鋁合金船未涂裝的空艙防腐處理

林 琳，劉正陽，劉進(jìn)波

（1.廣州船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，廣州 510250；2.中國人民解放軍91007 部隊(duì)，福安 355011）

1 前言

與傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料相比，鋁合金材料具有質(zhì)量輕、無磁性、良好的可加塑性和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。船舶選用鋁合金材料作為船體建造材料，可以大大減輕船舶自重，增加船的航速，減少船舶的燃油費(fèi)且穩(wěn)定性好，所以越來越多的高速船選用了鋁合金材料建造船體。但是，鋁合金船局部腐蝕相對明顯，尤其是未涂裝過的空艙，了解鋁合金的腐蝕原理，可以更好的進(jìn)行防腐治理。

2 腐蝕類型

2.1 均勻腐蝕

鋁合金在酸性介質(zhì)中會生成鋁鹽，在堿性介質(zhì)中會生成鋁酸鹽[1]。一般來說，鋁合金通常發(fā)生均勻腐蝕，此時(shí)金屬表面的氧化膜會發(fā)生大面積均勻溶解，即全面腐蝕。

2.2 點(diǎn)腐蝕

點(diǎn)腐蝕是指鋁合金表面的氧化膜出現(xiàn)了缺陷，導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)進(jìn)入鋁合金基體而引發(fā)的一種腐蝕，而氧化膜完好的地方基本沒有發(fā)生腐蝕或者腐蝕輕微，這種腐蝕形態(tài)就是點(diǎn)腐蝕。

點(diǎn)腐蝕在未涂裝的空艙中發(fā)現(xiàn)最多，最初點(diǎn)腐蝕會在鋁合金表面形成一層白色粉末的氧化物，慢慢的會加深腐蝕產(chǎn)生凹坑，最后腐蝕穿孔。

2.3 縫隙腐蝕

金屬表面上由于存在異物或結(jié)構(gòu)上的原因會造成縫隙，此種縫隙的存在，會使縫隙內(nèi)與腐蝕有關(guān)的物質(zhì)遷移困難，引起縫隙內(nèi)的金屬腐蝕，稱為縫隙腐蝕。

鋁合金縫隙腐蝕是由于鋁合金表面的沉積物、附著海生物以及存在搭接表面、縫隙等造成惡劣的腐蝕環(huán)境，從而加速縫隙內(nèi)部的腐蝕；縫隙腐蝕常見于金屬結(jié)構(gòu)鉚接、焊接、螺紋連接等部位，由于間隙腐蝕在工程結(jié)構(gòu)中是難于避免的，所以間隙腐蝕很難控制；絲狀腐蝕是縫隙腐蝕中的特殊情況，會發(fā)生在鋁合金涂裝缺陷處，若鋁合金的涂層存在缺陷，則該處鋁合金基體先出現(xiàn)點(diǎn)蝕，繼而向外擴(kuò)散形成電勢差，引起絲狀腐蝕，當(dāng)絲狀腐蝕發(fā)展到一定程度時(shí)，腐蝕產(chǎn)物就會向外堆積將涂層拱起，導(dǎo)致鋁合金涂層出現(xiàn)鼓包凸起使鋁合金涂層脫落。

2.4 電偶腐蝕

電偶腐蝕也是鋁合金的一種腐蝕形態(tài)。金屬表面的電化學(xué)反應(yīng)，需要三個(gè)必要條件：導(dǎo)電性的金屬、電解質(zhì)和外加電勢。在腐蝕的環(huán)境中，金屬和電解質(zhì)構(gòu)成了一個(gè)電池，形成了電化學(xué)反應(yīng)，電池中存在電位差，電荷在陽極和陰極之間流動(dòng)，從而引起了金屬表面的氧化和還原反應(yīng)[2]，當(dāng)鋁合金和其他船用金屬（鋼質(zhì)）在同一環(huán)境中接觸或者有介質(zhì)相連時(shí)，會存在電勢差并引起電流的流動(dòng)，從而導(dǎo)致鋁合金金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成電偶腐蝕。

2.5 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是拉應(yīng)力和特定腐蝕介質(zhì)共存時(shí)引起的腐蝕。應(yīng)力可以是外加的，也可以是金屬內(nèi)部的殘余應(yīng)力，后者可能產(chǎn)生于加工制造時(shí)的形變，也可能產(chǎn)生于淬火的劇烈溫度變化，還可能是內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變引起體積變化造成的。

3 腐蝕原因分析

通過對大量鋁合金船進(jìn)行的專項(xiàng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)鋁合金船空艙一般是未進(jìn)行涂裝處理的，大部分的空艙中都會有因腐蝕造成的白色狀粉末，尤其是空艙鋁板最為明顯，甚者艙內(nèi)各壁板上也存在腐蝕穿孔現(xiàn)象。究其原因，主要是空艙內(nèi)冷凝水較多，冷凝水在隔熱棉中變?yōu)樗嵝曰蛘邏A性，加速了艙壁板的腐蝕而出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。

3.1 腐蝕的主要特點(diǎn)

1）點(diǎn)蝕

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)鋁合金船空艙的鋁合金結(jié)構(gòu)都是裸露在空氣中的，僅靠自然氧化層進(jìn)行防護(hù)；在船體空艙的底部一般都會存在不同程度的積水，清除積水后會發(fā)現(xiàn)鋁合金板上有各種腐蝕坑點(diǎn)，深淺不一，有的甚至已經(jīng)穿孔；沒有積水的地方也會出現(xiàn)各種白色的粉末，用手摸會有明顯的坑點(diǎn)，打磨清潔之后能看到明顯的密集腐蝕坑點(diǎn)（見圖1）。

圖1 未涂裝空艙產(chǎn)生的點(diǎn)蝕

2）電偶腐蝕

電偶腐蝕也是鋁合金的一種腐蝕形態(tài)。由于相比較其他船用金屬，鋁合金金屬性活潑，如果其他船用金屬和鋁合金直接接觸或者介質(zhì)相連，都會導(dǎo)致鋁的電偶腐蝕。

3.2 腐蝕的原因分析

1）點(diǎn)蝕

在自然條件下，鋁合金表面會形成一道氧化膜，可以阻礙活性鋁表面和周圍介質(zhì)相接觸，但是氧化膜厚度僅為4 nm，多孔而不均勻且抗蝕性差，難以抵抗惡劣環(huán)境的腐蝕[3]。當(dāng)鋁合金船置于海中時(shí)，由于海水鹽分很高，濕度較大，艙室中往往會形成大量的冷凝水，加上船員對艙室的維護(hù)保養(yǎng)力度不夠，導(dǎo)致空艙中會聚集較多的積水，海水中的氯離子Cl-對氧化膜有缺陷的地方破壞作用強(qiáng)烈，從而形成點(diǎn)腐蝕，點(diǎn)腐蝕越來越嚴(yán)重就會導(dǎo)致鋁合金板穿孔，同時(shí)附著在鋁合金板上的防火隔熱材料也會出現(xiàn)腐蝕發(fā)霉的現(xiàn)象；另外，空艙管路接頭處滲漏，也會導(dǎo)致空艙積水產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕（見圖2）。

圖2 未涂裝空艙由于管路滲漏導(dǎo)致底部鋁板腐蝕

2）電偶腐蝕

往往因?yàn)榇先藛T或者維修人員的疏忽，導(dǎo)致螺絲或者各種金屬制品遺落在空艙或者船體鐵銹滴落在空艙中，導(dǎo)致了鋁合金和異種金屬之間的直接接觸產(chǎn)生電偶腐蝕。由于鋁合金材料較一般船用金屬材料活潑，因此在鋁合金船的管系附件上使用異種金屬材料，極易造成金屬電位差而導(dǎo)致腐蝕加快。

4 腐蝕的防護(hù)措施

相對傳統(tǒng)的鋼質(zhì)材料，鋁合金材料在國內(nèi)的發(fā)展時(shí)間較短，如何做好鋁合金未涂裝的防腐措施，也是近年來需要重視的難點(diǎn)之一。根據(jù)鋁合金的特性，采用的防腐措施不同，產(chǎn)生的效果也不同。根據(jù)鋁合金船未涂裝空艙腐蝕的類型，主要采取以下幾點(diǎn)防護(hù)措施：

4.1 注意空艙的清潔保養(yǎng)

根據(jù)船處在的環(huán)境來制定日常養(yǎng)護(hù)的措施。比如：在海洋環(huán)境中海水鹽分較高，空氣濕度較大，導(dǎo)致空艙中容易出現(xiàn)大量冷凝水，若能保持定期打掃清潔的制度，就不會在艙室內(nèi)聚集大量的冷凝水，發(fā)生點(diǎn)腐蝕會較少，且腐蝕會比較輕微，裝飾板或者防火材料也基本不會出現(xiàn)腐蝕發(fā)霉現(xiàn)象；對于空艙中的管路也要按時(shí)檢查，看看管路接口處是否有滴漏、滲漏、穿孔現(xiàn)象出現(xiàn)；定期排查各空艙中是否存在異種金屬或者各種腐蝕介質(zhì)，從源頭上進(jìn)行控制，以免產(chǎn)生電偶腐蝕。

4.2 選用高耐腐蝕材料

將耐腐蝕元素添加到鋁合金中，可以提高鋁合金的耐腐蝕性。通過向鋁中添加其他金屬元素，改變鋁合金的晶體結(jié)構(gòu)和性能，從而提高鋁合金的強(qiáng)度和耐蝕性，常見的合金元素包括銅、鋅、鎂、鋰等。

4.3 合理的結(jié)構(gòu)形式及焊接工藝

因?yàn)殇X合金會發(fā)生縫隙腐蝕，選用合理的焊接工藝可以避免縫隙的產(chǎn)生，正確的選用與鋁合金結(jié)構(gòu)相接觸的其它金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)形式等，都可以從源頭上降低腐蝕的發(fā)生；在艙內(nèi)易積水的艙底部位、所有縱、橫向非水密構(gòu)件及舷側(cè)、縱骨等，均開足夠的流水孔、通氣孔；與縱艙壁、縱桁相交的肋骨或肋板等橫向構(gòu)件，在船體板連接的最低部位也開流水孔、通氣孔，以保證由縱向橫向構(gòu)架所構(gòu)成的每一格間都能夠泄水并泄至艙底的最低位置；同時(shí)，承受交變載荷的結(jié)構(gòu)構(gòu)件焊接，采用雙面連續(xù)焊，以保證焊縫質(zhì)量，防止縫隙腐蝕。

4.4 采用有機(jī)涂層或原位鈍化

1）有機(jī)涂層

（1）合理的鋁材表面處理

通過機(jī)械拋光、噴砂或化學(xué)處理等方法，對鋁合金表面進(jìn)行處理，去除氧化層表面缺陷，降低點(diǎn)腐蝕發(fā)生的概率，從而提高鋁合金的耐腐蝕性能。由于鋁合金的韌性較低，機(jī)械拋光或者噴砂處理時(shí)，應(yīng)注意噴砂機(jī)壓力和磨料的選擇，不然容易破壞鋁合金基體；采用手工進(jìn)行打磨時(shí)，打磨太淺會造成表面粗糙度不夠，打磨太深就傷了鋁合金表面，所以處理表面母材時(shí)，一定要制定合適的方案和方法。

（2）選擇合適的涂層

需要結(jié)合使用環(huán)境進(jìn)行選擇，選擇具有良好耐海水腐蝕性能的涂層，同時(shí)具有優(yōu)良的物理性能和機(jī)械性能；在涂料中添加的活性顏料，不能與鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而加速鋁的腐蝕，也不能在水中水解形成堿性環(huán)境，避免鋁合金暴露在堿性環(huán)境中發(fā)生全面腐蝕。

鋁合金與涂層相結(jié)合，可以增強(qiáng)鋁合金的抗海水滲透性能，保護(hù)海水中的CL-不會侵入鋁合金氧化膜中引起點(diǎn)腐蝕。絕大多數(shù)有機(jī)涂層之所以有防腐作用，是因?yàn)樗麄冏韪袅虽X合金和腐蝕介質(zhì)的直接接觸，在中間形成了一層物理性阻擋層，為了讓涂層發(fā)揮最大的作用，一定要定期檢查涂層，保證涂層的完整性，才能讓整個(gè)防腐體系起到作用。

2）原位鈍化

主要是采用專用鈍化促進(jìn)劑涂擦鋁材表面，進(jìn)行鋁材表面原位化學(xué)鈍化處理，然后用化學(xué)轉(zhuǎn)化劑涂擦鋁材表面，使鋁材表面殘留的活性鋁氧化物轉(zhuǎn)化為惰性物質(zhì)，最后用封閉劑進(jìn)行鋁材表面的封閉處理，消除其表面的防腐蝕缺陷。

4.5 異種金屬絕緣隔離保護(hù)

船體是鋁合金，但大部分船用設(shè)備、管路系統(tǒng)等都是異種金屬，不同的金屬活潑性也不同，直接接觸或者通過介質(zhì)相連就會產(chǎn)生電偶腐蝕。預(yù)防電偶腐蝕的基本原則是：盡量選用同一種材質(zhì)，避免出現(xiàn)異種金屬相連；如果無法選用同一種材質(zhì)，則需要在異種金屬之間加一層物理阻擋層（比如橡膠）來避免發(fā)生電偶腐蝕。

4.6 犧牲陽極保護(hù)

一般選用鋁鎂新合金作為犧牲陽極的材料，其優(yōu)點(diǎn)是其電位穩(wěn)定，有很好的抗陽極鈍化性能，保護(hù)效果好，使用壽命長；鋅塊安裝也很重要，安裝鋅塊可以使用螺栓固定也可以使用焊接固定，安裝前在犧牲陽極背面涂一層油漆，防止陽極腐蝕脫落，安裝時(shí)應(yīng)保證鋅塊背面緊貼鋁合金，確保兩者之間有良好接觸與導(dǎo)電，同時(shí)保證安裝的陽極表面無油漆和污物。

5 腐蝕的處理對策

1）點(diǎn)腐蝕修復(fù)

若深度超過原始厚度50%的點(diǎn)蝕，應(yīng)該焊補(bǔ)并磨平；若腐蝕深度未超過原始厚度50%，可以用適合鋁材的修補(bǔ)劑進(jìn)行修補(bǔ)；若在一個(gè)肋距范圍內(nèi)，有三個(gè)以上的腐蝕點(diǎn)，其深度超過鋁板原始厚度的40%，則應(yīng)該挖補(bǔ)或割換。

2）局部腐蝕修復(fù)

局部腐蝕的界定、修復(fù)或換板要求等，應(yīng)該按技術(shù)要求來進(jìn)行修換。腐蝕修復(fù)之后，要及時(shí)的進(jìn)行防腐處理，保證防腐體系的完整性；要保證油漆、犧牲陽極及絕緣材料的品牌和規(guī)格與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，若確實(shí)需要更換其他品牌則盡可能保證其性能和化學(xué)成分一致。

對出現(xiàn)腐蝕的地方要進(jìn)行精準(zhǔn)修復(fù)，制定合適的防腐治理方案用來恢復(fù)完整的防腐體系，重點(diǎn)關(guān)注以下部位：犧牲陽極處是否連接正常、容易積水處是否有積水及構(gòu)件縫隙處是否有腐蝕，一旦發(fā)現(xiàn)問題馬上處理，恢復(fù)防腐體系的完整性，完工后還需要檢查是否有工具或者雜物遺留，做好清潔保養(yǎng)工作，檢查各管路系統(tǒng)是否有滴漏情況，保證管路正常。

6 結(jié)論

未涂裝的鋁合金空艙，需要船上的人員定期對各個(gè)空艙進(jìn)行清潔保養(yǎng)，檢查各個(gè)空艙的管路滴漏滲漏情況，這將耗費(fèi)大量的人力和物力。為此，可以對鋁合金未涂裝空艙進(jìn)行防腐治理，減少鋁合金空艙的腐蝕情況，同時(shí)也能節(jié)省大量人力與物力，相信未來的鋁合金船市場一定會越來越好。