铝合金舰船防腐蚀技术及应用分析

龚禹开

华中科技大学 430074

铝合金舰船防腐蚀技术及应用分析

龚禹开

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铝合金材料比重较小、强度较高，在国内外民用船舶特别是快速运输船上运用比较普遍。由于铝合金活性强、耐海水腐蚀能力较差，与钢质舰船相比，铝合金舰船防腐蚀具有不同的技术特点。

一、船用铝合金在海洋环境中的腐蚀特性

船用铝属于防锈硬铝合金，其中Al-Mg系合金作为板材（包括管材）应用较普遍，其具有良好的抛光性能和耐蚀性能，美国标准的5000系合金（如5083、5383等牌号）、我国的LF2至LF12等牌号的合金就属此类合金。型材应用较多是Al-Mg-Si系合金（如美国标准6061、6082牌号），属可热处理强化变形铝合金，具良好的耐蚀性、韧性和挤压加工性能。这两类铝合金都具有良好的可焊性。

铝合金作为船体结构、设备和管系用材主要受两类因素导致的腐蚀，一类是与海水的直接接触或暴露在海洋大气中，在海水和空气直接作用下引起的腐蚀，按腐蚀形态可分为点蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，剥落腐蚀，以及腐蚀和局部应力共同作用引起的腐蚀疲劳。另一类是与异种金属直接接触引起的电偶腐蚀。

在海水或盐雾环境中，对铝材起主要腐蚀破坏作用的是氯离子。铝材的表面与空气中的氧能够生成紧密而钝化的三氧化二铝，这层致密的保护膜隔绝了空气，阻碍了继续氧化，在海水或盐雾环境中，这层氧化膜也能起到保护作用。但氯离子直径很小，容易穿透氧化膜上的微孔，同时铝材表面也不可避免地存在缺陷或局部破损，在氧的共同作用下极易发生点蚀且腐蚀发展速度很快，并容易向材料内部纵深发展，形成放射性的穿透性破坏。缝隙腐蚀是由于腐蚀物存积，或结构上存在搭接表面和缝隙等造成局部沉积物，形成了恶劣的腐蚀环境，从而加速缝隙内部的腐蚀。晶间腐蚀与铝合金的晶间析出物有关。剥落腐蚀是铝合金的一种特殊腐蚀形式，晶间腐蚀与材料内应力协同作用使表面开裂或剥落。

舰船上不可避免地要应用到其它金属材料的设备和管系。研究表明，在海水中不同金属材料在距离150mm以内均易发生电化腐蚀，5083、LF15等铝合金电位较低，与铜类合金、碳钢、不锈钢、钛合金等异种金属直接连接形成电偶，在海水或潮湿盐雾环境中腐蚀会进一步加速，并且在流动海水中的偶合加速腐蚀效应大于静止海水。试验结果还显示，铝合金与青铜、黄铜直接连接时，受到的电化腐蚀要比与钢、不锈钢、钛等连接时更强烈。铝合金还对游离的铜离子很敏感，会加快点蚀速度。

铝合金舰船的腐蚀除与原材料固有的耐蚀性有关外，还与结构的合理性、防护措施有效性、航行海域以及平时的保养优劣有关。

二、铝合金舰船防腐蚀技术的选用

与钢质舰船类似，铝合金舰船的防腐仍然是采用多种手段综合防护，但有其自身的技术特点。铝合金舰船在研制和设计时，应根据其自身技术特点、使用方式和维护保养水平综合考虑船体、内舱、舾装件、舱面设备、动力、电力和船舶辅助系统的防腐，不同部位选择合理的防护方式。

1、水线以下船体及附件的防护

铝质舰船主船体一般应采用防腐蚀涂层和阴极保护（牺牲阳极，外加电源）进行复合保护。在设计阴极保护系统时，要考虑不同舰船航速和在航率的因素。在船舶航行和停靠码头，以及防腐蚀涂层不同损伤和老化状态的情况下，船体表面保护电位、电流密度分布和牺牲阳极消耗速度会有不同，不同航速时船体湿表面的电位分布变化也很大，应根据具体情况优化设计牺牲阳极布置，增强船体防腐蚀措施的效果。

船舶推进装置水下部分如轴系、螺旋桨或推进泵一般采用铜合金、不锈钢、钛或钛合金制造。由于这些设备表面积大，局部水流场复杂，会对铝质船体造成严重的腐蚀，合理的保护措施十分重要，尤其是要注意尽量不要选铜质螺旋桨。

2、内舱、舱面及舾装件的防护

船舶舱底不可避免地会存在着积水和杂物，并且舱底积存污水腐蚀性比普通海水要大得多，因此舱底是重防腐区。特别是铝质战斗舰艇机舱拥挤，设备、管系密集，不易清理，往往易积存掉落的钢质、铜质螺母、螺钉甚至工具，加速船体底板的腐蚀穿孔。因此舱底一般都要采用涂料和牺牲阳极双重保护，进行重防腐处理。内舱的其它部分可采用裸铝，但注意尽量不要破坏铝材表面的氧化层。结构上注意设计导水孔，防止积水。焊接部位防止出现缝隙产生缝隙腐蚀。

水密门、舱口盖、斜梯、通风头、露天箱柜等舾装件、露天设备基座应尽量采用与船体铝合金相一致的材料制作，当用不锈钢或其它材料制作时应与船体绝缘连接安装。在艇主甲板以上的船体与上层建筑连接处、设备基座与船体连接处的缝隙，可采用环氧胶泥进行防水密封处理。

3、管系材料配套选择与防护

舰船动力、电站和各种辅助系统的管系是防腐的另一个重点，腐蚀特点与管系中的介质和流速直接相关。铝合金舰船的淡水系统、燃油、滑油系统可直接采用铝合金管材。压力要求比较高的液压系统、压缩空气系统、1301灭火系统管系等可采用不锈钢材质。要重点考虑的是海水管系的防腐。

海水管系的腐蚀成因主要包括海水对材料的化学腐蚀、冲刷腐蚀和不同材料连接形成的电偶腐蚀，防护措施应从这几个方面进行考虑，如选择合理的材料配套，设计合理的流速，同时采取适当的防护。管系防腐除考虑管材的腐蚀外，还要考虑各类泵、阀、接头、垫片等的腐蚀问题。国内没有形成铝合金舰船配套的管系配套体系，只能从为钢质船舶配套的设备、材料中进行选择，做适应性改进，并做好防护措施。

4、设备安装异种金属连接与防护

由于铝质船舶要不可避免地要选用其它材质的设备和材料，如钢、不锈钢等。解决这种不同金属的电偶腐蚀最简单有效的办法就是绝缘连接或隔离腐蚀介质或采用过度的复合材料。一般设备安排采用电绝缘组件进行异种金属隔离，包括成套的螺栓、螺母、钢垫片、电绝缘性能测量片、绝缘套管、绝缘垫片等。

三、铝质舰船在施工和维护保养中应注意的防腐问题

铝质船舶建造应按技术文件编制详细的防腐防漏施工工艺并严格落实。施工建造和维护使用中除应遵循一般舰船应注意的事项外，铝质舰船还应特别注意以下事项：

1、因铝合金在机械加工后表面耐腐蚀性大大降低，建造过程中应尽一切可能防止因机械加工、堆置、移动等原因而轧制、划伤铝合金表面。

2、表面打磨不得使用钢棉或钢丝刷，及含有铜或汞的磨片。不能用喷铜丸的方式进行表面喷沙拉毛，最好用不锈钢刷进行简单拉毛。

3、杜绝因电焊、搭线等造成的船体异常腐蚀情况和异种金属接触腐蚀。

4、及时清除多余物。及时清除舱内积水和掉落的其它金属物。采取措施防止其它金属焊接时焊渣掉落飞溅到铝质结构上，如有飞溅应及时清除。

5、靠泊码头时应防止铝质船体与码头钢质或其它金属构件直接接触。

6、定期上排检查涂装和阴极保护系统完整性。除漆打磨不得使用钢棉或钢丝刷，最好用木制或塑料刮板。