船舶防腐蚀技术的应用及其发展.docx

船舶防腐蚀技术的应用及其发展摘 要船舶海上腐蚀是影响其寿命的最大因素之一。因腐蚀导致结构损坏和破坏，严重影响船舶性能和安全。钢铁船舶在海洋中的腐蚀是不可避免的，但其腐蚀的速度则是可以控制的。如果能够控制其腐蚀的速度为原来应该发生的腐蚀速度的110，则船舶的寿命将延长为原来的10倍，因此，船舶必须控制其腐蚀速度，也就是说船舶必须防护。文章介绍了当前船舶防腐蚀技术措施的实际应用情况。探讨在船体防腐蚀新技术的发展情况，如船体防腐涂料技术、防腐涂装技术、阴极保护功能和涂膜结合技术、防腐蚀监测新技术等方面的新技术应用。关键词：船体；防腐涂料技术； 阴极保护技术；防腐涂装技术与工艺发展目录第一章 概述11.1 防腐蚀技术应用背景11.2 船体防护系统11.3 防护涂料技术11.4 阴极保护技术21.5 防止不当操作的异常腐蚀措施21.6 应用防腐蚀监测技术31.7 减少异种金属部件的直接连接31.8 船体海生物清除4第二章 防腐蚀技术发展趋势42.1 防腐蚀涂料新技术42.2 涂装技术的历史现状以及发展趋势42.3 阴极保护功能和涂膜结合技术72.4 防腐蚀监测新技术7结论8参考文献9第一章 概述 1.1 防腐蚀技术应用背景目前，大多数船舶都采用金属外壳。而金属在海洋环境中，受海水温度、海水含盐度、海洋大气温度、海洋大气湿度的影响，腐蚀程度很严重，腐蚀不仅降低了船舶钢结构的强度，缩短了船舶的使用寿命，同时还会使航行阻力增加，航速降低，影响使用性能。更为严重的是，一旦出现穿孔或开裂，还会导致海损事故的发生，造成惊人的损失。腐蚀作为美海军第一号的维修问题，每年因装备在腐蚀维修方面花费的经费为444亿美元。我国因金属腐蚀造成的损失也很严重，每年达200亿一300亿人民币。这已引起国内外防腐专家的极大关注，并积极研究探索解决金属腐蚀的各种防护技术方法和措施。1.2 船体防护系统船体防护系统是保护船体免受腐蚀侵害的系统，主要有两大系统组成：防腐蚀涂漆系统和外加电流或牺牲阳极的阴极保护系统。这两种系统的相互作用和足够保护船体免受腐蚀侵害的能力是由几个因素相互依存决定的。因为船体检查揭示了大量关于这两种系统作用的信息，提供的阈值表征船体防护系统处在有效的边缘或失效状态。装备外加电流阴极保护系统的船舶的阈值是在水下船体观察到的裸金属的10 。装有牺牲阳极系统的船舶的阈值是裸金属的5或观察到任何失效的阳极。对装有牺牲阳极系统的船舶，不管何时观察到这些阈值的任何一个都应该进行船体电位检测。1.3 防护涂料技术目前，船舶涂料的品种有：水线涂料、船壳涂料、甲板涂料、油舱涂料、饮水舱涂料、压载水舱涂料、防污涂料等。有关船舶涂料的种类和性能选取使用国内制定的各种有关国家标准，其中有：GB 536985船用饮水舱涂料通用技术条件、GB 674586船壳漆通用技术条件、GB 674786船用车间底漆通用技术条件、GB 674886船用防锈漆通用技术条件、GB 682286船底防污漆通用技术条件、GB 682386船舶压载舱漆通用技术条件、GB 926288货舱漆通用技术条件、GB 1335192船底防锈漆通用技术条件等标准。对船舶在涂装(含表面处理)工作中的工艺、质量等技术要求也有相应的国家标准，相关的标准如：GBT 2311998船舶涂装技术要求、GBT 35131993船舶除锈涂装质量验收要求、GBT 37181995船舶涂装膜厚检测要求等标准。1.4 阴极保护技术船体的阴极保护技术有牺牲阳极阴极保护和外加电流阴极保护两种。1)牺牲阳极阴极保护技术是通过在船体外表面安装充当阳极的被牺牲掉的金属块，以保护作为阴极的船体钢板不被腐蚀。目前，船体使用的牺牲阳极有锌一铝一镉三元合金(称为三元锌牺牲阳极)、高效铝合金阳极、铁合金阳极等。各种不同船型所采用的牺牲阳极型号和数量是根据船体各部位的形状、面积和环境情况专门设计的。2)外加电流阴极保护技术。这种技术是将牺牲阳极保护中的牺牲阳极块更换成只起导电作用而不溶解的辅助阳极，在阳极和钢板之间加一直流电源，并通过海水构成回路。电源向钢板输入保护电流，使钢板成为阴极而得到保护。该外加电流保护系统由恒电位仪也就是外加电源、参比电极、不溶性辅助阳极构成。整个系统使船体电位始终保持在保护电位范围内。为了规范阴极保护系统的设计、安装和使用，国内制定了GB 884188海船牺牲阳极阴极保护设计和安装、GBT 31081999船体外加电流阴极保护系统、GB 778889船舶与海洋工程阳极屏蔽涂料通用技术条件、GJB 15786水面舰船牺牲阳极保护设计和安装等相应的技术标准。1.5 防止不当操作的异常腐蚀措施有些船舶的船体会发生异常快的腐蚀穿孔。发生异常腐蚀的原因有可能是钢板的质量差，耐腐蚀性不好；更经常的原因是电腐蚀引起的。电腐蚀也叫电解腐蚀，这种腐蚀是人为造成的。大多是由于电焊焊接的违规操作，导致了焊接电流从水下船体外表面流向海水，使钢板发生了电腐蚀。造成电腐蚀的方式主要有以下几种。单线焊接：海水是电解质，导电性好，当船舶停靠码头进行焊接作业时，焊接技术人员错误的认为，从码头电焊机上拉一根导线到船上，另一根线可以用海水作为回路代替。由此作业时，从焊机来的电流顺焊条进入船体，并从水下船体表面流出，经过海水在进入钢制码头，经过导线回到焊机。靠近码头一侧的船体就会发生强烈的腐蚀。不正确的双线焊接：如果在焊接时，直接从焊机的正负两极接两根导线到待焊接的船上去，这样一来，焊接的电流直接通过导线回到电焊机上去，就不会有电流通过水下船体了。但是如果导线多处漏电，与码头绝缘性差，也可能有部分电流从水下船体通过，造成电腐蚀。其他不正确的焊接施工：有一些不规范的焊接施工也会在船体表面产生杂散电流，导致船体电腐蚀。如用同一部焊接电源对两艘船同时焊接时，当其中一艘船的电流回路有故障或电阻较大，这艘船的焊接电流有可能通过海水进入另一艘船，再从另一艘船回到焊机。再如焊接时的负极接线点离施焊部位太远，也可能导致电腐蚀发生。在船首施焊，负极接线点在船尾，结果导致电流在船体内部通过，舱底发生了严重的电腐蚀，使其结构强度遭到无可挽回的损害。1.6 应用防腐蚀监测技术船体的防腐蚀监测的内容包括两个方面：一是船体腐蚀状况监测：另一个是船体腐蚀防护效果监测。这类监测技术有船体阴极保护状态监测(船体电位监测)、船体腐蚀状况监测(超声波测厚技术测量船体钢板平均厚度，x射线或超声波腐蚀测试仪，钢板表面腐蚀坑深度监测)、水下电视监测系统(船体水下腐蚀及污垢状况监测)、热波成像检测系统等。1.7 减少异种金属部件的直接连接船舶上普遍使用多种金属材料，如钢质船体、铜质、钛合金、不锈钢及钢质管道，铝质上层建筑等。它们之间不可避免地要进行相互连接，如钢管要固定在船体上，不锈钢管路可能与铜质阀门连接，钛合金管道也可能与钢质船体或铜质阀门连接等。如果这些不同金属之间未加电绝缘，当管路、设备的内部或外部有海水时，就会发生电偶腐蚀。致使负电位的金属遭到快速腐蚀溶解。因此，在船舶上，采用防腐蚀电绝缘连接方式，避免此类问题的发生。1.8 船体海生物清除海水中有些生物和微生物，它们容易附着在船体及海水管道表面，而形成船体海生物污底。它对船体的腐蚀起到复杂的影响作用。虽然一方面，有些海生物死亡后留下的石灰质壳体，当它们覆盖满金属表面时，能起到一定的保护作用，减缓腐蚀；但是，起主要作用的是另一方面，附着在船体表面的海生物生命活动中释放的CO ，使周围海水呈酸性，死亡的海生物分解放出H s，又会使金属的腐蚀速度增加；有些海生物能够穿透和破坏涂层，使金属腐蚀加速。船体海生物钙化的污底会加速涂层系统失效，因此增加船体结构对腐蚀的敏感性。第二章 防腐蚀技术发展趋势2.1 防腐蚀涂料新技术随着修造船业的迅速发展，技术水平不断提高，机械化程度日益提高，修造船的周期在缩短，这对船舶涂料的综合性能、表面处理工艺、涂装工艺及设备的要求越来越高。为了满足船东和修造船厂的要求，船舶涂料向着高性能、节能、施工方便、高效、符合环保要求的方向发展。具体来说，采用厚浆型、快干、高固体份或无溶剂涂料来达到高效节能的目的；使用不含铅、铬等重金属颜料，降低涂料中有机溶剂含量，不使用有机锡、焦油等有害物质来达到环保卫生的要求。2.2 涂装技术的历史现状以及发展趋势1) 船舶涂装历史现状船舶涂装，以往被称为“敲铲油漆”，一向不被人重视。在船厂，敲铲油漆工作没有严格的工艺程序，没有一定的标准，工具设备落后，故质量长期处于相当低的水平。往往，一艘新船刚出厂在海上航行了一二个航次，涂层就剥落，船体开始生锈。甚至船尚未离厂，在码头舾装阶段船体就发生锈蚀，只得再次敲铲油漆。从80年代初开始，我国的造船工业出现了历史性的转折，大连、上海、广州、天津等地区一些大中型船厂纷纷承建出口船舶。随着造船工业的对外开放，国外先进的造船技术和造船管理方式不断得到引进、消化、吸收，中国的造船工业开始了腾飞。在船舶涂装领域，落后的“敲铲油漆；受到了重大冲击，这种原始、落后的生产方式再也维持不下去了。船舶涂装的新技术、新工艺和新的设计、生产和管理模式不断地改造与取代大变革：（1）钢铁原材料预处理和涂装车间底漆的新工艺获得普遍应用；（2）以室内喷丸除锈和动力工具除锈代替了原始落后的手工敲铲除锈；（3）涂装工作的气候条件即环境温度、湿度、露点等获得重视，被列为重要管理项目；（4）国外先进的除锈标准、涂装工作标准和质量标准不断为我所用，国内相应的标准纷纷建立；（5）国外各种新型的高性能涂料不断受到应用，国内相应的涂料品种相继诞生，船舶涂料行业亦发生重大转机，技术引进和合资生产获得重大进展，（6）各种先进的涂装工具和检测工具日益获得广泛应用；（7）先进的设计技术、生产技术、管理方式不断获得应用，并结合我国的实际情况逐步得到发展提高。所有这些重大变革，都是为了确保船舶的涂装质量、延长船舶的使用寿命、提高船舶的使用价值。同时也为大幅度缩短船舶的建造周期在船舶涂装领域里奠定了结实的基础。这些变革和发展，将我国的船舶涂装技术和涂装质量与国外先进技术、优良的质量之间的差距大大缩短，我国新造船舶的涂装质量受到了国内外船东的首肯与好评。2)表面预处理技术发展动向。由于受环保的压力，传统干喷砂工艺受到限制，船厂逐渐采用水喷砂和高压水除锈的工艺。水喷砂是将磨料与水混合后，喷射到所要喷砂的物体上。高压水除锈利用专用设备产生高压水(70170 MPa)和超高压水(170300 MPa)喷射需表面处理的物体上。该技术不产生粉尘、废渣，噪音低，非常环保。同时不产生溶解盐，不污染处理的表面，不影响涂料的防锈效果。这项表面处理技术近期内将会被国际上认可而采用。3)表面溶解盐的分析和处理。大多数船厂位于海边，海洋大气中的盐雾会沾染到船体的表面，另外喷砂所用磨料中盐分也会沾染船体的表面。表面的溶解盐对涂料的防腐性能影响非常大。因此国际上已制定相关的表面溶解盐的标准。美国海军要求水下船体表面溶解盐含量3gcm ，水上船体表面溶解盐含量5 Igcm 。IS08502是一个有关表面溶解盐测试和要求的标准。已有国外公司开发出清洗表面溶解盐的专用清洗剂，清洗后还有助于提高防腐性能。4)喷涂设备及工艺的发展动向。为了适应新型涂料的不断推出，喷涂设备制造商也在不断提高喷涂设备的性能以及开发更先进的喷涂工艺。喷涂设备制造商已开发出压缩比高达70：1的高压无空气喷涂机，适用于高粘度、厚浆型的涂料体系。随着高性能双组分环氧、聚氨酯涂料的日益广泛使用，喷涂设备制造商又开发出双组分高压无气喷涂机，适用于不同配比的双组分体系，通过混合管多次剪切混合，使得甲乙组分充分混匀，同时漆料还可预热，降低物料的粘度，保证喷涂效果。由供粉器、静电发生器、静电喷涂机、喷涂室、粉末回收系统、烘干室等组成的粉末静电喷涂设备来进行粉末涂装，由于采用低污染涂料并设置粉末回收系统，相对于溶剂性涂料的施工，它具有以下特点：涂料利用率高，达90以上，且为低污染涂装方法；适合于自动化生产，生产效率高；涂膜厚，一道涂膜厚度可达100300m。电泳涂装也是一种先进的现代涂装工艺，电泳涂装设备由电泳槽、备用槽、循环过滤系统、超滤系统、极液循环系统、换热系统、直流电源、涂料补加装置、冲洗系统及控制柜等组成。具有以下特点：有利于实现自动流水线生产，涂漆节奏快，自动化程度高，使生产效率大幅度提高；涂膜厚度均匀，对阴极电泳漆来说，很容易通过电压调整，在1035m范围内控制膜厚在某一值；较好的边缘、内腔及焊缝的涂膜覆盖性，使产品涂层的整体防锈性能提高，其中阴极电泳漆的泳透力强，内腔防锈性更好，外表涂层完全适用于高档产品的要求，耐盐雾试验可达到800h以上；优越的环保、安全作业性，电泳漆液仅含不到#-的助溶剂，以水作为分散介质，没有发生火灾的危险性，也不会产生溶剂散发对大气的污染，电泳设备配置超滤循环系统，使槽液得到有效的利用，仅偶尔排放少量超滤液，不存在漆液对环境的污染；高性能涂装设备是实现涂料高性能的必备条件，这也是各大公司日益重视对涂装工艺和涂装设备开发的原因。2.3 阴极保护功能和涂膜结合技术把阴极保护功能和涂膜的屏蔽功能融合为一体的新型防腐蚀技术，得到了广泛的关注，并在实际中得到了较好的应用。由于锌具有良好的牺牲阳极而被腐蚀，可以有效地保护钢铁基体的特点，所以以锌为主体的防腐蚀课题，在科研中不断涌现，大体上可以分为以下几种：含锌或高锌底漆，如环氧富锌底漆(它是由锌粉、环氧树脂液、聚酰胺树脂三组分组成的自干型底漆)；无机磷酸盐富锌(铝)涂料(它是由无机粘结剂和水与醇作溶剂，再与锌粉、铝粉所组成，2.4 防腐蚀监测新技术由于舰船装备的特点，空间的局限，环境条件的影响等因素限制，舰船装备在防腐蚀监测方面，很多监测技术手段的应用难以开展。但随着机械、电子、材料学科、传感器换能器技术、信号处理技术、缺陷识别技术等多项技术的发展与融人，正在不断得到新的发展和应用。结合舰船装备防腐蚀监测的迫切需求，当前，在舰船装备防腐蚀监测技术研究和开发领域，当前主要集中在新型传感器的开发应用、传统监测技术手段的改进、多种传统监测技术手段的融合、监测设备的便携和智能化等。 结论钢铁制成的船舶，长年累月地航行于茫茫大海之中，会不同程度受到各种腐蚀介质的侵蚀，发生不同程度的腐蚀。腐蚀会对船舶带来很大的损害，会降低船舶结构的强度。当钢铁船舶腐蚀到一定程度时，船体的强度会下降到不足以抵御海洋风浪给予船体的巨大冲击，则海难事故便不可避免。当船舶的各种设备腐蚀到一定的程度时，设备不能正常工作、运转，则由此会产生各种各样的事故，严重时会使船舶在海洋中失去控制，失去自救能力，造成惨祸。因此，船舶腐蚀到一定程度时，只得报废，失去其使用价值。钢铁船舶在海洋中的腐蚀是不可避免的，但其腐蚀的速度则是可以控制的。如果能够控制其腐蚀的速度为原来应该发生的腐蚀速度的110，则船舶的寿命将延长为原来的10倍，因此，船舶必须控制其腐蚀速度，也就是说船舶必须防护。本文主要从船用防腐蚀涂料、船舶涂装新技术新工艺、阴极保护技术和腐蚀监测技术等方面介绍了当前船舶防腐蚀技术措施的现状。进一步分析探讨了船舶防腐蚀技术今后的发展趋势，以对船体防护技术措施应用有一个全面的了解。参考文献1刘松平，郭恩明，陈积懋无损检测新技术永恒的发展主题J 航空制造技术，2004 (9)：32342陆伯岑 重防腐蚀涂料的涂装设计和在船舶和钢结构防腐蚀领域的应用J 船舶工业技术经济信息，2001：26393王悦民，许福明 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