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船舶腐蚀及防护.ppt
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1、船舶腐蚀与防护船舶腐蚀与防护江江苏科技大学科技大学 高延敏高延敏1目录船舶腐蚀船舶腐蚀船舶涂料与存在的问题船舶涂料与存在的问题船舶防护技术难题船舶防护技术难题船舶涂料检测与方法船舶涂料检测与方法江苏科技大学研究情况与产品江苏科技大学研究情况与产品2(一一)船舶腐蝕船舶腐蝕現象,是業界必須面對的問題。現象,是業界必須面對的問題。(二二)避免避免或或延緩延緩船舶腐蝕船舶腐蝕是重要的技術課題,也是是重要的技術課題,也是船東從船東從洽談洽談新船規範新船規範開始應重視的問題。開始應重視的問題。(三三)除依賴船廠的技術外,船東更應吸取本身除依賴船廠的技術外,船東更應吸取本身現成現成船的維修經驗船的維修經驗
2、,规规划划新船的防蝕措施。必要時新船的防蝕措施。必要時可能追加合理的船價。可能追加合理的船價。(四四)法規法規目前僅關切嚴重影響船舶安全區域的目前僅關切嚴重影響船舶安全區域的腐蝕腐蝕(五五)有些防蝕措施,祗要在有些防蝕措施,祗要在船舶建造階段船舶建造階段稍加用心稍加用心即可獲得效果,並不須花費太多成本。即可獲得效果,並不須花費太多成本。(六六)本文旨在介紹船舶可能遭遇的腐蝕,並提供一本文旨在介紹船舶可能遭遇的腐蝕,並提供一些防蝕的觀念,作為些防蝕的觀念,作為新船新船建造建造及日後及日後船舶船舶管理管理的參考。的參考。前前言言3腐腐 蝕蝕 意意 義義(一一)腐蝕腐蝕(Corrosion)(Cor
3、rosion):金屬與周圍環境發生反應所造成的破壞現象。金屬與周圍環境發生反應所造成的破壞現象。(二二)銹銹(Rust)(Rust):鐵或鋼腐蝕的產物。鐵或鋼腐蝕的產物。(三三)防蝕防蝕:阻止腐蝕現象的發生。阻止腐蝕現象的發生。(四四)耐蝕性耐蝕性:指腐蝕速度緩慢,並非指不生腐蝕現象。指腐蝕速度緩慢,並非指不生腐蝕現象。4依發生依發生的的原因原因分類,一般有以下分類,一般有以下4 4類:類:(一一)電化學電化學腐蝕腐蝕(ElectrochemicalCorrosion)(ElectrochemicalCorrosion)(二二)化學化學腐蝕腐蝕(ChemicalCorrosion)(Chemi
4、calCorrosion)(三三)微生物微生物腐蝕腐蝕(MicrobialCorrosion)(MicrobialCorrosion)(四四)冲刷冲刷腐蝕腐蝕腐腐 蝕蝕 分分 類類5(一一)電化學電化學腐蝕腐蝕(ElectrochemicalCorrosion)(ElectrochemicalCorrosion)1.1.必備條件:必備條件:(1)(1)陽極陽極(Anode)(Anode):遭受腐蝕的金屬。:遭受腐蝕的金屬。(2)(2)陰極陰極(Cathode)(Cathode):金屬或電子導體,提供金屬或電子導體,提供還原反應還原反應的位置的位置 (3)(3)電解質電解質(Electrolyt
5、e)(Electrolyte):一一般般為為水水溶溶液液,與與陽陽極極及及陰陰極極相相接接觸觸,以以提提供供離離子子傳傳導導的路徑。的路徑。(4)(4)兩極之間兩極之間電路電路(Metallic Path)(Metallic Path):為陽極及陰極間之為陽極及陰極間之電子傳導電子傳導路徑。路徑。电电化学腐化学腐蚀蚀6电电化学腐化学腐蚀蚀2.2.水溶液中水溶液中加速腐蝕加速腐蝕之因素:之因素:(1)(1)足量的足量的氧氣氧氣 (2)(2)足量的足量的水水 (3)(3)足量的足量的離子離子 (4)(4)兩極間兩極間電位電位(Potential)(Potential)差大差大 (如銅閥鐵座造成閥失
6、效如銅閥鐵座造成閥失效)(5)(5)陽極面積小陽極面積小、陰極面積大、陰極面積大 (6)(6)兩極兩極距離小距離小 (7)(7)兩極間兩極間電阻小電阻小(如鋼板表面塗以漆膜,可增加其間電阻如鋼板表面塗以漆膜,可增加其間電阻)(8)(8)電解質電解質流速大流速大 (9)(9)較高的較高的溫度溫度 (10)(10)較高的較高的氣壓氣壓 7电电化学腐化学腐蚀蚀3.3.電化學腐蝕典型電化學腐蝕典型途徑途徑(2)(2)要件要件:(a)(a)陽極陽極(Anode)(Anode)(b)(b)陰極陰極(Cathode)(Cathode)(c)(c)電解質電解質(Electrolyte)(Electrolyte
7、)(d)(d)兩極之間兩極之間電路電路 (Metallic Path(Metallic Path)(3)(3)加速加速腐蝕因素:腐蝕因素:(a)(a)足量:足量:氧氣氧氣、水水、離子離子 (b)(b)兩極之間兩極之間:電位差大電位差大、距離小距離小、電阻小電阻小 (c)(c)陽極面積小、陰極面積大陽極面積小、陰極面積大 (d)(d)電解質流速大電解質流速大 (e)(e)較高較高:溫度溫度、氣壓氣壓 8海水约含3.5%NaCl是对钢铁腐蚀速度最大的浓度。船舶腐蚀部位船舶腐蚀部位船舶腐蚀部位船舶腐蚀部位特点特点:海水:海水+生物腐蚀生物腐蚀上层建筑上层建筑压载舱压载舱船体的管路船体的管路船壳船壳船
8、舶的腐蚀部位9 由由于于海海水水导导电电性性好好,腐腐蚀蚀电电池池的的欧欧姆姆电电阻阻很很小小,因因此此异金属接触能造成阳极性金属异金属接触能造成阳极性金属发生显著的电偶腐蚀破坏发生显著的电偶腐蚀破坏。海水中含海水中含大量氯离子大量氯离子,容易造成,容易造成金属钝态局部破坏金属钝态局部破坏。碳碳钢钢在在海海水水中中发发生生吸吸氧氧腐腐蚀蚀,凡凡是是使使氧氧极极限限扩扩散散电电流流密密度度增大的因素,如流速增大,都会使碳钢腐蚀速度增大。增大的因素,如流速增大,都会使碳钢腐蚀速度增大。海海洋洋环环境境的的腐腐蚀蚀分分为为几几个个区区域域:海海洋洋大大气气区区、飞飞溅溅区区、潮汐区、全浸区和海泥区。
9、潮汐区、全浸区和海泥区。海水腐蚀的特点海水腐蚀的特点10耐海水钢耐海水钢Mariner与碳钢的试验结果与碳钢的试验结果(九年暴露,美国)(九年暴露,美国)距距试试样样上上端端距距离离(米米)6 5 4 3 2 1海泥区海泥区Mainer钢钢 碳钢碳钢 全浸区全浸区飞溅区飞溅区潮汐区潮汐区0.61.21.82.43.13.74.34.95.56.111船舶和海洋设施的保护船舶和海洋设施的保护(1 1)材料)材料 低合金海水用钢与碳钢的比较低合金海水用钢与碳钢的比较 环境环境腐蚀速度腐蚀速度(mm/y)(mm/y)低合金钢低合金钢碳钢碳钢海洋大气区海洋大气区0.04 0.050.2 0.5飞溅区飞
10、溅区0.1 0.150.3 0.5潮汐区潮汐区 0.1 0.1全浸区全浸区0.15 0.20.2 0.25海泥区海泥区 0.06 0.112电电化学腐化学腐蚀蚀 4.4.電位電位(電勢電勢)(Potential)(Potential)(1)(1)意義:意義:金屬金屬釋放電子釋放電子的趨力。的趨力。(2)(2)標標準準電電勢勢序序列列或或標標準準還還原原電電位位序序列列可可解解釋釋電電化化學學(腐腐蝕蝕)現象;若干金屬之電勢序列如下:現象;若干金屬之電勢序列如下:(釋放電子的難易程度釋放電子的難易程度)金金(Au)(Au)、鉑、鉑(Pt)(Pt)、銀、銀(Ag)(Ag)、銅、銅(Cu)(Cu)、
11、鐵、鐵(Fe)(Fe)、鋅鋅(Zn)(Zn)、鋁鋁(Al)(Al)(3)(3)加加凡凡尼尼序序列列(Galvanic(Galvanic Series)Series):較較實實用用,但但環環境境不不同同,各各加加凡凡尼尼系系列列順順序序亦亦不不盡盡相相同同。例例如如在在海海水水中中若若干干常常用金屬的加凡尼序列如下:用金屬的加凡尼序列如下:金、鉑、銀、銅、黑皮金、鉑、銀、銅、黑皮(mill scale)(mill scale)、鐵、鐵、鋁鋁、鋅鋅13化学腐化学腐蚀蚀(二二)化學化學腐蝕腐蝕(ChemicalCorrosion)(ChemicalCorrosion):金屬溶解於有機溶劑、熔融鹽液中
12、。金屬溶解於有機溶劑、熔融鹽液中。(三三)微生物微生物腐蝕腐蝕(MicrobialCorrosion)(MicrobialCorrosion):因細菌、黴菌、酵母等微生物因細菌、黴菌、酵母等微生物 的參與而衍生的局部腐蝕現象。的參與而衍生的局部腐蝕現象。(1)(1)海水壓載艙內存在硫酸根還原菌海水壓載艙內存在硫酸根還原菌(SRBSRB)時,可將硫酸鹽時,可將硫酸鹽 還原成硫化物還原成硫化物,具具黑色黑色/臭蛋味臭蛋味,而加速鋼板的腐蝕。,而加速鋼板的腐蝕。(2)(2)細菌存在細菌存在貨油艙底貨油艙底的沈澱水中或的沈澱水中或壓水艙底壓水艙底的沈澱物的沈澱物內內。(四四冲刷冲刷腐蝕腐蝕:指金屬表面
13、因介質指金屬表面因介質相對速度相對速度而產生的金屬損耗。而產生的金屬損耗。14金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態以以水水為媒介或為媒介或溫度溫度高低來分,可為高低來分,可為溼溼蝕蝕及及乾蝕乾蝕兩種:兩種:(一一)溼溼蝕蝕:1.1.全面全面腐蝕腐蝕(GeneralorUniformCorrosion)(GeneralorUniformCorrosion)2.2.局部局部腐蝕腐蝕(Local Corrosion)(Local Corrosion)3 3.速度效果速度效果腐蝕腐蝕:磨動腐蝕、沖蝕、空蝕磨動腐蝕、沖蝕、空蝕(二二)乾蝕乾蝕:1.1.氧化氧化(Oxidation)(Oxidation)2
14、.2.硫化硫化(Sulphidizing)(Sulphidizing)3.3.氫氫侵蝕侵蝕(HydrogenAttack)(HydrogenAttack)或或脫脫碳碳(Decarburizing)(Decarburizing)4.4.釩侵蝕釩侵蝕(VanadiumAttack)(VanadiumAttack)5.5.硫酸露點腐蝕硫酸露點腐蝕(DewpointCorrosionofSulfuricAcid)(DewpointCorrosionofSulfuricAcid)15金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態(一一)溼溼蝕蝕:金屬與水接觸情況下所金屬與水接觸情況下所產產生的腐蝕生的腐蝕1.1.全
15、面全面腐蝕腐蝕(GeneralorUniformCorrosion)(GeneralorUniformCorrosion):金屬處在大氣、海水、酸液、或鹼類金屬處在大氣、海水、酸液、或鹼類等侵蝕性環境中所受的全面性腐蝕等侵蝕性環境中所受的全面性腐蝕。(1)(1)現象現象:鋁合金表面氧化皮膜、中間軸表面生銹等。鋁合金表面氧化皮膜、中間軸表面生銹等。(2)(2)碳鋼銹蝕率碳鋼銹蝕率:可以可以0.1-0.2mm0.1-0.2mm/年計年計(常溫海水中常溫海水中)。(3)(3)航行中船舶航行中船舶:全面腐蝕全面腐蝕動力負荷動力負荷而加速腐蝕。而加速腐蝕。某某3 3萬萬載載重重噸噸單單船船殼殼油油輪輪航
16、航行行2424年年後後甲甲板板出出現現大大裂裂縫縫,經經檢檢查查斷斷裂裂附附近近甲甲板板,發發現現其其厚厚度度(16mm)(16mm)平平均均每每年年減減少少約約0.17-0.38mm0.17-0.38mm,最深處則每年可達,最深處則每年可達0.46mm0.46mm。16金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態(4)(4)鋼板在不同成份鋼板在不同成份大氣大氣中的銹蝕:中的銹蝕:(a)(a)相對溼度相對溼度(RH)(RH)在在70%70%以下以下,形成見不到的氧化保護膜。形成見不到的氧化保護膜。(b)(b)空氣乾淨,空氣乾淨,RHRH達到達到99%99%,銹蝕亦可忽視。銹蝕亦可忽視。(c)(c)鹽水的
17、存在會加速銹蝕鹽水的存在會加速銹蝕 (因離子增加因離子增加)。(5)(5)鋼板表面有鋼板表面有黑皮黑皮(mill scale)(mill scale):腐腐蝕蝕速速度度可可達達無無黑黑皮皮者者的的數數十十倍倍(如如約約8080倍倍)。黑黑皮皮是是鋼鋼熱熱延延壓壓加加工工時時,從從高高溫溫急急冷冷下下過過程程中中受受到到不不完完全全氧氧化化所所形形成成。這這層層黑黑皮皮看看似似結結實實,實實際際上上因因有有很很多多空空隙隙存存在在,使使得得大大氣氣中中氧氧氣氣與水份很容易浸透而形成激烈腐蝕。與水份很容易浸透而形成激烈腐蝕。17金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態 2.2.局部局部腐蝕腐蝕(Loca
18、lCorrosion)(LocalCorrosion):金屬局部發生腐蝕的現象金屬局部發生腐蝕的現象(1)(1)異金屬接觸異金屬接觸腐蝕腐蝕(BimetallicorGalvanicCorrosion)(BimetallicorGalvanicCorrosion)(2)(2)脫合金脫合金腐蝕腐蝕(Dealloyingcorrosion(Dealloyingcorrosion,Selectiveleaching,Parting)Selectiveleaching,Parting)(3)(3)粒界粒界腐蝕腐蝕 (Intergranular Corrosion)(Intergranular Corr
19、osion)(4)(4)應力應力腐蝕腐蝕 (Stress Corrosion)(Stress Corrosion)(5)(5)金屬離子濃淡金屬離子濃淡電池電池 (Metal Ion Concentration Cell)(Metal Ion Concentration Cell)(6)(6)間隙間隙腐蝕腐蝕 (Crevice Corrosion,deposit attack)(Crevice Corrosion,deposit attack)(7)(7)孔蝕孔蝕 (Pitting Corrosion)(Pitting Corrosion)(8)(8)腐蝕疲勞腐蝕疲勞 (Corrosion Fa
20、tigue)(Corrosion Fatigue)(9)(9)氫損害氫損害 (Hydrogen Damage)(Hydrogen Damage)(10)(10)弥散弥散電流電流腐蝕腐蝕 (Stray Current Corrosion)(Stray Current Corrosion)18金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態 2.局部腐蝕(LocalCorrosion)(1)(1)異金屬接觸異金屬接觸腐蝕腐蝕:(BimetallicorGalvanicCorrosion)(BimetallicorGalvanicCorrosion)金屬與另一金屬或導電非金屬金屬與另一金屬或導電非金屬以電路連接,
21、且同浸在電解液中以電路連接,且同浸在電解液中,產生電化作用,產生電化作用,而使低電位金屬腐蝕。而使低電位金屬腐蝕。(2)(2)脫合金脫合金腐蝕腐蝕:(Dealloyingcorrosion(Dealloyingcorrosion,Selectiveleaching,Parting)Selectiveleaching,Parting)合合金金中中較較活活潑潑金金屬屬成成分分易易發發生生溶溶解解。如如黃黃銅銅(brass)(brass)脫脫鋅鋅(dezincification)(dezincification)使使得得合合金金顏顏色色由由黃黃色色變變成成帶帶有有紫紫紅紅色色,並並使使其其機機械性能
22、減弱,且呈多孔性。械性能減弱,且呈多孔性。19金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態(3)(3)粒界粒界腐蝕腐蝕(IntergranularCorrosion)(IntergranularCorrosion):高高溫溫下下金金屬屬產產生生滲滲碳碳(carburizing)(carburizing)或或氮氮化化(Nitriding)(Nitriding)現現象象的的結結果果。如如沃沃斯斯田田(含含鉻鉻鎳鎳)不不銹銹鋼鋼在在電電銲銲熱熱影影響響區區(Heat(HeatAffectedAffectedZone)Zone)內內或或於於高高溫溫下下(如如SUS304SUS304在在425-870425-87
23、0ooC C之之間間)徐徐冷冷後後,其其結結晶晶粒粒界界之之鉻鉻與與碳碳(大大部部份份沈沈積積在在晶晶粒粒界界處處)結結合合成鉻碳化物,其近鄰因成鉻碳化物,其近鄰因缺乏鉻缺乏鉻成分而易產生腐蝕成分而易產生腐蝕。電銲所發生的粒界腐蝕電銲所發生的粒界腐蝕亦可稱為銲接衰弱亦可稱為銲接衰弱(welddecay)(welddecay)。20金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態 (4)(4)應力應力腐蝕腐蝕(StressCorrosion)(StressCorrosion):(a)(a)金屬局部金屬局部受應力而變形受應力而變形,不僅破壞其表面保護膜,且受,不僅破壞其表面保護膜,且受 力部份變成陽極而產生腐蝕
24、,稱為力部份變成陽極而產生腐蝕,稱為應力腐蝕應力腐蝕。(b)(b)金屬受內金屬受內(residual)(residual)應力應力或施加之外力或施加之外力(容許應力內容許應力內)情情 況下,若放置於況下,若放置於腐蝕環境腐蝕環境中,則會產生裂傷,稱為中,則會產生裂傷,稱為應力應力 腐蝕裂痕腐蝕裂痕(Stress-Corrosion-Cracking(Stress-Corrosion-Cracking,SCCSCC)。21金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態(5)(5)金屬離子濃淡金屬離子濃淡電池電池(MetalIonConcentrationCell)(MetalIonConcentration
25、Cell):同一金屬材料,局部同一金屬材料,局部離子密度不一離子密度不一而產生電位差。如水中轉而產生電位差。如水中轉盤邊緣較易生銹即是。盤邊緣較易生銹即是。22金金 屬屬 腐腐 蝕蝕 型型 態態(6)(6)間隙間隙腐蝕腐蝕(CreviceCorrosion,depositattack)(CreviceCorrosion,depositattack):(a)(a)因位置狹窄使電解液流通不順,因位置狹窄使電解液流通不順,氧氣缺乏氧氣缺乏而生而生(即同即同一金屬材料局部氧含量不一致而一金屬材料局部氧含量不一致而產產生電位差生電位差)。電解液含。電解液含 氯離子氯離子時更易發生。不銹鋼及鋁合金亦會發生
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