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海洋環(huán)境腐蝕及其影響因素，對船體材料在海洋環(huán)境中受到的主要腐蝕類型及其腐蝕機(jī)理，重點(diǎn)包括化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、空泡腐蝕及海洋生物腐蝕等方面。然后，通過對船用鋼在海水中腐蝕機(jī)理及耐蝕環(huán)境的分析，分別從耐蝕材料的選擇、表面改性技術(shù)的應(yīng)用、涂層保護(hù)材料的發(fā)展、陰極保護(hù)及防污涂料的應(yīng)用等影響方面，最后總結(jié)了主要的防護(hù)措施。
關(guān)鍵詞：船用鋼海洋環(huán)境腐蝕腐蝕防護(hù)防腐材料綜述
一、 船用鋼的用處和常用材料
船用鋼是指用于制造海船和內(nèi)河船舶船體結(jié)構(gòu)用的鋼，也是對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求最高的鋼板，通常為優(yōu)質(zhì)碳素鋼和優(yōu)質(zhì)低合金鋼。船用鋼要求有一定的強(qiáng)度、韌性和一定的耐低溫及耐腐蝕性能，并要求有較好的焊接性能。常用的船體結(jié)構(gòu)鋼有 GB712 規(guī)定的一般強(qiáng)度鋼（A、B、D、E 級）鋼板，高強(qiáng)度鋼（AH32、DH32、EH32、AH36、DH36、EH36級）鋼板；GB5312 規(guī)定的船舶用優(yōu)質(zhì)碳素鋼（C1O、C20）鋼管；GB9945 規(guī)定的造船用 A、B 級鋼球扁鋼等。造船用寬厚鋼板鋼種包括一般強(qiáng)度船板（A—E）、高強(qiáng)度船板（AH32—EH40）、超高強(qiáng)度船板鋼（AH42—FH69）、船用鍋爐板、造船及海洋平臺用 Z 向鋼板等。船板鋼生產(chǎn)主要技術(shù)由高碳單元素、低碳多元素、向微合金化和復(fù)合微合金化方向發(fā)展；由低強(qiáng)度級別向高強(qiáng)度級別、超高強(qiáng)度級別發(fā)展。目前，船板鋼的強(qiáng)度一般可達(dá) 450~980MPa。船用剛材是船用主要材料之一，在船舶建造中鋼材的實際費(fèi)用約占船舶造價的 20%左右。因此，降低船用鋼材的耗用量，無疑對提高造船經(jīng)濟(jì)效益有著舉足輕重的影響。
海水含鹽量一般在３％左右，是天然的強(qiáng)電解質(zhì)，金屬材料受到腐蝕后會影響海上裝備和工作設(shè)施的整體性能。美國第１艘核潛艇鸚鵡螺號，其非再生熱交換器所使用的0Cr18Ni9Ti不銹鋼管就曾于1960年出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕破裂事故。由于金屬材料的腐蝕行為隨其暴露條件的不同而不同，所以，一般根據(jù)海拔高度和海水深度將海洋環(huán)境腐蝕分為若干個腐蝕區(qū)，即海洋大氣區(qū)、海洋飛濺區(qū)、海水潮差區(qū)、海水全浸區(qū)（包括海水表層浸泡區(qū)及海水深海區(qū)）和海底泥土區(qū)。海洋大氣區(qū)位于海平面平均高潮線以上，常年不接觸海水。因為金屬表面沉降存有含鹽粒子，其中氯化物吸濕性強(qiáng)，易在表面形成濕膜，成為影響腐蝕的主要因素。除此之外，距離海面的高度、風(fēng)速、風(fēng)向、降露周期、雨量、溫度、太陽照射、塵埃、季節(jié)和污染等也影響著該區(qū)的腐蝕行為。海洋飛濺區(qū)位于海平面平均高潮線附近，海水飛濺可以噴到金屬表面，且漲潮時又不會被浸沒。該區(qū)含鹽粒子量大，浪花飛濺形成干濕交替，在海水氣泡沖擊破壞材料表面時，使腐蝕大大加快。該區(qū)的主要特點(diǎn)是處于干濕交替中，腐蝕反應(yīng)的陰極電流比在海水中還要大，其腐蝕速率也是各區(qū)中最快的。海水潮差區(qū)位于海水平均高潮線與低潮線之間，特點(diǎn)是漲潮時被淹沒，退潮時則暴露在空氣中，干濕交替變化明顯，使得腐蝕加劇。該區(qū)也存在海洋生物的附著，對于不銹鋼等易鈍化金屬來說，易形成閉塞電池型的局部腐蝕。海水全浸區(qū)是常年被海水浸泡的區(qū)域，表層區(qū)和深海區(qū)的海水溶氧量不一。表層區(qū)（水深＜20ｍ）的溶氧量趨近于飽和，生物活性高，水溫高，是該區(qū)中腐蝕最嚴(yán)重的地方。隨著海水深度的增加，溶氧量逐漸減少，腐蝕程度也逐漸減弱。
海底泥土區(qū)位于海底，由海水和海底沉積物組成。該區(qū)情況復(fù)雜，海水浸漬了海泥，金屬表面同時接觸海水和海泥；同時，該區(qū)還含有豐富的微生物，其活動產(chǎn)生較多腐蝕性氣體，如氨氣和硫化氫氣體，使腐蝕行為復(fù)雜化。
海洋環(huán)境是一個復(fù)雜的環(huán)境，除了上述提到的幾種影響海洋環(huán)境腐蝕的主要因素外，光照、海風(fēng)、塵埃和污染等因素也會對金屬材料在海洋環(huán)境下的腐蝕行為產(chǎn)生影響。要研究金屬材料的海洋環(huán)境腐蝕，必須對不同腐蝕區(qū)影響腐蝕的各個因素進(jìn)行分析研究，并結(jié)合不同的金屬材料與具體的環(huán)境特點(diǎn)，進(jìn)行綜合分析，得出腐蝕機(jī)理。
二、 船用鋼發(fā)生的常見腐蝕類型和原因
海洋是極為苛刻的腐蝕環(huán)境，海水中的氯離子可穿透金屬的氧化膜保護(hù)層，形成點(diǎn)蝕或坑蝕，使金屬出現(xiàn)晶間腐蝕。軍艦、海洋石油平臺、遠(yuǎn)洋船舶、跨海大橋等金屬結(jié)構(gòu)物如不采取有效的防護(hù)措施，在短短幾年內(nèi)就會因腐蝕而造成破壞。金屬腐蝕分為全面腐蝕和局部腐蝕，局部腐蝕只集中在金屬表面的局部位置，腐蝕破壞事故常在沒有征兆的情況下突然發(fā)生，對海洋工程結(jié)構(gòu)的破壞常常比全面腐蝕嚴(yán)重得多。局部腐蝕可以分為應(yīng)力腐蝕破裂、小孔腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、氫脆、細(xì)菌腐蝕等。
1、電偶腐蝕
大型海洋工程結(jié)構(gòu)普遍使用多種金屬材料，如鋼、銅、鈦合金、不銹鋼及鋁等，當(dāng)兩種不同電化學(xué)性質(zhì)的金屬與周圍海水構(gòu)成回路時，即造成負(fù)電位的金屬快速腐蝕溶解，這就是電偶腐蝕。它能誘導(dǎo)甚至加速應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、氫脆等的發(fā)生。由于海水是一種極好的電解質(zhì)，一些在大氣中腐蝕不明顯的設(shè)備在海水中很容易構(gòu)成電回路而產(chǎn)生電偶腐蝕。
異種材料在海水中的電位差是構(gòu)成電偶腐蝕的必要條件和推動力。兩偶對電位差越大， 說明電偶腐蝕的推動力越大。而在實際的腐蝕體系中，金屬電極的表面狀態(tài)、氧含量、含鹽量、溫度等不是穩(wěn)定不變的，故利用電偶序，即實際工況下測得的穩(wěn)定電位的相對大小，來判斷電偶腐蝕電池的陰、陽極極性和金屬腐蝕的傾向性大小更有實際意義。電偶腐蝕速度大小由電偶電流來衡量。電流密度與電位差ΔεＲ成正比，與（ＲＡ）ａ、（ＲＣ）ｃ、１σ之和成反比，由于海水電導(dǎo)率σ小故海洋環(huán)境下電偶腐蝕嚴(yán)重。此外，電偶腐蝕作為鋼鐵在海洋腐蝕中的一個重要腐蝕行為，從縱向上看，海－氣交換與海－泥交換界面區(qū)等不同環(huán)境中存在電偶腐蝕；從橫向上看，海底鋪設(shè)的長距離管線通過不同水質(zhì)的海水、沉積層及陸海交界處等不同環(huán)境中存在電偶腐蝕；焊接試樣母材、焊縫、熱影響區(qū)間由于自腐蝕電位的不同也會產(chǎn)生電偶腐蝕行為。
2、點(diǎn)腐蝕
所謂點(diǎn)蝕，就是由于鋼表面的腐蝕速率不均勻，腐蝕后的表面出現(xiàn)淺斑、船用鋼海水腐蝕與檢測研究點(diǎn)狀坑或是潰瘍狀腐蝕坑，習(xí)慣上就把這種腐蝕或形貌稱為鋼的點(diǎn)蝕，又稱孔蝕。點(diǎn)蝕的一般特征表現(xiàn)在，如果與海水接觸的碳鋼、低合金表面上，陽極、陰極的面積非常小，而這些微陽極和微陰極在表面上變幻不定地分布著，在這種情況下，鋼遭受的是均勻全面腐蝕。然而，鋼表面的組織結(jié)構(gòu)或狀態(tài)、海生物的污損等不同，都能使腐蝕的表面出現(xiàn)宏觀的陽極區(qū)和陰極區(qū)，從而引起鋼的腐蝕不均勻，即發(fā)生點(diǎn)蝕。例如，鋼中的硫化物夾雜的電位比鋼基體正，因此，鋼的坑蝕首先發(fā)生在硫化物周圍。而大型海生物（如牡蠣、藤壺等）的污損，會引起鋼表面的氫濃度差異，從而產(chǎn)生氧濃差電池腐蝕。對碳鋼、低合金鋼在海水中的點(diǎn)蝕發(fā)展機(jī)制，只有初步的研究，認(rèn)為它與易鈍化金屬的孔蝕相類似，形成一種閉塞電池，具有自催化效應(yīng)。這一機(jī)制符合腐蝕受氧擴(kuò)散控制的情況。鋼在海水中長期浸泡，由于生物和銹層的作用，點(diǎn)蝕發(fā)展的控制因素比較復(fù)雜。
3、縫隙腐蝕
縫隙腐蝕是兩個連接物之間的縫隙處發(fā)生的腐蝕，金屬和金屬間的連接（如鉚接、螺栓連接）縫隙、金屬和非金屬間的連接縫隙，以及金屬表面上的沉積物和金屬表面之間構(gòu)成的縫隙，都會出現(xiàn)這種局部腐蝕。縫隙腐蝕是由縫隙內(nèi)外介質(zhì)間物質(zhì)移動困難所引起的。為此，縫隙的寬度應(yīng)足夠狹小。它的發(fā)展也是一個閉塞區(qū)內(nèi)的自催化過程。例如處在海水等介質(zhì)中的鋼制零部件，在縫隙腐蝕的起始階段，縫隙內(nèi)外的金屬表面都發(fā)生以氧還原作為陰極反應(yīng)的腐蝕過程。由于縫隙內(nèi)的溶氧很快被消耗掉，而靠擴(kuò)散補(bǔ)充又十分困難，縫隙內(nèi)氧還原的陰極反應(yīng)逐漸停止，縫隙內(nèi)外建立了氧濃差電池。縫隙外大面積上進(jìn)行的氧還原陰極反應(yīng)，則促進(jìn)縫隙內(nèi)金屬陽極溶解。縫隙內(nèi)金屬溶解產(chǎn)生過剩的金屬陽離子(Me+),又使縫隙外的氯離子遷入縫隙內(nèi)以保持電平衡。隨之而發(fā)生的金屬離子水解，使縫隙內(nèi)酸度增高，又加速了金屬的陽極溶解
4、化學(xué)腐蝕
化學(xué)腐蝕是指材料同周圍的介質(zhì)發(fā)生直接的化學(xué)反應(yīng)，使參與反應(yīng)的金屬材料的狀態(tài)改變，導(dǎo)致金屬材料破壞。金屬材料在海洋環(huán)境中，其化學(xué)腐蝕主要受緊密附著的鈍化膜影響。對于非鈍性金屬來說，腐蝕在表面上進(jìn)行，表面生成一層腐蝕產(chǎn)物( 銹層) ，腐蝕穩(wěn)定態(tài)較快達(dá)到，環(huán)境因素變化對它的腐蝕性能影響較小。而鈍化能力較強(qiáng)的金屬，如不銹鋼、鋁合金等材料表面侵泡在大量鹵族元素離子存在的海水環(huán)境中時，通常會形成一層氧化膜，這個膜層的結(jié)構(gòu)特性由裸露合金的化學(xué)成分，材料內(nèi)部及表面微觀缺陷及海水中 p H、含氧量等因素決定，環(huán)境條件對其腐蝕速率影響較大。
5、電化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕是材料在潮濕氣體以及導(dǎo)電的液體中，由于電子流動而引起的腐蝕，是船舶在海洋環(huán)境中最主要的腐蝕類型。海水電化學(xué)腐蝕的陰極過程是氧的去極化過程:
O2+2H2O + 4e→4O－，其平衡電位 + 0. 75 V 左右。溶解氧的還原反應(yīng)在 Cu、Ag、Ni 等金屬上較易進(jìn)行，其次是 Fe、Cr，在Sn、Al、Zn 上過電位較大，反應(yīng)進(jìn)行困難。因此，Cu、Ag、Ni 只是在溶解氧量低的情況下才較穩(wěn)定，而當(dāng)海水流速大、供氧快時，腐蝕速度也相應(yīng)提高。另外，在含有大量 H2S 的缺氧海水中，也可能發(fā)生 H2S 的陰極去極化作用，Cu、Ni 是易受 H2S腐蝕的金屬，F(xiàn)e、Cu 等高價離子也可促進(jìn)陰極反應(yīng)。當(dāng)鋁等其它金屬表面上，因發(fā)生反應(yīng) Cu2 ++ 2e→Cu 而析出銅時，將成為有效的陰極，因此海水中如含有0. 1 × 10－6以上的 Cu2 +，就不能使用鋁合金。
6、空泡腐蝕
空泡腐蝕指流體高速流動，產(chǎn)生紊流，在流體內(nèi)負(fù)壓區(qū)產(chǎn)生的氣泡受到壓縮，并在高的內(nèi)壓下破裂，對周圍金屬產(chǎn)生連續(xù)激烈的錘擊，并與其它腐蝕共同作用導(dǎo)致管路損壞，即以空泡的機(jī)械破壞為主，其它腐蝕為輔的綜合腐蝕類型。目前大多數(shù)研究者認(rèn)為，空泡腐蝕引起破壞的起因是經(jīng)常存在的純力學(xué)因素，力學(xué)因素引起的材料的破壞是由于液體中空泡潰滅時形成的沖擊波和微射流的綜合作用所產(chǎn)生的巨大的反復(fù)沖擊壓強(qiáng)對材料造成強(qiáng)度破壞而形成的。雖然在空泡腐蝕過程中力學(xué)作用必然存在，但在腐蝕介質(zhì)中，電化學(xué)腐蝕可以對空泡腐蝕起重要作用，二者相互促進(jìn)，比單獨(dú)一種因素所起到的破壞作用大的多。
7、海洋生物腐蝕
海洋生物是生長在船體及海中一切設(shè)施表面的動物、植物和微生物的通稱，這些生物一般是有害的，它們給船舶和其他海洋設(shè)施帶來的危害是多方面的，其造成的損失也是難以計算的。按照海洋生物的種類，又可將海洋生物分為宏生物和微生物兩大類。
7. 1宏生物腐蝕
海洋宏生物主要包括藤壺、貝類、小型海藻、巨型海藻、海葵等，這些海洋宏生物附著在船體材料表面，不僅增加了船舶的航行阻力，造成航速降低，燃料消耗率增加，機(jī)械的磨損加大。而且，由于這些生物的附著，使金屬表面附近的p H值、氧濃度和代謝產(chǎn)物濃度等在空間上分布不均勻，從而造成氧差或濃度差異電池，改變和加快金屬被腐蝕的過程和速度。
7. 2 微生物腐蝕
海洋微生物腐蝕是指由微生物附著在涉海材料表面所引起或加速的腐蝕( MIC)，其腐蝕過程大致分為以下幾個步驟:微生物向材料表面運(yùn)動，微生物采用某種機(jī)制附著于材料表面，微生物在材料表面進(jìn)行新陳代謝及繁殖并釋放胞外聚合物形成菌落，舊的材料表面及菌落脫離并露出新的材料表面。目前，微生物能加速材料的腐蝕與分解的主要機(jī)理包括(1) 在材料表面形成微氧原電池; (2) 分泌的多聚物與金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng); (3) 促進(jìn)厭氧環(huán)境生成，使厭氧菌繁殖，導(dǎo)致材料的腐蝕; (4) 在材料表面產(chǎn)生氫氣加速材料的氫脆; (5) 產(chǎn)生微生物酶，分解吸氧反應(yīng)中的中間產(chǎn)物過氧化氫，使之在材料表面產(chǎn)生氧氣和水，從而改變材料表面氧濃度，加速腐蝕
三、 對船用鋼腐蝕的影響因素
海洋腐蝕問題十分復(fù)雜，不同海區(qū)的環(huán)境差異很大，同一海區(qū)不同的海拔高度和深度環(huán)境也不同。金屬材料的海洋環(huán)境腐蝕是海洋環(huán)境中諸多因素共同作用的結(jié)果。在海洋環(huán)境腐蝕的不同腐蝕區(qū)，影響金屬材料海洋環(huán)境腐蝕的因素也不盡相同。
3．1 濕度
在海洋大氣區(qū)、海洋飛濺區(qū)和海水潮差區(qū)，金屬材料表面持續(xù)或間歇暴露在空氣中，腐蝕會受到大氣濕度的影響。海洋大氣濕度大，海鹽吸濕性強(qiáng)，金屬材料表面覆蓋著一層腐蝕性水膜，強(qiáng)化了對其的腐蝕。金屬材料表面既可接觸到水膜所提供的腐蝕鹽溶液環(huán)境，又可直接與大氣中的氧接觸，符合電解質(zhì)中電化學(xué)腐蝕的規(guī)律。一般來說，海洋環(huán)境濕度越大，腐蝕越嚴(yán)重。
3．2 溫度
對于任何化學(xué)反應(yīng)，溫度是重要的影響因素，溫度不僅直接影響海洋環(huán)境中金屬材料腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行，而且也通過其他因素間接影響腐蝕。一般的化學(xué)反應(yīng)，溫度每升高１０℃，反應(yīng)速率會提高至２倍。不同海域和不同季節(jié)的溫度不同，腐蝕速率也不同；不同腐蝕區(qū)的溫度也隨著海拔高度和海水深度的變化而變化，海水到了一定深度后，溫度變化不明顯，不再是影響腐蝕的主要因素。
3．3 鹽度
海水的****特點(diǎn)就是含有海鹽，海洋大氣也是富有含鹽粒子的腐蝕性大氣，影響海洋腐蝕的最主要因素就是鹽度。在大氣環(huán)境下，鹽度用大氣含鹽量來衡量；在海水環(huán)境下，鹽度用鹽濃度來衡量。溶解于液態(tài)水的含鹽粒子使得液態(tài)水變?yōu)橛袕?qiáng)腐蝕性的強(qiáng)電解質(zhì)，影響腐蝕的核心成分是氯化鈉等氯化鹽中的氯離子。
3．4 沖擊
工作中的裝備和設(shè)施難免會受到各種各樣的作用力，除正常工作帶來的受力沖擊外，海洋環(huán)境還帶來了特有的環(huán)境沖擊。在海洋飛濺區(qū)，浪花飛濺形成的水泡在金屬材料表面破裂，水滴濺落在金屬表面會產(chǎn)生沖擊；在海水潮差區(qū)，海浪會對金屬產(chǎn)生沖擊。金屬材料表面受到的沖擊實質(zhì)上是外加載荷，在載荷足夠大的情況下，金屬材料表面的保護(hù)膜受到破壞，材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力增大，符合應(yīng)力腐蝕規(guī)律。
3. 5干濕交替
在海洋大氣區(qū)、海洋飛濺區(qū)和海水潮差區(qū)，金屬材料表面經(jīng)常處于干濕交替的變化過程，使得表面的鹽濃度較高，進(jìn)而影響腐蝕速率。干濕交替的產(chǎn)生有多種原因，金屬材料被海水浸沒或落上飛濺的海水液滴是使得表面濕潤的主要途徑，大氣濕度較大，得金屬材料表面形成覆蓋水膜也是表面濕潤的一個重要途徑；同時，由于海水中含有的氯化鹽吸濕性強(qiáng)，也使得金屬材料表面很容易處于濕潤狀態(tài)。暴露在太陽照射和海風(fēng)中，使得殘留的水膜蒸發(fā)，是金屬材料表面變干燥的主要途徑。
3. 6 含氧量
海水中的含氧量對于直接接觸海水環(huán)境的金屬材料的腐蝕行為有著重要影響，海水中氧的溶解度受海水溫度的影響，對一些鈍化金屬來說，含氧量越高，腐蝕速率越大。在近中性的海水中，通過含氧量在電化學(xué)腐蝕的主要陰極反應(yīng)中氧的去極化作用來控制腐蝕速率。流動的海水可以將氧輸送到陰極表面，持續(xù)的供氧可以保證為腐蝕反應(yīng)所用。如果氧的含量分布不均勻，則缺氧區(qū)會形成陽極，充氧區(qū)會形成陰極，從而形成氧濃度差電池，使陽極出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕；但是，對于不銹鋼和鋁合金等易鈍化的金屬材料，含氧量高會有助于形成表面鈍化膜，有助于減緩腐蝕。
3. 7 生物因素
生物因素主要包括微生物因素和海生附著生物因素。天然海水富含細(xì)菌等各類微生物，如硫酸鹽還原菌、產(chǎn)酸菌和產(chǎn)氨菌等，其新陳代謝使得ｐＨ值、含氧量、有機(jī)物和無機(jī)物種類發(fā)生變化，影響電化學(xué)反應(yīng)，從而影響腐蝕。不同微生物可能會相互作用，對腐蝕產(chǎn)生促進(jìn)、減緩或者中性的影響。藤壺、牡蠣等軟體動物和海藻、苔蘚等植物有可能會附著在金屬材料表面。石灰質(zhì)的藤壺和牡蠣等海生附著生物可以阻隔金屬表面與環(huán)境接觸，從而起到一定的保護(hù)作用；但阻隔不完全也會引起表面局部區(qū)域含氧量的變化，形成氧濃度差電池促進(jìn)局部腐蝕。生物死亡后的有機(jī)體被細(xì)菌分解后也會造成局部腐蝕。
海洋環(huán)境是一個復(fù)雜的環(huán)境，除了上述提到的幾種影響海洋環(huán)境腐蝕的主要因素外，光照、海風(fēng)、塵埃和污染等因素也會對金屬材料在海洋環(huán)境下的腐蝕行為產(chǎn)生影響。
四、 對船用鋼腐蝕的防護(hù)措施
現(xiàn)代船舶工業(yè)中，船體材料的防腐蝕措施是一項綜合的系統(tǒng)工程，主要包括耐蝕材料選擇，表面改性處理、涂 ( 鍍) 層保護(hù)、陰極保護(hù)等方面。
4.1 耐蝕材料
目前，制造船體常用的耐蝕材料主要有船體結(jié)構(gòu)鋼、鈦合金及鋁合金等。
船體結(jié)構(gòu)鋼是現(xiàn)代船舶建造中最主要、最重要、最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)材料，其性能優(yōu)劣直接影響到船舶的使用性能。近年來，美國、日本、法國等國家開發(fā)了一系列高強(qiáng)度船體結(jié)構(gòu)鋼，如美國研發(fā)的 HY80、HY100、HY130、HSLA80、HSLA100、ULCB，日本的 NS80、NS100，法國的HLES100，英國的ＲQT701 等等。我國從 20 世紀(jì) 60 年代開始，研究制備出了如921、922、923 鋼等一系列船體結(jié)構(gòu)鋼; 從 60 年代至 70 年代，自行研制錳系無鎳鉻 901、902、903 低合金船體結(jié)構(gòu)鋼鋼和低鎳鉻 903 等船體結(jié)構(gòu)鋼; 進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代后，又研發(fā)出 390MPa 級 907A 系列鋼、785 MPa級 980 系列鋼等的耐蝕船體結(jié)構(gòu)鋼; 目前，921、922、923 系列及其配套材料是我國最主要的船體結(jié)構(gòu)鋼，其基本性能類同于世界同強(qiáng)度級別船體結(jié)構(gòu)鋼水平。
鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性強(qiáng)、耐高低溫、透聲性好無磁性、可冷熱成形、焊接性能好等優(yōu)異性能，特別是在海水和酸性烴類化合物中具有優(yōu)異的耐蝕性，是海洋技術(shù)特別是含鹽環(huán)境優(yōu)選的材料。因此，被譽(yù)為 “海洋金屬”，是海洋工程最有前途的金屬材料。目前應(yīng)用較多的有，俄羅斯研制的 490、585、686、785 MPa等強(qiáng)度級別的船用鈦合金，美國的 Ti － 0. 3Mo － 0. 8Ni、Ti － 3Al － 2. 5V 和 Ti － 3Al － 8V －6Cr－ 4Mo － 4Zr 等 。
耐蝕鋁合金是鋁合金中的一種，用在船舶上代替鋼材可降低構(gòu)件重量 50% 以上，而且可以避免鋼板在使用期間的因銹損引起的船舶過早報廢，因此它是十分理想的船體材料。其在船舶材料領(lǐng)域的發(fā)展歷史也是較為悠久的早在 1891 年瑞士人就用鋁材制造了第一艘小船; 20 世紀(jì) 40 年代美國開發(fā)出可焊、耐蝕的 Al － Mg 系合金; 60 年代研發(fā)出屈服強(qiáng)度高、耐蝕性能良好的 Al － Mg － Si 系合金; 80 年代初，我國洛陽 725研究所研制出ZL115 型 Al － Si － Mg － Zn 系鋁合金，并于 1983年通過中船總公司鑒定，列入船標(biāo) CB884 － 83 和國標(biāo) GB1173－ 86; 90 年代后，我國西南鋁業(yè)集團(tuán)公司、中南大學(xué)等單位的一些學(xué)者，對低鎂低硅的 Al － Mg2 － Si3 合金進(jìn)行了研究，結(jié)果表明此類合金具有很好的耐蝕性和綜合性能; 近年來，鈧成為備受關(guān)注的一種新型鋁合金添加元素，據(jù)報道，鈧可以抑制再結(jié)晶和細(xì)化晶粒，從而提高鋁合金的耐蝕性能及抗疲勞性; 目前耐蝕鋁合金的發(fā)展主要是通過添加諸如鈧、錳、鉻、鋯、鈦等微量元素，控制加工及熱處理工藝，提高鋁合金的使用性能并簡化生產(chǎn)工藝。
4.2 表面改性
單純的耐蝕材料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)如今的需要，為了進(jìn)一步提高船體材料的耐蝕性及使用性，往往通過表面技術(shù)對其進(jìn)行表面形成陶瓷層、鎳基合金、鈦合金等耐蝕性良好的保護(hù)層，或者是向內(nèi)部滲入或擴(kuò)散碳、氮、硼、鉭等元素形成耐蝕層，提高材料的耐蝕性能。常見的表面改性技術(shù)有電鍍、化學(xué)鍍、熱擴(kuò)散、物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、離子注入、微弧氧化技術(shù)等等。其中，微弧氧化是一種在有色金屬 ( Al、Mg、Ti 等) 及其合金表面原位生成氧化物陶瓷層的新技術(shù)，該技術(shù)制備的膜層不僅結(jié)合力高、耐蝕性好，而且具有較高的硬度及耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，在船體材料表面改性中具有廣泛的應(yīng)用前景。除此之外，離子注入、氣相沉積，也是目前研究的熱點(diǎn)。
4.3 涂層保護(hù)
涂層保護(hù)是目前船體材料保護(hù)中最主要的措施之一，是在船體材料表面，噴、襯或涂上一層耐蝕性、阻隔性較好的物質(zhì)，使船體材料表面與腐蝕介質(zhì)隔離，從而達(dá)到防腐蝕的目的。
4.4 陰極保護(hù)
陰極保護(hù)是公認(rèn)的防治船體材料腐蝕的較為經(jīng)濟(jì)有效的方法，通常將其與表面改性及涂層保護(hù)技術(shù)聯(lián)合使用。按其方式，可分為犧牲陽極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法兩種。
4. 4.1犧牲陽極
犧牲陽極保護(hù)法是利用電化學(xué)原理，由活潑金屬 ( 鋅、鋁等) 在海水介質(zhì)中與被保護(hù)材料構(gòu)成電性連接，自身作為陽極被加速腐蝕，使被保護(hù)材料成為陰極而得到保護(hù)。常用的犧牲陽極材料主要有鋅基、鋁基和鎂基三種，其中鋁基由于電流容量大，價格便宜，故發(fā)展快，并已取代了鋅基陽極全面用于艦船的保護(hù)中。鎂基材料由于在使用中會產(chǎn)生大量的氫導(dǎo)致氫脆，近年來已逐漸被淘汰。
4. 4. 2 外加電流陰極保護(hù)
外加電流陰極保護(hù)法是通過外部直流電源來提供保護(hù)所需的電流，與犧牲陽極保護(hù)法相比，它的安裝較為復(fù)雜、初期投入成本較高，但陽極排流量大，可自動調(diào)節(jié)保護(hù)電流輸出，使船體電位恒定且使用壽命較長。值得注意的是，對于陰極保護(hù)系統(tǒng)，陰陽極的電化學(xué)行為受海水的深度、含氧量、p H、溫度、鹽度等多種因素的影響，****的陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)綜合考慮陽極電流容量、平均電流密度、極化性能等因素的影響。 4.5 防污涂料
防海生物的腐蝕通常被稱為防海生物污損，長期以來人們曾利用化學(xué)、物理 ( 磁場、電子) 、生物、機(jī)械等方法進(jìn)行防污，最常見的是涂覆防污涂料。早期人們使用的是有機(jī)錫防污涂料，但由于其具有危害海洋生物的副作用，國際海事組織會議通過決議于 2003 年 1 月 1 日起在全世界禁止使用有機(jī)錫涂料; 隨后釋放少量氧化亞銅的低毒無錫自拋光防污涂料成為主要的防污涂料; 但隨著人們對環(huán)保的要求越來越高，今年來低表面能防護(hù)涂料、仿生生物涂料、導(dǎo)電防污涂料等新型無毒防污涂料成為研究的重點(diǎn)。其中，導(dǎo)電涂膜電解海水防污技術(shù)是在船體涂布絕緣層后，以導(dǎo)電涂層為陽極、船體材料為陰極，通以微小電流時，會使海水電解，產(chǎn)生次氯酸鈉，以達(dá)到船體表面防止海洋生物附著的目的。該方法可與陰極保護(hù)法聯(lián)合起來使用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，是目前最為看好的防污方法。
綜上所述，船體材料在海洋環(huán)境中主要會受到化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、空泡腐蝕及海生物腐蝕，嚴(yán)重影響船舶的壽命及使用性能。目前制造船體的耐蝕材料主要有船體結(jié)構(gòu)鋼、鈦合金及耐蝕鋁合金，除采用表面改性技術(shù)增強(qiáng)其耐蝕性外，通常會在其表面噴涂保護(hù)層，并結(jié)合陰極保護(hù)方法對其進(jìn)行防腐蝕保護(hù)護(hù)。另外，對于防海生物污損的方法，已經(jīng)從原來的有機(jī)錫等有毒涂料，轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的低表面能、導(dǎo)電防污涂料等無毒涂料。 |
