海洋环境下舰船类液压设备的防腐技术分析

王 曦

（海南大学 材料科学与工程学院，海南 海口570228）

21世纪属于海洋世纪，而我国对于海洋资源的开发力度以及应用力度也呈现出一种逐步提升的状态，使得发展各类先进舰船成为了保护我国海洋资源开发合理性的主要保证。同时，由于液压系统当中的固有功率重量比相对较大，容易进行回转运动以及直线运动，再加上体积小以及结构紧凑等特点，使得舰船类设备中经常会采用液压设备。然而，海洋中的工作环境与陆地上存在着极大的差异，而这部分舰船类设备有的完全浸泡在海水之中，有的处在海洋潮湿的环境当中进行工作，这就对液压系统提出了更高的要求。因此，在液压系统的设计阶段，必须要考虑到海洋环境的特殊性，以此保证设备可以安全稳定的运转。

1 舰船类液压设备的基本概述

在当前的社会环境中，舰船类液压设备已经得到了较为广泛的应用，通常情况下，舰船类液压设备主要由液压缸、液压马达、液压泵等部位构成。其中的液压缸，缸底通常都会与缸筒的一段部位进行焊接，而在另一端所采用的则是螺纹连接的方式，这样有利于后续检修维护工作的开展，同时，在缸筒的两端还设置了必要的排油口以及出油口，活塞部位采用了支撑环，能够有效降低活塞对于缸壁产生的影响。而液压缸在实际使用过程中，很容易出现爬行或是泄露等不良问题，这就需要采用油石来对活塞杆部位进行优化处理，如果发现活塞杆的损伤情况较为严重则要及时进行更换，并且排出缸内存在的气体，保证液压缸能够更加安全稳定的运转；而液压马达在本质上属于整体检查舰船类液压设备的执行元件，能够将液压能有效转变为机械能，为各项工作的开展提供助力。通常情况下，液压马达可以进一步划分为低速以及高速这两种类型，高速液压马达具备功率高以及速度快等多种特征，但是在扭矩方面则比较小，很难满足部分工程的基本负载需求，而低速液压马达无论是在排量还是体积方面都比较大，但其在转速较低的状态下有着极高的扭矩，可以直接对负载展开连接驱动；液压泵则是舰船类液压设备的核心部位，能够提供必要的压力油。同时，液压泵工作过程当中所排出的油液体积就是其基本排量，并且具体排量的大小与液压泵的结构参数之间还有极其紧密的联系，通常情况下，液压泵的主要类型为叶片泵、齿轮泵或螺杆泵，这就需要根据基本工作需求来选择对应的液压泵，否则就会引发液压泵过热、噪声较大或是压力波动高等多种问题出现，影响到舰船类液压设备的应用效果。

2 舰船类液压设备腐蚀危害以及防腐的意义

在当前的社会环境中，舰船类液压设备正逐渐向着大流化、伺服比例控制以及高压的方向不断发展，并且大部分舰船类液压设备，其一般都会处在高湿度、高温度的环境之中，这也是导致舰船类液压设备整体质量不断下降的关键所在，特别是具体的功能失效率，相对于陆地环境来说，甚至高出了10倍左右。而处在海洋环境时，液压设备出现的最严重的问题就在于腐蚀现象，腐蚀甚至还会引发各类其他故障问题出现，液压设备出现的腐蚀，以盐雾腐蚀为主，而那些浸泡在海水当中的设备，所产生的则为海水腐蚀，其具体的腐蚀程度以及危害程度也并不相同。首先，在海洋中的盐雾不断渗入到油箱内部时，油箱当中的液压油就会出现乳化的问题，导致液压设备在叶片以及柱塞等部位的表面上，出现较为严重的锈蚀现象，形成一种运行卡滞的状态，同时，盐雾还会在油箱内壁部位形成铁锈，部分铁锈会脱落进入到液压油当中，降低液压系统整体油液的清洁程度，在提升元器件磨损程度的同时，还会影响到设备的使用寿命，严重情况下还会使得整体系统无法运转；其次，舰船类液压设备当中的元器件，在表面部位也很容易受到盐雾的侵蚀，进一步形成锈蚀层，这种锈蚀层会在降低壳体承压能力的同时，对结构件以及坚固件产生影响，产生噪声或是振动等问题，严重情况下甚至还会直接破坏设备；最后，如果检查迅雷液压设备内部各个附件受到腐蚀，则会产生报警系统失灵或是工作精度降低等问题，特别是电气产品，受到腐蚀带来的影响还会产生接触不良或是短路的问题，并且海水的腐蚀速度相对较快，在腐蚀较为严重的情况下，还会形成穿孔，造成海水内泄液压油的问题出现，如果不能在第一时间发现，液压设备则很容易整体报废。除此之外，舰船类液压设备所产生的腐蚀现象，除却会加大维护维修成本、降低使用寿命以及经济损失严重等问题之外，最大的问题就在于会对舰船的任务执行带来不良影响，还会由于设备所产生的事故而对船员的生命财产安全产生威胁。因此，这就需要深入研究舰船类液压设备的防腐性能，避免液压设备直接失效，提升其基本的安全性以及可靠性[1]。

3 海洋环境腐蚀的特殊性以及对液压设备的要求

由于海洋环境较为显著的特殊性，其对于钢铁等金属物质来说有着极强的腐蚀性，而盐雾腐蚀的主要特征就是大气当中蕴含着较多的水分以及盐分，并且在风的作用下，还会在金属的表面部位产生一种沉积现象，其腐蚀的具体机理在本质上就是一种薄液膜电解质下的腐蚀。举例说明，氯化镁以及氯化钙等海盐粒子，其自身都具备着极强的吸湿性，很容易就会在液压设备的表面部位形成一种液膜，在特定的湿度以及温度条件下，就会通过镀层、漆膜或是其他材料中存在的微孔而逐渐渗入到材料内部，引发材料腐蚀或是材料老化等问题的出现。而在海洋环境中，其整体温度、湿度以及盐度比较高，相对于内陆环境气候来说，其整体腐蚀速率相对较高，而其中所产生的海水腐蚀问题就是由于舰船类液压设备长期处在海水当中，即便并没有浸泡在海水中，液压设备也会受到海水的不断冲刷，并且在干湿交替的环境氛围中，也会使得腐蚀问题不断加剧，产生一种阴极氧还原反应，海浪所带来的冲击也会破坏表面所出现的腐蚀产物，很难形成拥有着保护作用的产物膜，尤其是在干湿交替的作用下，这一区域表面会沉积较高的盐浓度。而海洋环境的特殊性，不仅体现在潮湿的环境当中，还在各类生物的生长、繁殖方面有所体现，各类生物附着在液压设备当中，就必然会对其使用寿命产生影响，因此，在海洋环境中，舰船类液压设备必须要具备以下几点特征，才可以降低腐蚀现象。首先，元器件的表面部位必须为金属材质，并且外部暴露的部位中还要进行特殊的防腐蚀处理，而冷区器以及油箱等部位，由于无法进行表面防护，就要选择耐腐蚀材料进行制造加工；其次，针对开放式油箱系统，则要防止海洋中的水分渗入其中，这就需要在设计过程中，采取油水分离报警装置等设备，以此来避免在油箱内部产生乳化反应；最后，电机以及各种电控元件，要避免暴露在空气当中，防止其出现短路或是断路等严重问题[2]。

4 海洋环境下舰船类液压设备的防腐技术

舰船类液压设备产生的腐蚀问题，尽管其大多出现在液压设备的使用阶段当中，但引发腐蚀现象的真正原因在于设计过程中。举例说明，如果舰船类液压设备在材料选择以及材料使用方面不够合理，出现表面涂层破裂、没有预留腐蚀余量以及排水设计不够完善等，都会导致液压设备的事故问题，甚至还会直接失去使用效果。而在大量的实践中可以看出，舰船类液压设备的大部分腐蚀问题，都可以通过科学设计的方式进行避免。

4.1 液压元器件的防腐控制

在舰船类液压设备当中，其内部的元器件数量相对较多，比如马达以及油缸等，这部分元器件为了满足强度方面的标准需求，很难采用那些具备着耐腐蚀性的材料，这就需要对元器件实施腐蚀防护措施，主要为以下几种类型，分别是隔离措施、改善环境以及阴极保护等，这些措施不仅可以单独进行使用，也可以有效结合在一起使用，而这种联合使用的方式所起到的效果更佳。针对液压阀件、液压泵以及马达，生产厂家通常都会采取壳体表面的发黑处理、磷化处理或是普通油漆的处理措施，但这些方式都很难满足海洋环境中的基本需求，这时就应当采用聚氨酯面漆以及环氧树脂类底漆结合在一起所形成的有机防护涂层，这种涂层拥有着十分强大的耐酸性、耐碱性以及耐盐腐蚀性，并且这种涂层还拥有着良好的附着力、力学性能以及电绝缘性等优点。而在采用有机涂层之前，必须要及时对元器件的表面部位展开彻底的除锈处理，确保涂抹层能够发挥出原本的防腐性能以及附着力，同时，为了保证涂抹层可以长期保持优异的防腐性能，则要控制好涂膜的厚度，如果其小于防腐蚀涂抹层的基本临界厚度，所产生的防腐蚀效果则相对较差，只有在厚度高于250μm以上时，才能够保证其具备着良好的防腐蚀性。而目前应用较为广泛的防腐技术当中，大多为不锈钢镀硬铬、堆焊不锈钢、工程陶瓷涂层活塞杆镀铬以及粉末焊接涂层等，而工程陶瓷涂层活塞杆以及粉末焊接涂层等技术，由于使用成本相对较低，并且不会产生硬铬脱落的问题，成为了海洋工程中的关键技术手段，通过热喷涂陶瓷涂层技术，能够确保喷镀层材料的化学稳定性，利用高温来对主要材料进行融化，并利用等离子喷涂以及超音速火焰喷涂等方式来确保镀层的致密性以及结合性，而在盐雾试验以及工程调查结果当中可以看出，陶瓷涂层的防腐蚀性能要明显高于其他种类的金属镀层，而我国当前的陶瓷喷涂技术，已经进入到了世界先列的水平当中，这是由于陶瓷材料自身具备着较强的耐腐蚀性以及耐磨性，使其在海洋环境的舰船类液压系统当中，得到了十分广泛的应用[3]。

4.2 机架等结构件的防腐设计

在液压设备机架的选材方面，应当深入考虑到其整体实用性。通常情况下，机架所采用的都是较为普遍的碳钢材料，利用聚氨酯面漆与环氧树脂类底漆所构成的有机涂层防护体系，而在涂层进行涂覆处理之前，还应当采取喷丸工艺以及喷砂工艺来提升涂层基本的附着力，避免涂层产生成块脱落或是防腐失效的问题。同时，为了降低液压设备机架所产生的腐蚀损害，在具体的结构设计阶段中还要重点考虑以下几方面内容：首先，在基本的结构形状设计方面应当遵循基本的简单、合理原则，尽量消除其中存在的死角，在部分浪花飞溅区域当中，就必须要重点考虑到排液孔等其他措施，避免大量的残存水分或是腐蚀物质不断累积，形成一种积存的现象，同时，必须要根据所用设备的基本使用年限当中的应力变化值、环境温差值等因素所产生的变化，进行针对性的防腐设计；其次，为了降低电偶腐蚀问题的发生几率，则要避免直接与异形金属进行接触。如果处在特殊的环境当中，必须要进行接触时，就要在连接部位采用具备绝缘性质的材料；最后则要避免出现间隙腐蚀等问题，在法兰连接部位或是螺栓连接等部位，其很容易就会出现缝隙，这就需要在设计阶段尽量消除机架构件中存在的缝隙，无法消除时则要在装配阶段采用必要的密封剂以及缓蚀剂等，通过这种方式来强化舰船类液压设备机架等结构的稳定性，降低腐蚀问题所产生的危害，以此来确保舰船类液压设备的安全性，全面提升液压设备的基本工作效率以及工作质量[4]。

4.3 油箱的防腐设计

在舰船类液压设备当中，其内部的液压箱所采用的大多为开放式设计，简单来说，由于油箱的开放式设计模式，其就会与大气环境连通，而在海洋环境当中，大气存在着较多的水分，这就是使得这部分蕴含着水分的空气进入到油箱当中，不仅会加剧油箱内部的腐蚀现象，液压油遇水后也会出现乳化变质，降低油液的基本清洁度。因此，在油箱的防腐设计当中，就要着重考虑以下几方面内容：首先，在对油箱配件进行生产设计时，应当采用必要的空气滤清器，要确保所选择的空气滤清器拥有着优异的吸湿功能，还要对干燥吸附剂展开定期的更换，稳定控制好油液的具体含水量。同时，油箱的底部则要采用油水分离报警装置，在海水进入到液压油液当中，出现油水分层问题时就要进行报警，并锁定对应的启动程序，避免设备产生范围较大的腐蚀损害问题；其次，油箱内壁不应当采取涂层处理的方式，因此，舰船类液压油箱当中，必须要选择不锈钢材料，而当前在油箱制作中应用较为广泛的不锈钢材料，主要为奥氏体不锈钢，比如316L以及304等，如果在具体的成本因素不够明显的条件下，还应当考虑采用超级不锈钢或是双相不锈钢2205，相对于奥氏体不锈钢来说，其拥有着更加优异的力学性能以及抗腐蚀能力，并且双相不锈钢2205以及超级不锈钢在海洋环境或是卤化物酸当中，抗腐蚀能力也高于其他类型的不锈钢；最后，在油箱配置相应海水冷却器的过程中，海水冷却器内部的主要管材，应当选择BFe30-1-1或是BFe10-1-1镍铜管。同时，由于冷却器管道会直接与海水进行接触，这就需要采取必要的阴极保护措施，常用的方式为外加电流阴极保护以及牺牲阳极这两种方式。而一般情况下，都会采用锌合金以及铝合金等材料，将其当做需要牺牲的阳极材料，这种牺牲阳极的方式在本质上就是利用电偶腐蚀原理，在牺牲阳极的同时，对阴极展开全方位的保护，而其中最重要的，就是要详细计算出牺牲阳极材料的具体使用寿命，通过精确的计算来确定好材料的使用量，并在第一时间更换性质相同的阳极材料，保证阳极材料在实施保护的过程中，能够处于一种持续不断的溶解状态当中，并提供必要的阴极保护电流，在最大程度上抑制金属腐蚀问题。而镍铜管在牺牲阳极材料的保护中的使用寿命大约在11年，但在实际使用过程中，只需要6年左右的时间，镍铜管就会因为海洋环境的强大腐蚀力，产生较为严重的损坏现象。为了降低薄弱部位所产生的不定时损坏，就要加大薄弱部位的管径以及壁厚，并定期进行管路更换，以此来保证整体质量[5]。

4.4 其他液压附件的防腐方式

在舰船类液压设备中，比如法兰、管路以及接头等附件，应当采取不锈钢材料，而为了避免产生不锈钢材质咬死的现象，通常都会将螺母材料或是接头体的其中一种作为镀锌碳钢材料，而后采取聚氨酯面漆与环氧树脂类底漆融合的方式进行涂覆，在根本上提升其他液压附件的防腐能力。

5 结束语

舰船类液压设备，其具体的防腐技术属于一种相对较为复杂的技术，其不仅与设备材料、装配质量以及加工方面相关，还与安装使用、维护管理以及系统设计有着十分紧密的联系。然而，想要彻底消除腐蚀问题所产生的危害是不现实的，因此，就需要深入探究全新的舰船类液压设备防腐措施，并在液压系统的设计过程中采取多样化的技术手段，从而大幅度降低腐蚀问题的危害性，为舰船类液压设备的稳定运转奠定坚实基础。