海洋金属腐蚀浅析

海洋金属腐蚀浅析摘要：随着经济建设的飞速发展和科学技术水平的逐渐提高,我国的海洋开发事业有了突飞猛进的发展,海洋构筑物也越来越多。例如:海上固定钻井平台和辅助平台、海底油气输送管线、栈桥、码头和船舶等。这些设施大都是由金属材料,特别是由钢铁建造而成。因此,研究钢铁在海洋环境中的腐蚀规律及控制腐蚀的方法,对延长海洋钢铁设施的使用寿命,保证海上钢铁结构物的正常运行和安全以及促进海洋经济的发展,具有十分重要的意义。洋环境中使用的金属材料日益增加金属在海洋中的腐蚀与防护研究就更为各国所重视。船舶腐蚀控制系统的状况对于保持维护船舶结构起到关键性作用,一旦防腐涂层受到损坏,随之而来的腐蚀将使船舶结构的完整性受到破坏,不但要花费大量资源进行修理,还难于彻底恢复。因此,适时地对船舶金属腐蚀进行检验,并采用适当措施对于失效涂层进行处理,不但能节省大量资源,有效地延长船舶使用寿命,而且对改善船容船貌大有好处。有鉴于此,文中通过对船舶金属腐蚀机理及表现、船舶结构防腐要求和防腐蚀系统分类等相关问题的分析,对腐蚀涂层失效检验要求和对策进。关键词：金属腐蚀防护海洋船舶正文：1.腐蚀类型在海洋环境中的金属构件,腐蚀类型主要有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀、电偶腐蚀、腐蚀疲劳等,这些腐蚀类型往往与结构设计或冶金因素有关。均匀腐蚀:均匀腐蚀是指在金属表面几乎以相同的速度所进行的腐蚀,这与在金属表面上所产生的任意形成的全面腐蚀不同。均匀腐蚀一般发生在阳极区和阴极区难以区分的地方。点蚀:金属表面局部区域内出现的腐蚀称为点蚀,表面的其余部分则往往无任何明显的腐蚀。暴露在海洋大气中的金属上的点蚀,可能是由分散的盐粒或大气污染物引起的,表面状态或冶金因素,如夹杂物、保护膜的破裂、偏析和表面缺陷,也能引起点蚀。缝隙腐蚀:缝隙腐蚀通常在海水全浸区或者在浪花飞溅区最严重。一般靠氧来维持钝态的材料,在海水中都有对缝隙腐蚀敏感的倾向。不锈钢和某些铝合金对缝隙腐蚀较敏感。冲击腐蚀:许多金属如铜和钢对海水的流速很敏感,当速度超过某一临界点时,便会发生快速的侵蚀。在湍流情况下,常有空气泡卷入海水中,夹带气泡的高速流动海水冲击金属表面时,保护膜被破坏,金属受到局部腐蚀。空泡腐蚀:低于海水温度下的海水蒸汽压,海水就会沸腾,形成蒸汽泡,当海水向下流到某处时汽泡又会重新破裂。这些蒸汽泡的破裂而造成的反复砰击,促成金属表面的局部压缩破坏。金属碎片脱落后,新的活化金属便暴露在腐蚀性的介质中,因此,海水中的空泡腐蚀造成的金属损坏通常使金属既受机械损伤,又受腐蚀损坏。该类腐蚀多呈蜂窝状形式。电偶腐蚀:海水是一种强电解质,两种不同金属相连接并暴露在海洋环境中时,通常会产生严重的电偶腐蚀。腐蚀疲劳:同时经受环境腐蚀和疲劳的综合效应称为腐蚀疲劳。金属结构受到环境腐蚀和循环载荷的同时作用所引起的损伤,往往比它们分别单独作用所引起的损伤相加要严重得多。2.船舶防腐蚀系统的分类船体内部的保护船体内部包括压载舱、装载舱、燃料槽及水槽等,通常应用牺牲阳极系统来保护。由于有着火危险,船体内部的保护不能用外加电流系统。根据装载物料的不同,舱和槽可分为四类:1槽:用于装干货或装压载水;2压载舱:装满水或空舱;»3交替用槽:装不洁净产品(原油)或压载水;4交替用槽:装洁净产品(石油加工产、品)或压载水。镁阳极只能用于1和2类舱槽。铝阳极可用于所有的舱槽,但用于»和¼类时,铝阳极下落时的能量不能超过275J,即质量为10kg的铝阳极安装高度离槽底不超过2.8m,否则下落到槽底有发生火花的危险。锌阳极的应用最安全,不受限制。应该注意到,所有舱或槽只有在装压载水(通常为海水)时,牺牲阳极才起保护作用,当原油中有水时,下面与水接触的牺牲阳极才能发生作用。所以牺牲阳极的工作时间仅为航行时间的一部分,例如:1和2类槽,为航行时间的40%左右;»和¼类槽,为25%左右,这一时间依实际情况的变化而变化。所需的保护电流密度,装干货无涂层的舱约129mA/m2;3和4类舱以及船艏和船艉的压载舱,无涂层时约l08mA/m和¼类双底舱,约为86mA/m内部涂层质量优良的槽,约为5.5mA/m牺牲阳极的截面有方形、半圆形、圆形,大部分牺牲阳极安装在舱或槽的底部。与船体外部保护不同,在船体内部保护时,牺牲阳极表面会被腐蚀产物及油性物质覆盖。2.1硬质涂层硬质涂层是指在干燥过程中发生化学变化的涂层,可以是无机的也可以是有机的,如各种类型的油漆,其防腐蚀基本原理如前所述是在钢材表面形成一层致密的薄膜以隔绝氧气和水分。需要注意两点:一是牺牲型涂料,如含锌涂料一般只能作为本间底漆使用,因为其中的金属锌被氧化耗尽后,涂层就会产生微孔,导致油漆下面产生锈层,使保护作用急剧降低二是水泥浆涂层的检验,建造时一般将水泥浆涂刷在硬质涂层外面,以更为有效地隔绝水分和氧气,但在检验中,通常将水泥浆作为一般覆盖物对待,判定去掉水泥浆涂层后内部油漆及构件的情况。2.2软质涂层软质涂层由于容易发生损耗,同时容易污染压载水,已很少采用,一般均被认为是一种临时性的保护系统,必须经过更多、更广泛的测厚和近观检验。因此,对于采用软质涂层的舱室,不论表面状态如何,CCS要求每年检验时必须进行内部检查2.3牺牲阳极的阴极保护法在硬质涂层发生局部损坏时,附加牺牲阳极保护是实践中较为简单可行的方式。硬质涂层局部损坏最常见的部位是构件的边缘,如面板边缘、流水孔边缘等,而在这些部位,由于电荷趋向性较强,保护电流会相对大一些,所以牺牲阳极方法能提供更有效。3.其它海洋钢结构物的腐蚀防护相对船舶来说,其它海洋钢结构物的防腐蚀稍微容易一些。海洋钢结构物的防腐蚀也是采取涂层和阴极保护相结合的方法。不同的是,海洋钢结构物的腐蚀还包括海底泥土区,海底泥土区含盐度高,电阻率低,海底泥浆是一种良好的电解质,对金属的腐蚀性要比陆地士壤高。海洋钢结构物的腐蚀防护应注意以下问题:1海上结构物的焊接必须严格遵循规范,以免发生缝隙腐蚀。2水下部分可实施阴极保护,但飞溅区的金属处于干湿交替状态,阴极保护无效。为了防止腐蚀,应尽可能减少竖向和交叉的撑条体系,通过减少飞溅区中钢质构件的密集度来尽量减少腐蚀的蔓延。3避免采用横梁,它不便进行喷砂处理和涂敷;封闭部分应密封,以防海水及其它外界介质渗入。4避免出现漏焊,焊缝应该是连续的,未焊接部位应当用捻缝膏封堵。5飞溅区应避免采用横向撑条,撑条应位于落潮时的平均水线下,或者在其上方1.8m以上,这样可使飞溅区的钢结构总表面积最小,因为飞溅区易遭受严重腐蚀而又不能进行喷砂处理和涂敷。6处于水线下1.2m至水线上1.8m范围的结构部分,采取特别防腐设施,通常采用增加钢厚度、涂有机覆盖层和混凝士覆盖层的方法进行防腐。7水线以上结构部分进行喷砂处理,并用耐盐水介质的涂料进行涂敷。8对所有水下的金属表面实行阴极保护,水下结构设计成能承受海浪、漂浮碎片和船体等带来的机械损坏。对水线到泥线范围内的所有金属表面施加50mA/m。涂层失效对策鉴于防腐保护系统对于船舶结构的重要性,根据检验的资料(包括外观检查和测厚),从延续使用寿命和维护保养方面,可决定是否有必要恢复腐蚀保护系统。假如船舶还要长期营运(营运期8～10a),重新恢复涂层是一个有效的涂层失效解决措施。对于只需短期营运(营运期4～5a)的船舶,可采用临时保护系统,如考虑采用软涂层及牺牲阳极法,其好处是费用低,施工容易,但其有效性需根据现有腐蚀状况和预计的腐蚀率进行定期认真监测,而且每年的年检还需对双层底压载舱外的压载舱室进行内部检查。恢复涂层要求对于营运中的船舶,很多船东都希望对状态较差的压载舱涂层进行重新恢复,但大多数船东对恢复涂层的要求并不很了解。按照CCS的规定,恢复涂层必须按照油漆商的工艺要求来进行,而且还应有油漆商的技术人员在场进行施工指导。油漆工艺一般应包括如下内容:漆膜设计,包括层数、各层油漆的品种等;油漆敷设前钢材表面的处理,包括用淡水清洗除附着的盐分、喷沙、铁锈和残余漆膜等以提高表面清洁度;施工条件,如环境温度、湿度和通风条件等;施工方法,如静电喷涂、无气喷涂和滚刷等;施工要求,如各层漆膜的厚度、层间干燥的时间等。4.结束语船舶腐蚀控制系统的状况对于维护保持船舶结构起到关键性作用,一旦涂层受到损坏,随之而来的腐蚀将使船舶结构的完整性受到破坏,不但要花费大量资源进行修理,还难于彻底恢复。很多机务都有相关经验,处理腐蚀引起的结构损坏非常棘手,尤其是边缘腐蚀、焊缝及其附近的腐蚀和船底构件的腐蚀等,不但难以决断,而且修理的附加工程量也较大。目前,PSC检查日趋严格,对结构的检查也越来越重视和深入,因此,应该对船舶防腐系统给以高度重视。保持防腐系统的有效性,不但能节省大量资源,有效地延长船舶使用寿命,而且对改善船容船貌有重要作用。由于我国机务队伍构成和习惯上的原因,过去不少公司在这方面的工作往往不够重视,应引起广大船东、机务对船舶保养工作的重视。参考文献:[1]刘鸿波,李秀华等.浅谈钢质船体腐蚀与涂层保护[J].工艺技术.[2]朱相荣,王相润.金属材料的海洋腐蚀与防护[M].北京:国防工业出版社,1999.[3]李青霞,周波等.超声波船体腐蚀检测的现状及发展趋势[J].测试技术学报,1998,.[4]徐滨士等.应用电弧喷涂技术治理舰船钢结构腐蚀.全军装备维修表面工程研究中心,海军装备修理部舰船技术部.[5]徐湘缃.实用防腐蚀工程施工手册[M].北京:化学工业出版社,2000.[6]胡先春.船用钢材的腐蚀与保管[J].江苏船舶,2002,19(5).[7]魏宝明.金属腐蚀理论及应用(4版)[M].北京:化学工业出版社,1991.[8]王健石,胡克全,吴传志,等.电子设备结构设计手册[G].北京:电子工业出版社,1993.[9]贾耀卿.常用金属材料手册[G].北京:中国标准出版社,2003.[10]董洁.机械设计工艺性手册[G].上海:上海交通大学出版社,1991.[11]GJB367A-2001,军用通信设备通用规范[S].[12]邝少林,暨调和.电镀理论与工艺[R].长沙:湖南大学化学化工系金属腐蚀与防护教研室,1990.