铝合金船未涂装的空舱防腐处理

2024-01-22刘正阳刘进波

广东造船 2023年6期

林琳，刘正阳，刘进波

（1.广州船舶及海洋工程设计研究院，广州 510250；2.中国人民解放军91007 部队，福安 355011）

1 前言

与传统的钢质材料相比，铝合金材料具有质量轻、无磁性、良好的可加塑性和耐腐蚀性等优点。船舶选用铝合金材料作为船体建造材料，可以大大减轻船舶自重，增加船的航速，减少船舶的燃油费且稳定性好，所以越来越多的高速船选用了铝合金材料建造船体。但是，铝合金船局部腐蚀相对明显，尤其是未涂装过的空舱，了解铝合金的腐蚀原理，可以更好的进行防腐治理。

2 腐蚀类型

2.1 均匀腐蚀

铝合金在酸性介质中会生成铝盐，在碱性介质中会生成铝酸盐[1]。一般来说，铝合金通常发生均匀腐蚀，此时金属表面的氧化膜会发生大面积均匀溶解，即全面腐蚀。

2.2 点腐蚀

点腐蚀是指铝合金表面的氧化膜出现了缺陷，导致腐蚀介质进入铝合金基体而引发的一种腐蚀，而氧化膜完好的地方基本没有发生腐蚀或者腐蚀轻微，这种腐蚀形态就是点腐蚀。

点腐蚀在未涂装的空舱中发现最多，最初点腐蚀会在铝合金表面形成一层白色粉末的氧化物，慢慢的会加深腐蚀产生凹坑，最后腐蚀穿孔。

2.3 缝隙腐蚀

金属表面上由于存在异物或结构上的原因会造成缝隙，此种缝隙的存在，会使缝隙内与腐蚀有关的物质迁移困难，引起缝隙内的金属腐蚀，称为缝隙腐蚀。

铝合金缝隙腐蚀是由于铝合金表面的沉积物、附着海生物以及存在搭接表面、缝隙等造成恶劣的腐蚀环境，从而加速缝隙内部的腐蚀；缝隙腐蚀常见于金属结构铆接、焊接、螺纹连接等部位，由于间隙腐蚀在工程结构中是难于避免的，所以间隙腐蚀很难控制；丝状腐蚀是缝隙腐蚀中的特殊情况，会发生在铝合金涂装缺陷处，若铝合金的涂层存在缺陷，则该处铝合金基体先出现点蚀，继而向外扩散形成电势差，引起丝状腐蚀，当丝状腐蚀发展到一定程度时，腐蚀产物就会向外堆积将涂层拱起，导致铝合金涂层出现鼓包凸起使铝合金涂层脱落。

2.4 电偶腐蚀

电偶腐蚀也是铝合金的一种腐蚀形态。金属表面的电化学反应，需要三个必要条件：导电性的金属、电解质和外加电势。在腐蚀的环境中，金属和电解质构成了一个电池，形成了电化学反应，电池中存在电位差，电荷在阳极和阴极之间流动，从而引起了金属表面的氧化和还原反应[2]，当铝合金和其他船用金属（钢质）在同一环境中接触或者有介质相连时，会存在电势差并引起电流的流动，从而导致铝合金金属表面发生化学反应形成电偶腐蚀。

2.5 应力腐蚀

应力腐蚀是拉应力和特定腐蚀介质共存时引起的腐蚀。应力可以是外加的，也可以是金属内部的残余应力，后者可能产生于加工制造时的形变，也可能产生于淬火的剧烈温度变化，还可能是内部结构改变引起体积变化造成的。

3 腐蚀原因分析

通过对大量铝合金船进行的专项调研，发现铝合金船空舱一般是未进行涂装处理的，大部分的空舱中都会有因腐蚀造成的白色状粉末，尤其是空舱铝板最为明显，甚者舱内各壁板上也存在腐蚀穿孔现象。究其原因，主要是空舱内冷凝水较多，冷凝水在隔热棉中变为酸性或者碱性，加速了舱壁板的腐蚀而出现穿孔现象。

3.1 腐蚀的主要特点

1）点蚀

在调查中发现，大多数铝合金船空舱的铝合金结构都是裸露在空气中的，仅靠自然氧化层进行防护；在船体空舱的底部一般都会存在不同程度的积水，清除积水后会发现铝合金板上有各种腐蚀坑点，深浅不一，有的甚至已经穿孔；没有积水的地方也会出现各种白色的粉末，用手摸会有明显的坑点，打磨清洁之后能看到明显的密集腐蚀坑点（见图1）。

图1 未涂装空舱产生的点蚀

2）电偶腐蚀

电偶腐蚀也是铝合金的一种腐蚀形态。由于相比较其他船用金属，铝合金金属性活泼，如果其他船用金属和铝合金直接接触或者介质相连，都会导致铝的电偶腐蚀。

3.2 腐蚀的原因分析

1）点蚀

在自然条件下，铝合金表面会形成一道氧化膜，可以阻碍活性铝表面和周围介质相接触，但是氧化膜厚度仅为4 nm，多孔而不均匀且抗蚀性差，难以抵抗恶劣环境的腐蚀[3]。当铝合金船置于海中时，由于海水盐分很高，湿度较大，舱室中往往会形成大量的冷凝水，加上船员对舱室的维护保养力度不够，导致空舱中会聚集较多的积水，海水中的氯离子Cl-对氧化膜有缺陷的地方破坏作用强烈，从而形成点腐蚀，点腐蚀越来越严重就会导致铝合金板穿孔，同时附着在铝合金板上的防火隔热材料也会出现腐蚀发霉的现象；另外，空舱管路接头处渗漏，也会导致空舱积水产生点腐蚀（见图2）。

图2 未涂装空舱由于管路渗漏导致底部铝板腐蚀

2）电偶腐蚀

往往因为船上人员或者维修人员的疏忽，导致螺丝或者各种金属制品遗落在空舱或者船体铁锈滴落在空舱中，导致了铝合金和异种金属之间的直接接触产生电偶腐蚀。由于铝合金材料较一般船用金属材料活泼，因此在铝合金船的管系附件上使用异种金属材料，极易造成金属电位差而导致腐蚀加快。

4 腐蚀的防护措施

相对传统的钢质材料，铝合金材料在国内的发展时间较短，如何做好铝合金未涂装的防腐措施，也是近年来需要重视的难点之一。根据铝合金的特性，采用的防腐措施不同，产生的效果也不同。根据铝合金船未涂装空舱腐蚀的类型，主要采取以下几点防护措施：

4.1 注意空舱的清洁保养

根据船处在的环境来制定日常养护的措施。比如：在海洋环境中海水盐分较高，空气湿度较大，导致空舱中容易出现大量冷凝水，若能保持定期打扫清洁的制度，就不会在舱室内聚集大量的冷凝水，发生点腐蚀会较少，且腐蚀会比较轻微，装饰板或者防火材料也基本不会出现腐蚀发霉现象；对于空舱中的管路也要按时检查，看看管路接口处是否有滴漏、渗漏、穿孔现象出现；定期排查各空舱中是否存在异种金属或者各种腐蚀介质，从源头上进行控制，以免产生电偶腐蚀。

4.2 选用高耐腐蚀材料

将耐腐蚀元素添加到铝合金中，可以提高铝合金的耐腐蚀性。通过向铝中添加其他金属元素，改变铝合金的晶体结构和性能，从而提高铝合金的强度和耐蚀性，常见的合金元素包括铜、锌、镁、锂等。

4.3 合理的结构形式及焊接工艺

因为铝合金会发生缝隙腐蚀，选用合理的焊接工艺可以避免缝隙的产生，正确的选用与铝合金结构相接触的其它金属材料、非金属材料、复合材料及结构形式等，都可以从源头上降低腐蚀的发生；在舱内易积水的舱底部位、所有纵、横向非水密构件及舷侧、纵骨等，均开足够的流水孔、通气孔；与纵舱壁、纵桁相交的肋骨或肋板等横向构件，在船体板连接的最低部位也开流水孔、通气孔，以保证由纵向横向构架所构成的每一格间都能够泄水并泄至舱底的最低位置；同时，承受交变载荷的结构构件焊接，采用双面连续焊，以保证焊缝质量，防止缝隙腐蚀。

4.4 采用有机涂层或原位钝化

1）有机涂层

（1）合理的铝材表面处理

通过机械抛光、喷砂或化学处理等方法，对铝合金表面进行处理，去除氧化层表面缺陷，降低点腐蚀发生的概率，从而提高铝合金的耐腐蚀性能。由于铝合金的韧性较低，机械抛光或者喷砂处理时，应注意喷砂机压力和磨料的选择，不然容易破坏铝合金基体；采用手工进行打磨时，打磨太浅会造成表面粗糙度不够，打磨太深就伤了铝合金表面，所以处理表面母材时，一定要制定合适的方案和方法。

（2）选择合适的涂层

需要结合使用环境进行选择，选择具有良好耐海水腐蚀性能的涂层，同时具有优良的物理性能和机械性能；在涂料中添加的活性颜料，不能与铝发生化学反应而加速铝的腐蚀，也不能在水中水解形成碱性环境，避免铝合金暴露在碱性环境中发生全面腐蚀。

铝合金与涂层相结合，可以增强铝合金的抗海水渗透性能，保护海水中的CL-不会侵入铝合金氧化膜中引起点腐蚀。绝大多数有机涂层之所以有防腐作用，是因为他们阻隔了铝合金和腐蚀介质的直接接触，在中间形成了一层物理性阻挡层，为了让涂层发挥最大的作用，一定要定期检查涂层，保证涂层的完整性，才能让整个防腐体系起到作用。

2）原位钝化

主要是采用专用钝化促进剂涂擦铝材表面，进行铝材表面原位化学钝化处理，然后用化学转化剂涂擦铝材表面，使铝材表面残留的活性铝氧化物转化为惰性物质，最后用封闭剂进行铝材表面的封闭处理，消除其表面的防腐蚀缺陷。

4.5 异种金属绝缘隔离保护

船体是铝合金，但大部分船用设备、管路系统等都是异种金属，不同的金属活泼性也不同，直接接触或者通过介质相连就会产生电偶腐蚀。预防电偶腐蚀的基本原则是：尽量选用同一种材质，避免出现异种金属相连；如果无法选用同一种材质，则需要在异种金属之间加一层物理阻挡层（比如橡胶）来避免发生电偶腐蚀。

4.6 牺牲阳极保护

一般选用铝镁新合金作为牺牲阳极的材料，其优点是其电位稳定，有很好的抗阳极钝化性能，保护效果好，使用寿命长；锌块安装也很重要，安装锌块可以使用螺栓固定也可以使用焊接固定，安装前在牺牲阳极背面涂一层油漆，防止阳极腐蚀脱落，安装时应保证锌块背面紧贴铝合金，确保两者之间有良好接触与导电，同时保证安装的阳极表面无油漆和污物。

5 腐蚀的处理对策

1）点腐蚀修复

若深度超过原始厚度50%的点蚀，应该焊补并磨平；若腐蚀深度未超过原始厚度50%，可以用适合铝材的修补剂进行修补；若在一个肋距范围内，有三个以上的腐蚀点，其深度超过铝板原始厚度的40%，则应该挖补或割换。

2）局部腐蚀修复

局部腐蚀的界定、修复或换板要求等，应该按技术要求来进行修换。腐蚀修复之后，要及时的进行防腐处理，保证防腐体系的完整性；要保证油漆、牺牲阳极及绝缘材料的品牌和规格与设计状态一致，若确实需要更换其他品牌则尽可能保证其性能和化学成分一致。

对出现腐蚀的地方要进行精准修复，制定合适的防腐治理方案用来恢复完整的防腐体系，重点关注以下部位：牺牲阳极处是否连接正常、容易积水处是否有积水及构件缝隙处是否有腐蚀，一旦发现问题马上处理，恢复防腐体系的完整性，完工后还需要检查是否有工具或者杂物遗留，做好清洁保养工作，检查各管路系统是否有滴漏情况，保证管路正常。