铝合金材料在船舶与海洋工程装备中的应用

陈海杰

摘要：现阶段，我国现代船舶和海洋工程领域发展比较迅速，铝合金在船舶技术中的应用也不断深入，铝合金越来越受到人们的认可与青睐。在此背景下，本文首先对船用铝合金的基本含义及其抗腐蚀性能的概述进行了细致地分析，接着系统阐述了铝合金材料在船舶与海洋工程装备中的具体应用，希望可以为我国相关产业的发展贡献一份力量。

关键词：铝合金;船舶与海洋工程;具体应用

一、我国船用铝合金的概述

船用铝合金材料拥有优异的抗腐蚀能力和可焊性等优点，能够满足航海的特定要求。目前船用铝合金材料一般使用铝镁合金、铝镁硅合金材料和铝锌镁合金材料。其中，最常见的是硅铝合金和铝锌镁合金材料。但由于在一般状况下，经过焊接后的铝合金的耐腐蚀性能往往会变差。而且，由于铝锌镁和铝镁硅合金之间还有其他作用。所以，铝锌镁合金材料也可使用于在焊后进行热处理的工件上，而铝镁硅合金则大多用于型材。但因为在船舶上的工作环境相当特殊，对韧性和耐腐蚀性的要求都非常高，因此硬度更高的铝合金材料很难同时具有上述特性。所以，铝合金材料一般用作造船，使用中等硬度的铝合金材料，不但具备了耐腐蚀性和一定的加工强度，同时，也可以全部由铝合金材质经过加热或焊接而成。另外，在造船中所用的铝合金材料也可以按照功能划分，可分为造船结构用铝合金和索具用铝合金。用于造船结构的铝合金，主要有如下三类合金：5083、5086、5456，铝合金系合金主要用于船舶的结构制造但由于它易于被海水侵蚀。而七千系合金热处理后的硬度和机械加工性能均优于五千系合金，故大多用作挤压构件、装甲板以及舰船上部构件的耐应力腐蚀[1]。

二、铝合金的抗腐蚀性能概述

海水与铝合金之间会产生电流反应。其中，海水是最典型的电解质水溶液。而铝合金在海水中产生的侵蚀现象，其实就是一个电化学的侵蚀过程。铝合金良好的抗腐蚀强度能主要是因为它表面金属和空气产生的钝化膜的特性，有很高的自愈力。可以强制避免内部金属腐蚀，但海水中的氯化物离子也会破坏钝化铝合金层，从而产生孔蚀、剥落侵蚀、间隙腐蚀、晶间腐蚀、应力侵蚀等。经有关的科学研究证明，海水中氯离子的腐蚀速率低于5000系铝合金，而6000系铝合金的耐腐蚀性能更好。

三、铝合金材料在船舶与海洋工程装备中的具体应用

（一）在民用船领域中的应用

铝合金在造船业中的应用可以追溯到十九世纪后期，首先在欧洲和美国大量生产。但是，由于当时仅有少数铝合金材料的高抗拉强度和耐腐蚀性还没有占有一席之地，所以一直未能受到人们普遍的使用和关注。只是在冶金行业的迅速发展壮大以后，铝合金材质中耐蚀性最高的铝镁合金的存在，才受到了船舶工业的应有注意。而在二十世纪中叶，由于铝合金材料在民用船舶上的运用也达到了相当的高度，因此相应的铝合金科技也获得了相应的发展，如铝合金板（5486-H32、5456-H32板）的合金系列应用五XXX系五千零五十四合金材料、铝TIG焊技的发展，以及在二十世纪中后期随着铝及其合金产品价格的降低，市场对焊接技术兴趣和铝及其合金的其他性能。

（二）在工作船领域中的应用

和其他种类的船舶一样，工作船舶也对铝合金材质提供了不同的条件，尤其是更长的使用寿命以及更少的维修成本。而铝合金工作船舶的使用寿命则通常在数十年之间。因为它在海洋中的特性较差，所以不会遭受外力的伤害，也因此减少了工作船的维修成本。而至于已经退役的工作船，这往往是由于制造和搬运技术比较落后和复杂。为了满足新形势下工作船舶的需要，并不是因为铝合金的质量。

（三）在LNG货船上的应用

LNG货轮主要用于液化天然气的海上运输，但因为天然气运输的距离需要完全为海上船只所包围。因此在设计装运天然气或LNG的货轮时，尤其是在天然气储罐的设计时，最宜采用中低温比较。与金属材料相比，质量好的金属材料和相对较大的耐腐蚀性和柔韧性好。但铝合金材料的质量却很差。在较低温情况下，铝合金材料硬度更高[2]。

（五）海上直升机平台的应用

建造海洋油气钻井平台使用最普遍的建筑材料就是钢铁。因为钻井平台长时间裸露于海平面上，钢铁尽管十分耐久，但也存在着锈蚀等相关问题。在海洋石油勘探设施中，直升机停机坪也是十分关键的组成部分，可进行直升机起落等工作，是飞机与地面间联络的主要纽带。但由于直升机体型比较笨重，对自身重量和结构的刚度要求也比较高，而铝制大型直升机甲板模块则重量轻，结构强度和刚度特点比较良好。铝合金制大型的直升机平台，包括副车架和安装在副车架上的由铝合金型料组拼而成的甲板单元。型料的纵向断面近似于“工”结构，在上部中央有一个带肋的腔间，下面还有一个高度较低的地板面板。利用了铝合金型材料的热力学原理和抗弯强度原理，在满足力学性能需要的同时减轻了墙体自重。此外，铝合金大型直升机平台在海洋环境中也更易于维护，其抗腐蚀强度特性更加优异：由于使用了质朴拼合结构，无焊接的高温影响区，可延长使用年限，并避免了损坏情况。

（六）在油气开采钻杆中的应用

在对海底石油进行开采过程中，通常会使用由铝合金制作而成的钻井设备。由于钻井设备对海底石油资源的效率有非常重大的影响，而且由于海底石油开采条件十分恶劣，钻井设备中钻杆的维护较为困难。因此，采用铝合金材料制作的钻杆，可以延长钻井设备的使用年限，并具有较强的抗冲击能力、重量轻、扭矩大等众多优势，在实际开采过程中能有效减少不必要的摩擦，也能够在一定程度上在提高钻井效率。总体来看，在海下石油资源开发中，可以充分体现铝合金的功能和作用，其使用前景也不可估量。

（七）在船用港口中的應用

港口是停泊船只的主要地点，因而港口的材料需要具有较高的耐腐蚀强度、承载能力和刚度，而铝合金材料将上述条件充分结合。所以，在码头中的舟桥、过道和跳台跳水均可以用各种类型的铝合金材料焊接而成，但尤其要注意的是在生产过程中不得对浮船坞道以及其他构件进行化学喷漆。

结论：通过文章分析得知，由于对铝合金材料的研发工作越来越多，因此铝合金材料更多地被运用在了造船和海洋工业领域中，这也就表现出了它作为建材的重要意义。而作为建造船舶的主要建筑材料，它也为提升稳定性和航速以及减少能耗提供了突出贡献。在海洋工程领域，铝合金建筑材料因其卓越的抗腐蚀强度能和特性，被广泛应用于海洋基础设施的建造。

参考文献：

[1]谢光能.铝合金在船舶和海洋工程中的有效应用[J].船舶物资与市场.2019（01）：90-93.

[2]刘继锋，郭亮，王宇.铝合金在船舶工程中的应用实践探微[J].中国金属通报.2019（04）：356-359.