鋁合金艦船防腐蝕技術及應用分析

龔禹開

華中科技大學 430074

鋁合金艦船防腐蝕技術及應用分析

龔禹開

華中科技大學 430074

鋁合金材料比重較小、強度較高，在國內(nèi)外民用船舶特別是快速運輸船上運用比較普遍。由于鋁合金活性強、耐海水腐蝕能力較差，與鋼質艦船相比，鋁合金艦船防腐蝕具有不同的技術特點。

一、船用鋁合金在海洋環(huán)境中的腐蝕特性

船用鋁屬于防銹硬鋁合金，其中Al-Mg系合金作為板材（包括管材）應用較普遍，其具有良好的拋光性能和耐蝕性能，美國標準的5000系合金（如5083、5383等牌號）、我國的LF2至LF12等牌號的合金就屬此類合金。型材應用較多是Al-Mg-Si系合金（如美國標準6061、6082牌號），屬可熱處理強化變形鋁合金，具良好的耐蝕性、韌性和擠壓加工性能。這兩類鋁合金都具有良好的可焊性。

鋁合金作為船體結構、設備和管系用材主要受兩類因素導致的腐蝕，一類是與海水的直接接觸或暴露在海洋大氣中，在海水和空氣直接作用下引起的腐蝕，按腐蝕形態(tài)可分為點蝕，縫隙腐蝕，晶間腐蝕，剝落腐蝕，以及腐蝕和局部應力共同作用引起的腐蝕疲勞。另一類是與異種金屬直接接觸引起的電偶腐蝕。

在海水或鹽霧環(huán)境中，對鋁材起主要腐蝕破壞作用的是氯離子。鋁材的表面與空氣中的氧能夠生成緊密而鈍化的三氧化二鋁，這層致密的保護膜隔絕了空氣，阻礙了繼續(xù)氧化，在海水或鹽霧環(huán)境中，這層氧化膜也能起到保護作用。但氯離子直徑很小，容易穿透氧化膜上的微孔，同時鋁材表面也不可避免地存在缺陷或局部破損，在氧的共同作用下極易發(fā)生點蝕且腐蝕發(fā)展速度很快，并容易向材料內(nèi)部縱深發(fā)展，形成放射性的穿透性破壞。縫隙腐蝕是由于腐蝕物存積，或結構上存在搭接表面和縫隙等造成局部沉積物，形成了惡劣的腐蝕環(huán)境，從而加速縫隙內(nèi)部的腐蝕。晶間腐蝕與鋁合金的晶間析出物有關。剝落腐蝕是鋁合金的一種特殊腐蝕形式，晶間腐蝕與材料內(nèi)應力協(xié)同作用使表面開裂或剝落。

艦船上不可避免地要應用到其它金屬材料的設備和管系。研究表明，在海水中不同金屬材料在距離150mm以內(nèi)均易發(fā)生電化腐蝕，5083、LF15等鋁合金電位較低，與銅類合金、碳鋼、不銹鋼、鈦合金等異種金屬直接連接形成電偶，在海水或潮濕鹽霧環(huán)境中腐蝕會進一步加速，并且在流動海水中的偶合加速腐蝕效應大于靜止海水。試驗結果還顯示，鋁合金與青銅、黃銅直接連接時，受到的電化腐蝕要比與鋼、不銹鋼、鈦等連接時更強烈。鋁合金還對游離的銅離子很敏感，會加快點蝕速度。

鋁合金艦船的腐蝕除與原材料固有的耐蝕性有關外，還與結構的合理性、防護措施有效性、航行海域以及平時的保養(yǎng)優(yōu)劣有關。

二、鋁合金艦船防腐蝕技術的選用

與鋼質艦船類似，鋁合金艦船的防腐仍然是采用多種手段綜合防護，但有其自身的技術特點。鋁合金艦船在研制和設計時，應根據(jù)其自身技術特點、使用方式和維護保養(yǎng)水平綜合考慮船體、內(nèi)艙、舾裝件、艙面設備、動力、電力和船舶輔助系統(tǒng)的防腐，不同部位選擇合理的防護方式。

1、水線以下船體及附件的防護

鋁質艦船主船體一般應采用防腐蝕涂層和陰極保護（犧牲陽極，外加電源）進行復合保護。在設計陰極保護系統(tǒng)時，要考慮不同艦船航速和在航率的因素。在船舶航行和停靠碼頭，以及防腐蝕涂層不同損傷和老化狀態(tài)的情況下，船體表面保護電位、電流密度分布和犧牲陽極消耗速度會有不同，不同航速時船體濕表面的電位分布變化也很大，應根據(jù)具體情況優(yōu)化設計犧牲陽極布置，增強船體防腐蝕措施的效果。

船舶推進裝置水下部分如軸系、螺旋槳或推進泵一般采用銅合金、不銹鋼、鈦或鈦合金制造。由于這些設備表面積大，局部水流場復雜，會對鋁質船體造成嚴重的腐蝕，合理的保護措施十分重要，尤其是要注意盡量不要選銅質螺旋槳。

2、內(nèi)艙、艙面及舾裝件的防護

船舶艙底不可避免地會存在著積水和雜物，并且艙底積存污水腐蝕性比普通海水要大得多，因此艙底是重防腐區(qū)。特別是鋁質戰(zhàn)斗艦艇機艙擁擠，設備、管系密集，不易清理，往往易積存掉落的鋼質、銅質螺母、螺釘甚至工具，加速船體底板的腐蝕穿孔。因此艙底一般都要采用涂料和犧牲陽極雙重保護，進行重防腐處理。內(nèi)艙的其它部分可采用裸鋁，但注意盡量不要破壞鋁材表面的氧化層。結構上注意設計導水孔，防止積水。焊接部位防止出現(xiàn)縫隙產(chǎn)生縫隙腐蝕。

水密門、艙口蓋、斜梯、通風頭、露天箱柜等舾裝件、露天設備基座應盡量采用與船體鋁合金相一致的材料制作，當用不銹鋼或其它材料制作時應與船體絕緣連接安裝。在艇主甲板以上的船體與上層建筑連接處、設備基座與船體連接處的縫隙，可采用環(huán)氧膠泥進行防水密封處理。

3、管系材料配套選擇與防護

艦船動力、電站和各種輔助系統(tǒng)的管系是防腐的另一個重點，腐蝕特點與管系中的介質和流速直接相關。鋁合金艦船的淡水系統(tǒng)、燃油、滑油系統(tǒng)可直接采用鋁合金管材。壓力要求比較高的液壓系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、1301滅火系統(tǒng)管系等可采用不銹鋼材質。要重點考慮的是海水管系的防腐。

海水管系的腐蝕成因主要包括海水對材料的化學腐蝕、沖刷腐蝕和不同材料連接形成的電偶腐蝕，防護措施應從這幾個方面進行考慮，如選擇合理的材料配套，設計合理的流速，同時采取適當?shù)姆雷o。管系防腐除考慮管材的腐蝕外，還要考慮各類泵、閥、接頭、墊片等的腐蝕問題。國內(nèi)沒有形成鋁合金艦船配套的管系配套體系，只能從為鋼質船舶配套的設備、材料中進行選擇，做適應性改進，并做好防護措施。

4、設備安裝異種金屬連接與防護

由于鋁質船舶要不可避免地要選用其它材質的設備和材料，如鋼、不銹鋼等。解決這種不同金屬的電偶腐蝕最簡單有效的辦法就是絕緣連接或隔離腐蝕介質或采用過度的復合材料。一般設備安排采用電絕緣組件進行異種金屬隔離，包括成套的螺栓、螺母、鋼墊片、電絕緣性能測量片、絕緣套管、絕緣墊片等。

三、鋁質艦船在施工和維護保養(yǎng)中應注意的防腐問題

鋁質船舶建造應按技術文件編制詳細的防腐防漏施工工藝并嚴格落實。施工建造和維護使用中除應遵循一般艦船應注意的事項外，鋁質艦船還應特別注意以下事項：

1、因鋁合金在機械加工后表面耐腐蝕性大大降低，建造過程中應盡一切可能防止因機械加工、堆置、移動等原因而軋制、劃傷鋁合金表面。

2、表面打磨不得使用鋼棉或鋼絲刷，及含有銅或汞的磨片。不能用噴銅丸的方式進行表面噴沙拉毛，最好用不銹鋼刷進行簡單拉毛。

3、杜絕因電焊、搭線等造成的船體異常腐蝕情況和異種金屬接觸腐蝕。

4、及時清除多余物。及時清除艙內(nèi)積水和掉落的其它金屬物。采取措施防止其它金屬焊接時焊渣掉落飛濺到鋁質結構上，如有飛濺應及時清除。

5、靠泊碼頭時應防止鋁質船體與碼頭鋼質或其它金屬構件直接接觸。

6、定期上排檢查涂裝和陰極保護系統(tǒng)完整性。除漆打磨不得使用鋼棉或鋼絲刷，最好用木制或塑料刮板。