船舶防腐蝕技術的應用及其發(fā)展

1、畢業(yè)論文船舶防腐蝕技術的應用及其發(fā)展學生姓名：王培華專業(yè) 名稱：船舶工程技術渤海船舶職業(yè)學院成人教育2010年10月船舶海上腐蝕是影響其壽命的最大因素之一。因腐蝕導致結構損 壞和破壞，嚴重影響船舶性能和安全。鋼鐵船舶在海洋中的腐蝕是不 可避免的，但其腐蝕的速度則是可以控制的。如果能夠控制其腐蝕的 速度為原來應該發(fā)生的腐蝕速度的1 /10,則船舶的壽命將延長為原 來的10倍，因此，船舶必須控制其腐蝕速度，也就是說船舶必須防 護。文章介紹了當前船舶防腐蝕技術措施的實際應用情況。探討在船 體防腐蝕新技術的發(fā)展情況，如船體防腐涂料技術、防腐涂裝技術、 陰極保護功能和涂膜結合技術、防腐蝕監(jiān)測新技術等方面

2、的新技術應 用。關鍵詞：船體；防腐涂料技術；陰極保護技術；防腐涂裝技術 與工藝發(fā)展目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第一章概述1 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 1.1防腐蝕技術應用背景1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.2船體防護系統(tǒng)1 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 1.3防護涂料技術1 HYPERLINK l bookmark22 o Curren

3、t Document 1.4陰極保護技術2 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1.5防止不當操作的異常腐蝕措施2 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.6應用防腐蝕監(jiān)測技術3 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.7減少異種金屬部件的直接連接3 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 1.8船體海生物清除.4 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 第二章防腐

4、蝕技術發(fā)展趨勢.4 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2.1防腐蝕涂料新技術.4 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 2.2涂裝技術的歷史現狀以及發(fā)展趨勢.4 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 2.3陰極保護功能和涂膜結合技術.72.4 防腐蝕監(jiān)測新技術 7 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 結論.8 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 參考文獻.9第

5、一章概述1.1防腐蝕技術應用背景目前，大多數船舶都采用金屬外殼。而金屬在海洋環(huán)境中，受 海水溫度、海水含鹽度、海洋大氣溫度、海洋大氣濕度的影響，腐 蝕程度很嚴重，腐蝕不僅降低了船舶鋼結構的強度，縮短了船舶的 使用壽命，同時還會使航行阻力增加，航速降低，影響使用性能。 更為嚴重的是，一旦出現穿孔或開裂，還會導致海損事故的發(fā)生， 造成驚人的損失。腐蝕作為美海軍第一號的維修問題，每年因裝備 在腐蝕維修方面花費的經費為44. 4億美元。我國因金屬腐蝕造成 的損失也很嚴重，每年達200億一 300億人民幣。這已引起國內外 防腐專家的極大關注，并積極研究探索解決金屬腐蝕的各種防護技 術方法和措施。1.2船

6、體防護系統(tǒng)船體防護系統(tǒng)是保護船體免受腐蝕侵害的系統(tǒng)，主要有兩大系 統(tǒng)組成：防腐蝕涂漆系統(tǒng)和外加電流或犧牲陽極的陰極保護系統(tǒng)。 這兩種系統(tǒng)的相互作用和足夠保護船體免受腐蝕侵害的能力是由幾 個因素相互依存決定的。因為船體檢查揭示了大量關于這兩種系統(tǒng) 作用的信息，提供的閾值表征船體防護系統(tǒng)處在有效的邊緣或失效 狀態(tài)。裝備外加電流陰極保護系統(tǒng)的船舶的閾值是在水下船體觀察 到的裸金屬的10%。裝有犧牲陽極系統(tǒng)的船舶的閾值是裸金屬的 5%或觀察到任何失效的陽極。對裝有犧牲陽極系統(tǒng)的船舶，不管何 時觀察到這些閾值的任何一個都應該進行船體電位檢測。1.3防護涂料技術目前，船舶涂料的品種有：水線涂料、船殼涂料、

7、甲板涂料、 油艙涂料、飲水艙涂料、壓載水艙涂料、防污涂料等。有關船舶涂 料的種類和性能選取使用國內制定的各種有關國家標準，其中有： GB 5369 85船用飲水艙涂料通用技術條件、GB 6745 86船 殼漆通用技術條件、GB 674786船用車間底漆通用技術條件、 GB 6748 86船用防銹漆通用技術條件、GB 6822 86船底防 污漆通用技術條件、GB 682386船舶壓載艙漆通用技術條件、 GB 926288貨艙漆通用技術條件、GB 1335192船底防銹漆 通用技術條件等標準。對船舶在涂裝含表面處理）工作中的工藝、 質量等技術要求也有相應的國家標準，相關的標準如：GB/T 231

8、1998船舶涂裝技術要求、GB/T 35131993船舶除銹涂裝 質量驗收要求、GB/T 37181995船舶涂裝膜厚檢測要求等 標準。1.4陰極保護技術船體的陰極保護技術有犧牲陽極陰極保護和外加電流陰極保護 兩種。1）犧牲陽極陰極保護技術是通過在船體外表面安裝充當陽極的 被犧牲掉的金屬塊，以保護作為陰極的船體鋼板不被腐蝕。目前， 船體使用的犧牲陽極有鋅一鋁一鎘三元合金（稱為三元鋅犧牲陽 極）、高效鋁合金陽極、鐵合金陽極等。各種不同船型所采用的犧牲 陽極型號和數量是根據船體各部位的形狀、面積和環(huán)境情況專門設 計的。2）外加電流陰極保護技術。這種技術是將犧牲陽極保護中的犧牲陽極塊更換成只起導電作

9、 用而不溶解的輔助陽極，在陽極和鋼板之間加一直流電源，并通過 海水構成回路。電源向鋼板輸入保護電流，使鋼板成為陰極而得到 保護。該外加電流保護系統(tǒng)由恒電位儀也就是外加電源、參比電極、 不溶性輔助陽極構成。整個系統(tǒng)使船體電位始終保持在保護電位范 圍內。為了規(guī)范陰極保護系統(tǒng)的設計、安裝和使用，國內制定了 GB 884188海船犧牲陽極陰極保護設計和安裝、GB/T 31081999 船體外加電流陰極保護系統(tǒng)、GB 778889船舶與海洋工程陽 極屏蔽涂料通用技術條件、GJB 15786水面艦船犧牲陽極保護 設計和安裝等相應的技術標準。1.5防止不當操作的異常腐蝕措施有些船舶的船體會發(fā)生異?？斓母g穿

10、孔。發(fā)生異常腐蝕的原 因有可能是鋼板的質量差，耐腐蝕性不好；更經常的原因是電腐蝕 引起的。電腐蝕也叫電解腐蝕，這種腐蝕是人為造成的。大多是由 于電焊焊接的違規(guī)操作，導致了焊接電流從水下船體外表面流向海 水，使鋼板發(fā)生了電腐蝕。造成電腐蝕的方式主要有以下幾種。單線焊接：海水是電解質，導電性好，當船舶?？看a頭進行焊 接作業(yè)時，焊接技術人員錯誤的認為，從碼頭電焊機上拉一根導線 到船上，另一根線可以用海水作為回路代替。由此作業(yè)時，從焊機 來的電流順焊條進入船體，并從水下船體表面流出，經過海水在進 入鋼制碼頭，經過導線回到焊機。靠近碼頭一側的船體就會發(fā)生強 烈的腐蝕。不正確的雙線焊接：如果在焊接時，直接

11、從焊機的正負 兩極接兩根導線到待焊接的船上去，這樣一來，焊接的電流直接通 過導線回到電焊機上去，就不會有電流通過水下船體了。但是如果 導線多處漏電，與碼頭絕緣性差，也可能有部分電流從水下船體通 過，造成電腐蝕。其他不正確的焊接施工：有一些不規(guī)范的焊接施工也會在船體 表面產生雜散電流，導致船體電腐蝕。如用同一部焊接電源對兩艘 船同時焊接時，當其中一艘船的電流回路有故障或電阻較大，這艘 船的焊接電流有可能通過海水進入另一艘船，再從另一艘船回到焊 機。再如焊接時的負極接線點離施焊部位太遠，也可能導致電腐蝕 發(fā)生。在船首施焊，負極接線點在船尾，結果導致電流在船體內部 通過，艙底發(fā)生了嚴重的電腐蝕，使其

12、結構強度遭到無可挽回的損 害。1.6應用防腐蝕監(jiān)測技術船體的防腐蝕監(jiān)測的內容包括兩個方面：一是船體腐蝕狀況監(jiān) 測：另一個是船體腐蝕防護效果監(jiān)測。這類監(jiān)測技術有船體陰極保 護狀態(tài)監(jiān)測（船體電位監(jiān)測）、船體腐蝕狀況監(jiān)測（超聲波測厚技術測 量船體鋼板平均厚度，x射線或超聲波腐蝕測試儀，鋼板表面腐蝕 坑深度監(jiān)測）、水下電視監(jiān)測系統(tǒng)（船體水下腐蝕及污垢狀況監(jiān)測）、 熱波成像檢測系統(tǒng)等。1.7減少異種金屬部件的直接連接船舶上普遍使用多種金屬材料，如鋼質船體、銅質、鈦合金、 不銹鋼及鋼質管道，鋁質上層建筑等。它們之間不可避免地要進行 相互連接，如鋼管要固定在船體上，不銹鋼管路可能與銅質閥門連 接，鈦合金管道

13、也可能與鋼質船體或銅質閥門連接等。如果這些不 同金屬之間未加電絕緣，當管路、設備的內部或外部有海水時，就 會發(fā)生電偶腐蝕。致使負電位的金屬遭到快速腐蝕溶解。因此，在 船舶上，采用防腐蝕電絕緣連接方式，避免此類問題的發(fā)生。1.8船體海生物清除海水中有些生物和微生物，它們容易附著在船體及海水管道表 面，而形成船體海生物污底。它對船體的腐蝕起到復雜的影響作用。 雖然一方面，有些海生物死亡后留下的石灰質殼體，當它們覆蓋滿 金屬表面時，能起到一定的保護作用，減緩腐蝕；但是，起主要作 用的是另一方面，附著在船體表面的海生物生命活動中釋放的 CO，使周圍海水呈酸性，死亡的海生物分解放出H s，又會使金屬 的

14、腐蝕速度增加；有些海生物能夠穿透和破壞涂層，使金屬腐蝕加 速。船體海生物鈣化的污底會加速涂層系統(tǒng)失效，因此增加船體結 構對腐蝕的敏感性。第二章防腐蝕技術發(fā)展趨勢2.1防腐蝕涂料新技術隨著修造船業(yè)的迅速發(fā)展，技術水平不斷提高，機械化程度日 益提高，修造船的周期在縮短，這對船舶涂料的綜合性能、表面處 理工藝、涂裝工藝及設備的要求越來越高。為了滿足船東和修造船 廠的要求，船舶涂料向著高性能、節(jié)能、施工方便、高效、符合環(huán) 保要求的方向發(fā)展。具體來說，采用厚漿型、快干、高固體份或無 溶劑涂料來達到高效節(jié)能的目的；使用不含鉛、銘等重金屬顏料， 降低涂料中有機溶劑含量，不使用有機錫、焦油等有害物質來達到 環(huán)

15、保衛(wèi)生的要求。2.2涂裝技術的歷史現狀以及發(fā)展趨勢1）船舶涂裝歷史現狀船舶涂裝，以往被稱為“敲鏟油漆”，一向不被人重視。在船廠， 敲鏟油漆工作沒有嚴格的工藝程序，沒有一定的標準，工具設備落 后，故質量長期處于相當低的水平。往往，一艘新船剛出廠在海上 航行了一二個航次，涂層就剝落，船體開始生銹。甚至船尚未離廠， 在碼頭舾裝階段船體就發(fā)生銹蝕，只得再次敲鏟油漆。從80年代初 開始，我國的造船工業(yè)出現了歷史性的轉折，大連、上海、廣州、 天津等地區(qū)一些大中型船廠紛紛承建出口船舶。隨著造船工業(yè)的對 外開放，國外先進的造船技術和造船管理方式不斷得到引進、消化、 吸收，中國的造船工業(yè)開始了騰飛。在船舶涂裝領

16、域，落后的“敲 鏟油漆；受到了重大沖擊，這種原始、落后的生產方式再也維持不 下去了。船舶涂裝的新技術、新工藝和新的設計、生產和管理模式 不斷地改造與取代大變革：（1）鋼鐵原材料預處理和涂裝車間底漆的新工藝獲得普遍應 用；（2）以室內噴丸除銹和動力工具除銹代替了原始落后的手工敲 鏟除銹；（3）涂裝工作的氣候條件即環(huán)境溫度、濕度、露點等獲得重視， 被列為重要管理項目；（4）國外先進的除銹標準、涂裝工作標準和質量標準不斷為我 所用，國內相應的標準紛紛建立；（5）國外各種新型的高性能涂料不斷受到應用，國內相應的涂 料品種相繼誕生，船舶涂料行業(yè)亦發(fā)生重大轉機，技術引進和合資 生產獲得重大進展，（6）各種

17、先進的涂裝工具和檢測工具日益獲得廣泛應用；（7）先進的設計技術、生產技術、管理方式不斷獲得應用，并 結合我國的實際情況逐步得到發(fā)展提高。所有這些重大變革，都是為了確保船舶的涂裝質量、延長船舶 的使用壽命、提高船舶的使用價值。同時也為大幅度縮短船舶的建 造周期在船舶涂裝領域里奠定了結實的基礎。這些變革和發(fā)展，將 我國的船舶涂裝技術和涂裝質量與國外先進技術、優(yōu)良的質量之間 的差距大大縮短，我國新造船舶的涂裝質量受到了國內外船東的首 肯與好評。2）表面預處理技術發(fā)展動向。由于受環(huán)保的壓力，傳統(tǒng)干噴砂工藝受到限制，船廠逐漸采用 水噴砂和高壓水除銹的工藝。水噴砂是將磨料與水混合后，噴射到 所要噴砂的物體

18、上。高壓水除銹利用專用設備產生高壓水（70170 MPa）和超高壓水（170300 MPa）噴射需表面處理的物體上。該技術 不產生粉塵、廢渣，噪音低，非常環(huán)保。同時不產生溶解鹽，不污 染處理的表面，不影響涂料的防銹效果。這項表面處理技術近期內 將會被國際上認可而采用。3）表面溶解鹽的分析和處理。大多數船廠位于海邊，海洋大氣中的鹽霧會沾染到船體的表面， 另外噴砂所用磨料中鹽分也會沾染船體的表面。表面的溶解鹽對涂 料的防腐性能影響非常大。因此國際上已制定相關的表面溶解鹽的 標準。美國海軍要求水下船體表面溶解鹽含量3g / cm，水上船體 表面溶解鹽含量5 Ig / cm o IS08502是一個有

19、關表面溶解鹽測試 和要求的標準。已有國外公司開發(fā)出清洗表面溶解鹽的專用清洗劑， 清洗后還有助于提高防腐性能。4）噴涂設備及工藝的發(fā)展動向。為了適應新型涂料的不斷推出，噴涂設備制造商也在不斷提高 噴涂設備的性能以及開發(fā)更先進的噴涂工藝。噴涂設備制造商已開 發(fā)出壓縮比高達70： 1的高壓無空氣噴涂機，適用于高粘度、厚漿 型的涂料體系。隨著高性能雙組分環(huán)氧、聚氨酯涂料的日益廣泛使 用，噴涂設備制造商又開發(fā)出雙組分高壓無氣噴涂機，適用于不同 配比的雙組分體系，通過混合管多次剪切混合，使得甲乙組分充分 混勻，同時漆料還可預熱，降低物料的粘度，保證噴涂效果。由供 粉器、靜電發(fā)生器、靜電噴涂機、噴涂室、粉末

20、回收系統(tǒng)、烘干室 等組成的粉末靜電噴涂設備來進行粉末涂裝，由于采用低污染涂料 并設置粉末回收系統(tǒng)，相對于溶劑性涂料的施工，它具有以下特點： 涂料利用率高，達90%以上，且為低污染涂裝方法；適合于自動化 生產，生產效率高；涂膜厚，一道涂膜厚度可達100300pm。電 泳涂裝也是一種先進的現代涂裝工藝，電泳涂裝設備由電泳槽、備 用槽、循環(huán)過濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、極液循環(huán)系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、直流 電源、涂料補加裝置、沖洗系統(tǒng)及控制柜等組成。具有以下特點： 有利于實現自動流水線生產，涂漆節(jié)奏快，自動化程度高，使生產 效率大幅度提高；涂膜厚度均勻，對陰極電泳漆來說，很容易通過 電壓調整，在1035pm范圍內控制

21、膜厚在某一值；較好的邊緣、 內腔及焊縫的涂膜覆蓋性，使產品涂層的整體防銹性能提高，其中 陰極電泳漆的泳透力強，內腔防銹性更好，外表涂層完全適用于高 檔產品的要求，耐鹽霧試驗可達到800h以上；優(yōu)越的環(huán)保、安全作 業(yè)性，電泳漆液僅含不到#-的助溶劑，以水作為分散介質，沒有發(fā) 生火災的危險性，也不會產生溶劑散發(fā)對大氣的污染，電泳設備配 置超濾循環(huán)系統(tǒng)，使槽液得到有效的利用，僅偶爾排放少量超濾液， 不存在漆液對環(huán)境的污染；高性能涂裝設備是實現涂料高性能的必 備條件，這也是各大公司日益重視對涂裝工藝和涂裝設備開發(fā)的原 因。2.3陰極保護功能和涂膜結合技術把陰極保護功能和涂膜的屏蔽功能融合為一體的新型防

22、腐蝕技 術，得到了廣泛的關注，并在實際中得到了較好的應用。由于鋅具 有良好的犧牲陽極而被腐蝕，可以有效地保護鋼鐵基體的特點，所 以以鋅為主體的防腐蝕課題，在科研中不斷涌現，大體上可以分為 以下幾種：含鋅或高鋅底漆，如環(huán)氧富鋅底漆（它是由鋅粉、環(huán)氧樹 脂液、聚酰胺樹脂三組分組成的自干型底漆）；無機磷酸鹽富鋅（鋁） 涂料（它是由無機粘結劑和水與醇作溶劑，再與鋅粉、鋁粉所組成， 2.4防腐蝕監(jiān)測新技術由于艦船裝備的特點，空間的局限，環(huán)境條件的影響等因素限 制，艦船裝備在防腐蝕監(jiān)測方面，很多監(jiān)測技術手段的應用難以開 展。但隨著機械、電子、材料學科、傳感器/換能器技術、信號處 理技術、缺陷識別技術等多項技術的發(fā)展與融人，正在不斷得到新 的發(fā)展和應用。結合艦船裝備防腐蝕監(jiān)測的迫切需求，當前，在艦 船裝備防腐蝕監(jiān)測技術研究和開發(fā)領域，當前主要集中在新型傳感 器的開發(fā)應用、傳統(tǒng)監(jiān)測技術手段的改進、多種傳統(tǒng)監(jiān)測技術手段 的融合、監(jiān)測設備的便攜和智能化等。結論鋼鐵制成的船舶，長年累月地航行于茫茫大海之中，會不同程 度受到各種腐蝕介質的侵蝕，發(fā)生不同程度的腐蝕。腐蝕會對船舶 帶來很大的損害，會降低船舶結構的強度。當鋼鐵船舶腐蝕到一定 程度時，船體的強度會下降到不足以抵御海洋風浪給予船體的