是几种腐蚀的共同作用的结果，如果单独采用一种防腐措施，仍然不能解决腐蚀现象，需要对腐蚀机理进行全面分析。

1 船舶腐蚀机理分析

1.1 机械腐蚀

机械腐蚀通常包括应力腐蚀开裂、空泡腐蚀等。应力腐蚀开裂是指船体部位受到外力或内部应力，导致金属每部出现穿晶或沿晶的裂纹，比如船舶停靠码头时需要拖船作业，由于拖船的外力作用，船体机构产生了内应力，使结构产生弹性或小的塑性变形，破坏了金属表面保护层，降低了抗腐蚀能力；空泡腐蚀是由高速且不规则的液体流动产生的空泡对金属表面保护膜产生的破会，通常被称为“水锤现象”，最典型表现比如所有海水系统，必须进行合理的流速设计。

1.2 电化学腐蚀

当船体处于飞溅区及潮差区的干湿交界处，氧气作用于船体的干区和湿区浓度存在差异，形成了氧浓差电池效应，船体干区氧气含量充足，形成阴极而受保护，船体湿区因缺氧而形成阳极而受到腐蚀。而实际表现是在海水的空泡腐蚀的共同作用下，漆膜容易脱落，致使保护手段失效，而产生电化学腐蚀作用。电化学腐蚀产生的部位和表现其实有很多，比如压载舱内压载水的排空和进水，在阳光作用下，边柜内会产生高温水蒸气，也会产生电化学作用。如果船体续建部位的材质和原材质不同，同样会发生电化学腐蚀作用。海水管系续建时，如其材料应与原系统材料不同，也要发生电化学腐蚀。

1.3 生物腐蚀作用影响

如果船舶长期处于海水中，会有海生物附着，一是影响航速和经济性，二是海洋生物会产生化学腐蚀，使船底漆脱落，失去保护作用。而海生物本身也会产生具有腐蚀性的排泄物，和船底材质直接发生化学作用。

2 船舶腐蚀防护技术

2.1 主动防护措施

主动防护是指阴极保护，使船舶整体作为阴极，避免电化学腐蚀。机理是当两种化学性质不同的金属在电解质溶液中电性连结时，负极金属成为阳极而与电解质溶液发生化学反应而腐蚀，正极的金属变成阴极受到保护而不受电解质溶液的腐蚀。如果采用比钢铁电极电位更负的金属与钢铁电性连结，使钢铁整体上成为阴极，或给钢铁不断地加上一个与腐蚀时产生的腐蚀电流方向相反的直流电，同样使钢铁在整体上成为阴极，并且得到极化，则可使钢铁免遭腐蚀，得到保护。这种电化学的保护方法，称之为阴极保护法。常用的阴极保护法有两种，即“牺牲阳极保护”和“外加直流电阴极保护”。目前，船体通常使用的牺牲阳极材料主要有铁合金阳极、高效铝合金阳极、三元锌牺牲阳极等。外加电流保护技术原理和牺牲阳极保护是一样的。它是将直流电源加入到钢板与阳极之间，然后利用海水构成回路而起到保护作用。在该技术中，钢板得到电源输入的保护电流，使其形成阴极并得到相应的保护。

“牺牲阳极保护”的特点是方法简单易操作，且价格较便宜； “外加直流电阴极保护”装置的一次性投资较大，但它具有性能稳定、基本免维护等优点。外加电流保护技术具有电流、电位可调节性强，设计保护寿命长等特点。因此，在今后的发展中，改进辅助阳极的排流量、外加电源的可靠性和参比电极的长期稳定性将是研究的重点方向。

2.2 被动防护

被动防护主要是采用涂料，由于船舶各部位腐蚀环境的差别，所采用的涂料也是千差万别，即使是同一腐蚀环境中，所采用的涂料也不一定相同。船底部分，一般要涂装防锈层、中间层和防污层，既要防止船底的氧化作用，又要防生物附着；水线区由于受到海水干湿交替作用，所以水线部位的涂料必须有良好的耐水性、耐候性、耐干湿交替性，还要具有良好的机械强度、耐摩擦和耐冲击；大气曝露区由于受到盐雾、大气和阳光的作用，要求涂料有优良的防锈性、耐候性、抗冲击与摩擦性能，还要有保色性和保光性；压载水舱环境湿热、盐分高，所以要求涂料要有优良的耐水、耐盐雾、耐干湿交替和抗腐蚀性能；饮水舱涂料要求具有耐水性、无毒性，所含元素对人体不能造成损害；机、泵舱的舱顶和舱壁涂料要求不易燃烧和耐水性和耐油性等等。

环氧类防腐涂料、聚氨酯类防腐涂料、橡胶类防腐涂料、氟树脂防腐涂料、有机硅树脂涂料、聚脲弹性体防腐涂料以及富锌涂料等，其中环氧类防腐涂料所占的市场份额最大。所以高性能、环保、节能、便捷是船舶涂料的发展方向，需要注意的是，防腐涂层的效果不仅仅取决于材质，与涂装之前的表面处理质量、涂膜厚度、涂装时的气候条件及涂装工艺等诸多因素有关。

3 结束语

综上所述，腐蚀防护的实质是降低材料与环境条件之间的电化学反应速度。因此，改善材料、改变环境、把两者隔离、或者减少离子、氧、水在材料与环境之间的交换是相应的措施。选择何种腐蚀防护措施，要视具体的使用条件而定，是采取何种腐蚀控制技术和何时采用腐蚀控制的重要环节，而环保、低成本、安全、易施工、高性能是腐蚀防护技术发展的总趋势。

【参考文献】

[1]菅恒康，赵俊，张文喆，等.船舶防腐蚀阴极保护法系统稳定性设计[J].环境研究与监测，2012（03）：46-48.

[2]李杰，黄金.探讨船舶腐蚀的成因及其相应的防护技术[J].科技与创新，2014 （18）：27.

[责任编辑：杨玉洁]