船体腐蚀规律与防腐蚀对策

摘要：针对各种复杂因素导致船体结构遭遇腐蚀的问题，为了从源头上维持设备的品质，防止船体腐蚀，以延长船的使用寿命。本文首先论述了船体腐蚀的规律，紧接着论述了几种船体结构除锈的方法，最后给出了船体结构维护防腐蚀的常用的几种方法，希望对相关人士能够有所帮助。关键词：船体结构、腐蚀规律、防腐对策

中图分类号： R185 文献标识码： A一、前言腐蚀是船体结构的主要损伤表现形式之一，腐蚀能直接导致船体结构的失效。为保证船体在运行时的安全性以及增长船体的使用年限，就必须首先要了解船体的腐蚀规律，然后在做好船体的防腐工作。只有这样，才能在延长船体使用年限的同时确保船体上的工作人员的生命财产安全。

二、船体的腐蚀分析 腐蚀是生物、物理以及化学过程互相综合作用的结果。船体的腐蚀不仅会严重影响船体的使用寿命，而且长久的侵蚀容易引起船体变薄而穿孔，增加水流阻力，严重影响船上工作人员的生命安全。 水在船体内壁产生一层亲水膜层，形成原电池腐蚀条件，在产生电化学腐蚀的同时，水中含有不同程度的二氧化碳、氧、其他腐蚀性化合物或各类微生物和船体起作用引起化学腐蚀、微生物腐蚀。由此可知，船体的腐蚀根据其产生腐蚀的性质可大致划分为化学腐蚀、电化学腐蚀和细菌作用的腐蚀等三种腐蚀。 1、电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属和电解质组成原电池所发生的电解过程。由于船体各类管材表面粗糙度较大，使部分金属电离带正电的金属离子离开船体表面转移到周围的水中去，在电离作用的船体上电子越来越过剩，而船体剩余部分金属不易电离相对电位为正，在这部分金属之间的电子有得有失，从而发生了氧化还原反应。腐蚀电流从船体表面得到电子的阴极区流向失去电子的阳极区，再从阳极流离管道经水质又回到阴极，形成电流回路。在作为电介质溶液的水中发生离子迁移，在阳极区带正电的金属离子与水中带负电的阴离子发生电化学作用，使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀，令到船体表面出现凹凸以致穿孔。可见，电化学腐蚀在船体腐蚀中是起主导作用的腐蚀方式。 2、化学腐蚀 化学腐蚀是金属直接和介质接触发生化学作用而引起金属的溶解过程。船体表面的化学腐蚀是全面性的腐蚀，在其作用下船体管壁厚度均匀减薄，所以从船体受到穿孔破坏的角度看，化学腐蚀对船体的危害不大，其在船体腐蚀过程中的作用不太明显。 3、微生物作用的腐蚀 微生物作用的腐蚀是船体由于内外环境的影响，使水中或船体内的细菌与船体的生化作用，从而腐蚀船体的过程。微生物作用的腐蚀分为船体内的腐蚀和船体外的腐蚀。由于原水中存在铁细菌和硫酸盐还原菌，前者是船体腐蚀中非常有害的细菌，会造成船体内部絮凝；后者在船体内部的金属厌气腐蚀过程中，会加剧电化学腐蚀和还原的硫化氢与铁作用的腐蚀。水中存在的厌氧硫酸盐还原菌能将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，使水中氨离子浓度增加，大大加速了船体的腐蚀过程。

三、船体结构的腐蚀模型1、Guedes Soares模型G.Soares提出了一套非线性化的模型，其用于表达腐蚀增长，并将整个腐蚀进程划分成三个时期：首先是腐蚀防护系统尚且能发挥效用，还没见到腐蚀情况发生，这时的船体结构变化浮动在5a～10a，还有一种可能是1.5a～5.5a；第二个时期便出现了腐蚀防护产生漏洞后，因腐蚀，板厚就变得萎缩；最后的时期是腐蚀走向了完结，当然腐蚀的进度也接近于零。2、 Paik模型Paik提出了另外一个类别的船体结构腐蚀模型，这主要从腐蚀深度、使用时间和腐蚀保护层的寿命来判断，用公式表示成d（t）=A（t-T）^B，腐蚀深度需伴随结构应用时间、腐蚀防护层的性能寿命等发生变化。通常意义上讲，腐蚀防护层若达到或低于5年，则便是比较严重的腐蚀环境；10年则是较为完美的腐蚀环境。

四、船体钢结构除锈 除锈工艺是钢结构防腐蚀的前提与保证，常用的表面处理方法有： 1、手工处理 用手工可以除去工件表面的氧化皮和锈迹，但手工处理清理不彻底,质量差,生产效率低。 2、化学处理 主要是利用碱性或酸性溶液，使工件表面的油污及氧化物溶解在碱性或酸性的溶液中，以达到去除工件表面氧化皮、锈迹及油污的目的。但若时间控制不当，即使加缓蚀剂，也能使钢材产生过蚀现象。对于较复杂的结构件和有孔的零件，若处理不当，浸入孔穴或缝隙中的余酸难以彻底清除，将成为隐患，因此化学处理适用于对薄板件清理。且化学物质易挥发，成本高，若化学排放处理不当，会对环境造成严重的污染。随着人们环保意识的提高，这处理方法正被机械处理法取代。 3、机械处理法 主要包括喷丸法和抛丸法。喷丸又分为喷丸和喷砂。用喷丸进行表面处理，打击力大，清理效果明显。但喷丸容易使薄板工件变形，且无法彻底清除油污。清理效果最佳的还应是喷砂，适用于工件表面要求较高的清理。抛丸法清理是利用离心力将弹丸加速，抛射至工件进行除锈清理的方法。H型钢构件焊接完成后进入抛丸除锈封闭空间，可以对钢构件表面的中锈以下程度的表面进行抛丸除锈，抛丸除锈工艺除具有除锈作用以外，还可以消除H型钢构件焊接完成以后产生的残余应力，改善钢构件施加荷载后的受力状态。采用抛丸除锈设备，与采用传统的手工除锈、喷砂除锈相比，具有抗腐蚀年限更长、改善构件应力状态的特点。但抛丸受场地限制，在工件内表面易产生清理不到的死角，设备结构复杂，叶片等零件磨损快，一次性投入费用高。

五、船海水管系防腐

船海水管系腐蚀的防护是个非常复杂的问题，从影响船海水管系腐蚀原因中可以看出，船海水管系的腐蚀，是诸多因素叠加的结果，消除一个腐蚀原因，只能部分地改善船海水管系的腐蚀，不能完全解决船海水管系的腐蚀问题。所以，船海水管系的防腐是个综合性的问题，大致要综合考虑以下几项内容： 1、采用金属或非金属覆层保护 钢镀锌可明显提高其在流动海水中的耐蚀性。但镀锌层厚度应视船体的构件不同区别选用。船体弯管处应为直管处镀锌层厚度的1.4倍，船体分支管处应为直管段的2倍。 2、电化学保护 1、阴极保护 采用外加电流阴极保护，将船体与外加直流电源的负极相连，管路本身作为阴极，在阴极电流极化作用下，船体产生部分气泡，这与管路中的气泡方向相反，相互抵消，使气蚀及空泡腐蚀大大改善，并且又降低了电化学腐蚀。 2、电解防腐法 船上，在海底门处将铁电极安装在冷却水取水口，直接电解产生Fe2+进行管道防腐。此方法效果较明显，而且管理起来也方便。 60年代初，日本学者发现Fe2+对铜合金管系的防腐有明显的效果，开始采用向冷却管系注入FeSO4浓溶液的方法来对船舶管系进行防腐，其投入浓度为1ppm/day进行连续保护。由于断续保护注入的FeSO4量过大，一旦排到海港便造成了污染，因此研制了低浓度连续保护试验装置，根据“安藤天办”电站海水管系中进行的试验，得到以下结果：在相同的保护浓度下，连续保护的效果高于断续保护；同时，保护的时间越长，效果越好。在以50ppb浓度的保护下，保护1000小时，断续保护时，铜管腐蚀率为0.063毫米/每年，而连续保护的铜管腐蚀率为0.03毫米/年。 除了电解槽形式外，还有将铁电极安装在冷却水取水口直接电解产生Fe2+进行船体管道防腐的方法，其中比较早的装置有日本MGPS的CAPRON装置以及Pavli Bergs公司的Biro装置。 从上面分析可以看出电解防腐法相对阴极保护法，其优点是效果明显，同时不需要在船体管子上开孔安装电极，在整个船体管子上都能起到保护的作用。

六、船体钢结构防腐蚀 1、采用抗腐蚀的耐候钢。一般含有磷、铜、镍、铬、钛等成分，使金属表面形成保护层，耐腐蚀性能优于一般结构用钢的钢材称为耐候钢，其低温冲击韧性也比一般的钢材好。 2、长效防腐蚀。金属保护层是用具有阳极或阴极保护作用的金属或合金，通过电镀、热镀、喷镀、化学镀和渗镀等方法，在金属表面上形成金属保护层来隔离金属与介质的接触，或利用电化学作用对金属加以保护，防止腐蚀。主要有热浸锌、热喷铝（锌）复合涂层两种方法。 3、化学保护层法，是用化学或电化学的方法，使金属表面生成具有耐腐蚀性能的薄膜，以隔离金属与腐蚀介质接触，如钢铁的钝化和磷化处理。 4、普通涂层法，是用涂料、塑料或搪瓷等材料，通过涂刷、喷涂等方法，在金属表面形成非金属保护膜，使金属与腐蚀介质隔离。钢结构就是利用表面涂装防止腐蚀的。室内钢结构或相对易于维护的室外钢结构多用涂层法防腐，因其防腐蚀性不如长效防腐蚀方法。涂层法施工的第一步是除锈，一般多用喷砂、喷丸除去所有的油污和锈迹。要根据周围的环境选择涂层，而且不同的涂层对不同的腐蚀条件有不同的耐受性。 高性能的防腐涂料通常为三道漆体系：底漆，中间漆和面漆。 (1)底漆含基料少，粉料多，成膜粗糙，与钢材粘附力强，与面漆结合性好。在腐蚀性强的环境中，通常选择富锌底漆。在腐蚀性较弱的环境中，通常选择磷酸锌底漆。环氧富锌底漆与无机硅酸锌底漆相比具有以下优点：其一在底漆与中间漆之间，不需要封闭漆；其二对空气湿度不敏感，因为环氧富锌底漆一般是基于环氧树脂、聚胺或聚酰胺的固化机制，不需要空气中的水分参与固化；其三可自身修补，且具有较强的结合力。目前，环氧富锌底漆已被广泛地应用于钢结构的防腐。 (2)高性能涂装体系的中间漆通常为环氧云铁漆，相互交错的层片状的云铁会有效地阻滞水分、氧及电解质的渗透，从而使中间漆具有更好的阻隔保护功能。另外，环氧云铁中间漆中的云铁能够延长涂覆面漆的时间窗口，改善涂覆的性能。 (3)面漆的基料多，成膜有光泽，能保护底漆，并能抗风化。由于大多数钢结构建筑有防止光泽度丧失及褪色等要求，所以采用保色性和保光性好的高性能面漆可以节约大量的后期维修费用。 涂层的施工要有适当的湿度和温度。涂层的施工环境粉尘要少，构件表面不能有结露。涂装后4小时之内不得淋雨。涂层一般做4~5遍。

七、结束语基于船体机构腐蚀的原因很多，各种因素导致的腐蚀程度各不相同。因此，对于不同的腐蚀机理要给出相对应的防腐蚀的防腐，从而给人们带来更好的效益。

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