海洋環(huán)境下艦船類液壓設(shè)備的防腐技術(shù)分析

王 曦

（海南大學 材料科學與工程學院，海南 海口570228）

21世紀屬于海洋世紀，而我國對于海洋資源的開發(fā)力度以及應(yīng)用力度也呈現(xiàn)出一種逐步提升的狀態(tài)，使得發(fā)展各類先進艦船成為了保護我國海洋資源開發(fā)合理性的主要保證。同時，由于液壓系統(tǒng)當中的固有功率重量比相對較大，容易進行回轉(zhuǎn)運動以及直線運動，再加上體積小以及結(jié)構(gòu)緊湊等特點，使得艦船類設(shè)備中經(jīng)常會采用液壓設(shè)備。然而，海洋中的工作環(huán)境與陸地上存在著極大的差異，而這部分艦船類設(shè)備有的完全浸泡在海水之中，有的處在海洋潮濕的環(huán)境當中進行工作，這就對液壓系統(tǒng)提出了更高的要求。因此，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計階段，必須要考慮到海洋環(huán)境的特殊性，以此保證設(shè)備可以安全穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。

1 艦船類液壓設(shè)備的基本概述

在當前的社會環(huán)境中，艦船類液壓設(shè)備已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，通常情況下，艦船類液壓設(shè)備主要由液壓缸、液壓馬達、液壓泵等部位構(gòu)成。其中的液壓缸，缸底通常都會與缸筒的一段部位進行焊接，而在另一端所采用的則是螺紋連接的方式，這樣有利于后續(xù)檢修維護工作的開展，同時，在缸筒的兩端還設(shè)置了必要的排油口以及出油口，活塞部位采用了支撐環(huán)，能夠有效降低活塞對于缸壁產(chǎn)生的影響。而液壓缸在實際使用過程中，很容易出現(xiàn)爬行或是泄露等不良問題，這就需要采用油石來對活塞桿部位進行優(yōu)化處理，如果發(fā)現(xiàn)活塞桿的損傷情況較為嚴重則要及時進行更換，并且排出缸內(nèi)存在的氣體，保證液壓缸能夠更加安全穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)；而液壓馬達在本質(zhì)上屬于整體檢查艦船類液壓設(shè)備的執(zhí)行元件，能夠?qū)⒁簤耗苡行мD(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，為各項工作的開展提供助力。通常情況下，液壓馬達可以進一步劃分為低速以及高速這兩種類型，高速液壓馬達具備功率高以及速度快等多種特征，但是在扭矩方面則比較小，很難滿足部分工程的基本負載需求，而低速液壓馬達無論是在排量還是體積方面都比較大，但其在轉(zhuǎn)速較低的狀態(tài)下有著極高的扭矩，可以直接對負載展開連接驅(qū)動；液壓泵則是艦船類液壓設(shè)備的核心部位，能夠提供必要的壓力油。同時，液壓泵工作過程當中所排出的油液體積就是其基本排量，并且具體排量的大小與液壓泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)之間還有極其緊密的聯(lián)系，通常情況下，液壓泵的主要類型為葉片泵、齒輪泵或螺桿泵，這就需要根據(jù)基本工作需求來選擇對應(yīng)的液壓泵，否則就會引發(fā)液壓泵過熱、噪聲較大或是壓力波動高等多種問題出現(xiàn)，影響到艦船類液壓設(shè)備的應(yīng)用效果。

2 艦船類液壓設(shè)備腐蝕危害以及防腐的意義

在當前的社會環(huán)境中，艦船類液壓設(shè)備正逐漸向著大流化、伺服比例控制以及高壓的方向不斷發(fā)展，并且大部分艦船類液壓設(shè)備，其一般都會處在高濕度、高溫度的環(huán)境之中，這也是導致艦船類液壓設(shè)備整體質(zhì)量不斷下降的關(guān)鍵所在，特別是具體的功能失效率，相對于陸地環(huán)境來說，甚至高出了10倍左右。而處在海洋環(huán)境時，液壓設(shè)備出現(xiàn)的最嚴重的問題就在于腐蝕現(xiàn)象，腐蝕甚至還會引發(fā)各類其他故障問題出現(xiàn)，液壓設(shè)備出現(xiàn)的腐蝕，以鹽霧腐蝕為主，而那些浸泡在海水當中的設(shè)備，所產(chǎn)生的則為海水腐蝕，其具體的腐蝕程度以及危害程度也并不相同。首先，在海洋中的鹽霧不斷滲入到油箱內(nèi)部時，油箱當中的液壓油就會出現(xiàn)乳化的問題，導致液壓設(shè)備在葉片以及柱塞等部位的表面上，出現(xiàn)較為嚴重的銹蝕現(xiàn)象，形成一種運行卡滯的狀態(tài)，同時，鹽霧還會在油箱內(nèi)壁部位形成鐵銹，部分鐵銹會脫落進入到液壓油當中，降低液壓系統(tǒng)整體油液的清潔程度，在提升元器件磨損程度的同時，還會影響到設(shè)備的使用壽命，嚴重情況下還會使得整體系統(tǒng)無法運轉(zhuǎn)；其次，艦船類液壓設(shè)備當中的元器件，在表面部位也很容易受到鹽霧的侵蝕，進一步形成銹蝕層，這種銹蝕層會在降低殼體承壓能力的同時，對結(jié)構(gòu)件以及堅固件產(chǎn)生影響，產(chǎn)生噪聲或是振動等問題，嚴重情況下甚至還會直接破壞設(shè)備；最后，如果檢查迅雷液壓設(shè)備內(nèi)部各個附件受到腐蝕，則會產(chǎn)生報警系統(tǒng)失靈或是工作精度降低等問題，特別是電氣產(chǎn)品，受到腐蝕帶來的影響還會產(chǎn)生接觸不良或是短路的問題，并且海水的腐蝕速度相對較快，在腐蝕較為嚴重的情況下，還會形成穿孔，造成海水內(nèi)泄液壓油的問題出現(xiàn)，如果不能在第一時間發(fā)現(xiàn)，液壓設(shè)備則很容易整體報廢。除此之外，艦船類液壓設(shè)備所產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象，除卻會加大維護維修成本、降低使用壽命以及經(jīng)濟損失嚴重等問題之外，最大的問題就在于會對艦船的任務(wù)執(zhí)行帶來不良影響，還會由于設(shè)備所產(chǎn)生的事故而對船員的生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生威脅。因此，這就需要深入研究艦船類液壓設(shè)備的防腐性能，避免液壓設(shè)備直接失效，提升其基本的安全性以及可靠性[1]。

3 海洋環(huán)境腐蝕的特殊性以及對液壓設(shè)備的要求

由于海洋環(huán)境較為顯著的特殊性，其對于鋼鐵等金屬物質(zhì)來說有著極強的腐蝕性，而鹽霧腐蝕的主要特征就是大氣當中蘊含著較多的水分以及鹽分，并且在風的作用下，還會在金屬的表面部位產(chǎn)生一種沉積現(xiàn)象，其腐蝕的具體機理在本質(zhì)上就是一種薄液膜電解質(zhì)下的腐蝕。舉例說明，氯化鎂以及氯化鈣等海鹽粒子，其自身都具備著極強的吸濕性，很容易就會在液壓設(shè)備的表面部位形成一種液膜，在特定的濕度以及溫度條件下，就會通過鍍層、漆膜或是其他材料中存在的微孔而逐漸滲入到材料內(nèi)部，引發(fā)材料腐蝕或是材料老化等問題的出現(xiàn)。而在海洋環(huán)境中，其整體溫度、濕度以及鹽度比較高，相對于內(nèi)陸環(huán)境氣候來說，其整體腐蝕速率相對較高，而其中所產(chǎn)生的海水腐蝕問題就是由于艦船類液壓設(shè)備長期處在海水當中，即便并沒有浸泡在海水中，液壓設(shè)備也會受到海水的不斷沖刷，并且在干濕交替的環(huán)境氛圍中，也會使得腐蝕問題不斷加劇，產(chǎn)生一種陰極氧還原反應(yīng)，海浪所帶來的沖擊也會破壞表面所出現(xiàn)的腐蝕產(chǎn)物，很難形成擁有著保護作用的產(chǎn)物膜，尤其是在干濕交替的作用下，這一區(qū)域表面會沉積較高的鹽濃度。而海洋環(huán)境的特殊性，不僅體現(xiàn)在潮濕的環(huán)境當中，還在各類生物的生長、繁殖方面有所體現(xiàn)，各類生物附著在液壓設(shè)備當中，就必然會對其使用壽命產(chǎn)生影響，因此，在海洋環(huán)境中，艦船類液壓設(shè)備必須要具備以下幾點特征，才可以降低腐蝕現(xiàn)象。首先，元器件的表面部位必須為金屬材質(zhì)，并且外部暴露的部位中還要進行特殊的防腐蝕處理，而冷區(qū)器以及油箱等部位，由于無法進行表面防護，就要選擇耐腐蝕材料進行制造加工；其次，針對開放式油箱系統(tǒng)，則要防止海洋中的水分滲入其中，這就需要在設(shè)計過程中，采取油水分離報警裝置等設(shè)備，以此來避免在油箱內(nèi)部產(chǎn)生乳化反應(yīng)；最后，電機以及各種電控元件，要避免暴露在空氣當中，防止其出現(xiàn)短路或是斷路等嚴重問題[2]。

4 海洋環(huán)境下艦船類液壓設(shè)備的防腐技術(shù)

艦船類液壓設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕問題，盡管其大多出現(xiàn)在液壓設(shè)備的使用階段當中，但引發(fā)腐蝕現(xiàn)象的真正原因在于設(shè)計過程中。舉例說明，如果艦船類液壓設(shè)備在材料選擇以及材料使用方面不夠合理，出現(xiàn)表面涂層破裂、沒有預留腐蝕余量以及排水設(shè)計不夠完善等，都會導致液壓設(shè)備的事故問題，甚至還會直接失去使用效果。而在大量的實踐中可以看出，艦船類液壓設(shè)備的大部分腐蝕問題，都可以通過科學設(shè)計的方式進行避免。

4.1 液壓元器件的防腐控制

在艦船類液壓設(shè)備當中，其內(nèi)部的元器件數(shù)量相對較多，比如馬達以及油缸等，這部分元器件為了滿足強度方面的標準需求，很難采用那些具備著耐腐蝕性的材料，這就需要對元器件實施腐蝕防護措施，主要為以下幾種類型，分別是隔離措施、改善環(huán)境以及陰極保護等，這些措施不僅可以單獨進行使用，也可以有效結(jié)合在一起使用，而這種聯(lián)合使用的方式所起到的效果更佳。針對液壓閥件、液壓泵以及馬達，生產(chǎn)廠家通常都會采取殼體表面的發(fā)黑處理、磷化處理或是普通油漆的處理措施，但這些方式都很難滿足海洋環(huán)境中的基本需求，這時就應(yīng)當采用聚氨酯面漆以及環(huán)氧樹脂類底漆結(jié)合在一起所形成的有機防護涂層，這種涂層擁有著十分強大的耐酸性、耐堿性以及耐鹽腐蝕性，并且這種涂層還擁有著良好的附著力、力學性能以及電絕緣性等優(yōu)點。而在采用有機涂層之前，必須要及時對元器件的表面部位展開徹底的除銹處理，確保涂抹層能夠發(fā)揮出原本的防腐性能以及附著力，同時，為了保證涂抹層可以長期保持優(yōu)異的防腐性能，則要控制好涂膜的厚度，如果其小于防腐蝕涂抹層的基本臨界厚度，所產(chǎn)生的防腐蝕效果則相對較差，只有在厚度高于250μm以上時，才能夠保證其具備著良好的防腐蝕性。而目前應(yīng)用較為廣泛的防腐技術(shù)當中，大多為不銹鋼鍍硬鉻、堆焊不銹鋼、工程陶瓷涂層活塞桿鍍鉻以及粉末焊接涂層等，而工程陶瓷涂層活塞桿以及粉末焊接涂層等技術(shù)，由于使用成本相對較低，并且不會產(chǎn)生硬鉻脫落的問題，成為了海洋工程中的關(guān)鍵技術(shù)手段，通過熱噴涂陶瓷涂層技術(shù)，能夠確保噴鍍層材料的化學穩(wěn)定性，利用高溫來對主要材料進行融化，并利用等離子噴涂以及超音速火焰噴涂等方式來確保鍍層的致密性以及結(jié)合性，而在鹽霧試驗以及工程調(diào)查結(jié)果當中可以看出，陶瓷涂層的防腐蝕性能要明顯高于其他種類的金屬鍍層，而我國當前的陶瓷噴涂技術(shù)，已經(jīng)進入到了世界先列的水平當中，這是由于陶瓷材料自身具備著較強的耐腐蝕性以及耐磨性，使其在海洋環(huán)境的艦船類液壓系統(tǒng)當中，得到了十分廣泛的應(yīng)用[3]。

4.2 機架等結(jié)構(gòu)件的防腐設(shè)計

在液壓設(shè)備機架的選材方面，應(yīng)當深入考慮到其整體實用性。通常情況下，機架所采用的都是較為普遍的碳鋼材料，利用聚氨酯面漆與環(huán)氧樹脂類底漆所構(gòu)成的有機涂層防護體系，而在涂層進行涂覆處理之前，還應(yīng)當采取噴丸工藝以及噴砂工藝來提升涂層基本的附著力，避免涂層產(chǎn)生成塊脫落或是防腐失效的問題。同時，為了降低液壓設(shè)備機架所產(chǎn)生的腐蝕損害，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計階段中還要重點考慮以下幾方面內(nèi)容：首先，在基本的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計方面應(yīng)當遵循基本的簡單、合理原則，盡量消除其中存在的死角，在部分浪花飛濺區(qū)域當中，就必須要重點考慮到排液孔等其他措施，避免大量的殘存水分或是腐蝕物質(zhì)不斷累積，形成一種積存的現(xiàn)象，同時，必須要根據(jù)所用設(shè)備的基本使用年限當中的應(yīng)力變化值、環(huán)境溫差值等因素所產(chǎn)生的變化，進行針對性的防腐設(shè)計；其次，為了降低電偶腐蝕問題的發(fā)生幾率，則要避免直接與異形金屬進行接觸。如果處在特殊的環(huán)境當中，必須要進行接觸時，就要在連接部位采用具備絕緣性質(zhì)的材料；最后則要避免出現(xiàn)間隙腐蝕等問題，在法蘭連接部位或是螺栓連接等部位，其很容易就會出現(xiàn)縫隙，這就需要在設(shè)計階段盡量消除機架構(gòu)件中存在的縫隙，無法消除時則要在裝配階段采用必要的密封劑以及緩蝕劑等，通過這種方式來強化艦船類液壓設(shè)備機架等結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低腐蝕問題所產(chǎn)生的危害，以此來確保艦船類液壓設(shè)備的安全性，全面提升液壓設(shè)備的基本工作效率以及工作質(zhì)量[4]。

4.3 油箱的防腐設(shè)計

在艦船類液壓設(shè)備當中，其內(nèi)部的液壓箱所采用的大多為開放式設(shè)計，簡單來說，由于油箱的開放式設(shè)計模式，其就會與大氣環(huán)境連通，而在海洋環(huán)境當中，大氣存在著較多的水分，這就是使得這部分蘊含著水分的空氣進入到油箱當中，不僅會加劇油箱內(nèi)部的腐蝕現(xiàn)象，液壓油遇水后也會出現(xiàn)乳化變質(zhì)，降低油液的基本清潔度。因此，在油箱的防腐設(shè)計當中，就要著重考慮以下幾方面內(nèi)容：首先，在對油箱配件進行生產(chǎn)設(shè)計時，應(yīng)當采用必要的空氣濾清器，要確保所選擇的空氣濾清器擁有著優(yōu)異的吸濕功能，還要對干燥吸附劑展開定期的更換，穩(wěn)定控制好油液的具體含水量。同時，油箱的底部則要采用油水分離報警裝置，在海水進入到液壓油液當中，出現(xiàn)油水分層問題時就要進行報警，并鎖定對應(yīng)的啟動程序，避免設(shè)備產(chǎn)生范圍較大的腐蝕損害問題；其次，油箱內(nèi)壁不應(yīng)當采取涂層處理的方式，因此，艦船類液壓油箱當中，必須要選擇不銹鋼材料，而當前在油箱制作中應(yīng)用較為廣泛的不銹鋼材料，主要為奧氏體不銹鋼，比如316L以及304等，如果在具體的成本因素不夠明顯的條件下，還應(yīng)當考慮采用超級不銹鋼或是雙相不銹鋼2205，相對于奧氏體不銹鋼來說，其擁有著更加優(yōu)異的力學性能以及抗腐蝕能力，并且雙相不銹鋼2205以及超級不銹鋼在海洋環(huán)境或是鹵化物酸當中，抗腐蝕能力也高于其他類型的不銹鋼；最后，在油箱配置相應(yīng)海水冷卻器的過程中，海水冷卻器內(nèi)部的主要管材，應(yīng)當選擇BFe30-1-1或是BFe10-1-1鎳銅管。同時，由于冷卻器管道會直接與海水進行接觸，這就需要采取必要的陰極保護措施，常用的方式為外加電流陰極保護以及犧牲陽極這兩種方式。而一般情況下，都會采用鋅合金以及鋁合金等材料，將其當做需要犧牲的陽極材料，這種犧牲陽極的方式在本質(zhì)上就是利用電偶腐蝕原理，在犧牲陽極的同時，對陰極展開全方位的保護，而其中最重要的，就是要詳細計算出犧牲陽極材料的具體使用壽命，通過精確的計算來確定好材料的使用量，并在第一時間更換性質(zhì)相同的陽極材料，保證陽極材料在實施保護的過程中，能夠處于一種持續(xù)不斷的溶解狀態(tài)當中，并提供必要的陰極保護電流，在最大程度上抑制金屬腐蝕問題。而鎳銅管在犧牲陽極材料的保護中的使用壽命大約在11年，但在實際使用過程中，只需要6年左右的時間，鎳銅管就會因為海洋環(huán)境的強大腐蝕力，產(chǎn)生較為嚴重的損壞現(xiàn)象。為了降低薄弱部位所產(chǎn)生的不定時損壞，就要加大薄弱部位的管徑以及壁厚，并定期進行管路更換，以此來保證整體質(zhì)量[5]。

4.4 其他液壓附件的防腐方式

在艦船類液壓設(shè)備中，比如法蘭、管路以及接頭等附件，應(yīng)當采取不銹鋼材料，而為了避免產(chǎn)生不銹鋼材質(zhì)咬死的現(xiàn)象，通常都會將螺母材料或是接頭體的其中一種作為鍍鋅碳鋼材料，而后采取聚氨酯面漆與環(huán)氧樹脂類底漆融合的方式進行涂覆，在根本上提升其他液壓附件的防腐能力。

5 結(jié)束語

艦船類液壓設(shè)備，其具體的防腐技術(shù)屬于一種相對較為復雜的技術(shù)，其不僅與設(shè)備材料、裝配質(zhì)量以及加工方面相關(guān)，還與安裝使用、維護管理以及系統(tǒng)設(shè)計有著十分緊密的聯(lián)系。然而，想要徹底消除腐蝕問題所產(chǎn)生的危害是不現(xiàn)實的，因此，就需要深入探究全新的艦船類液壓設(shè)備防腐措施，并在液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程中采取多樣化的技術(shù)手段，從而大幅度降低腐蝕問題的危害性，為艦船類液壓設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)奠定堅實基礎(chǔ)。