鋁合金船未涂裝的空艙防腐處理

林 琳，劉正陽，劉進波

（1.廣州船舶及海洋工程設計研究院，廣州 510250；2.中國人民解放軍91007 部隊，福安 355011）

1 前言

與傳統的鋼質材料相比，鋁合金材料具有質量輕、無磁性、良好的可加塑性和耐腐蝕性等優點。船舶選用鋁合金材料作為船體建造材料，可以大大減輕船舶自重，增加船的航速，減少船舶的燃油費且穩定性好，所以越來越多的高速船選用了鋁合金材料建造船體。但是，鋁合金船局部腐蝕相對明顯，尤其是未涂裝過的空艙，了解鋁合金的腐蝕原理，可以更好的進行防腐治理。

2 腐蝕類型

2.1 均勻腐蝕

鋁合金在酸性介質中會生成鋁鹽，在堿性介質中會生成鋁酸鹽[1]。一般來說，鋁合金通常發生均勻腐蝕，此時金屬表面的氧化膜會發生大面積均勻溶解，即全面腐蝕。

2.2 點腐蝕

點腐蝕是指鋁合金表面的氧化膜出現了缺陷，導致腐蝕介質進入鋁合金基體而引發的一種腐蝕，而氧化膜完好的地方基本沒有發生腐蝕或者腐蝕輕微，這種腐蝕形態就是點腐蝕。

點腐蝕在未涂裝的空艙中發現最多，最初點腐蝕會在鋁合金表面形成一層白色粉末的氧化物，慢慢的會加深腐蝕產生凹坑，最后腐蝕穿孔。

2.3 縫隙腐蝕

金屬表面上由于存在異物或結構上的原因會造成縫隙，此種縫隙的存在，會使縫隙內與腐蝕有關的物質遷移困難，引起縫隙內的金屬腐蝕，稱為縫隙腐蝕。

鋁合金縫隙腐蝕是由于鋁合金表面的沉積物、附著海生物以及存在搭接表面、縫隙等造成惡劣的腐蝕環境，從而加速縫隙內部的腐蝕；縫隙腐蝕常見于金屬結構鉚接、焊接、螺紋連接等部位，由于間隙腐蝕在工程結構中是難于避免的，所以間隙腐蝕很難控制；絲狀腐蝕是縫隙腐蝕中的特殊情況，會發生在鋁合金涂裝缺陷處，若鋁合金的涂層存在缺陷，則該處鋁合金基體先出現點蝕，繼而向外擴散形成電勢差，引起絲狀腐蝕，當絲狀腐蝕發展到一定程度時，腐蝕產物就會向外堆積將涂層拱起，導致鋁合金涂層出現鼓包凸起使鋁合金涂層脫落。

2.4 電偶腐蝕

電偶腐蝕也是鋁合金的一種腐蝕形態。金屬表面的電化學反應，需要三個必要條件：導電性的金屬、電解質和外加電勢。在腐蝕的環境中，金屬和電解質構成了一個電池，形成了電化學反應，電池中存在電位差，電荷在陽極和陰極之間流動，從而引起了金屬表面的氧化和還原反應[2]，當鋁合金和其他船用金屬（鋼質）在同一環境中接觸或者有介質相連時，會存在電勢差并引起電流的流動，從而導致鋁合金金屬表面發生化學反應形成電偶腐蝕。

2.5 應力腐蝕

應力腐蝕是拉應力和特定腐蝕介質共存時引起的腐蝕。應力可以是外加的，也可以是金屬內部的殘余應力，后者可能產生于加工制造時的形變，也可能產生于淬火的劇烈溫度變化，還可能是內部結構改變引起體積變化造成的。

3 腐蝕原因分析

通過對大量鋁合金船進行的專項調研，發現鋁合金船空艙一般是未進行涂裝處理的，大部分的空艙中都會有因腐蝕造成的白色狀粉末，尤其是空艙鋁板最為明顯，甚者艙內各壁板上也存在腐蝕穿孔現象。究其原因，主要是空艙內冷凝水較多，冷凝水在隔熱棉中變為酸性或者堿性，加速了艙壁板的腐蝕而出現穿孔現象。

3.1 腐蝕的主要特點

1）點蝕

在調查中發現，大多數鋁合金船空艙的鋁合金結構都是裸露在空氣中的，僅靠自然氧化層進行防護；在船體空艙的底部一般都會存在不同程度的積水，清除積水后會發現鋁合金板上有各種腐蝕坑點，深淺不一，有的甚至已經穿孔；沒有積水的地方也會出現各種白色的粉末，用手摸會有明顯的坑點，打磨清潔之后能看到明顯的密集腐蝕坑點（見圖1）。

圖1 未涂裝空艙產生的點蝕

2）電偶腐蝕

電偶腐蝕也是鋁合金的一種腐蝕形態。由于相比較其他船用金屬，鋁合金金屬性活潑，如果其他船用金屬和鋁合金直接接觸或者介質相連，都會導致鋁的電偶腐蝕。

3.2 腐蝕的原因分析

1）點蝕

在自然條件下，鋁合金表面會形成一道氧化膜，可以阻礙活性鋁表面和周圍介質相接觸，但是氧化膜厚度僅為4 nm，多孔而不均勻且抗蝕性差，難以抵抗惡劣環境的腐蝕[3]。當鋁合金船置于海中時，由于海水鹽分很高，濕度較大，艙室中往往會形成大量的冷凝水，加上船員對艙室的維護保養力度不夠，導致空艙中會聚集較多的積水，海水中的氯離子Cl-對氧化膜有缺陷的地方破壞作用強烈，從而形成點腐蝕，點腐蝕越來越嚴重就會導致鋁合金板穿孔，同時附著在鋁合金板上的防火隔熱材料也會出現腐蝕發霉的現象；另外，空艙管路接頭處滲漏，也會導致空艙積水產生點腐蝕（見圖2）。

圖2 未涂裝空艙由于管路滲漏導致底部鋁板腐蝕

2）電偶腐蝕

往往因為船上人員或者維修人員的疏忽，導致螺絲或者各種金屬制品遺落在空艙或者船體鐵銹滴落在空艙中，導致了鋁合金和異種金屬之間的直接接觸產生電偶腐蝕。由于鋁合金材料較一般船用金屬材料活潑，因此在鋁合金船的管系附件上使用異種金屬材料，極易造成金屬電位差而導致腐蝕加快。

4 腐蝕的防護措施

相對傳統的鋼質材料，鋁合金材料在國內的發展時間較短，如何做好鋁合金未涂裝的防腐措施，也是近年來需要重視的難點之一。根據鋁合金的特性，采用的防腐措施不同，產生的效果也不同。根據鋁合金船未涂裝空艙腐蝕的類型，主要采取以下幾點防護措施：

4.1 注意空艙的清潔保養

根據船處在的環境來制定日常養護的措施。比如：在海洋環境中海水鹽分較高，空氣濕度較大，導致空艙中容易出現大量冷凝水，若能保持定期打掃清潔的制度，就不會在艙室內聚集大量的冷凝水，發生點腐蝕會較少，且腐蝕會比較輕微，裝飾板或者防火材料也基本不會出現腐蝕發霉現象；對于空艙中的管路也要按時檢查，看看管路接口處是否有滴漏、滲漏、穿孔現象出現；定期排查各空艙中是否存在異種金屬或者各種腐蝕介質，從源頭上進行控制，以免產生電偶腐蝕。

4.2 選用高耐腐蝕材料

將耐腐蝕元素添加到鋁合金中，可以提高鋁合金的耐腐蝕性。通過向鋁中添加其他金屬元素，改變鋁合金的晶體結構和性能，從而提高鋁合金的強度和耐蝕性，常見的合金元素包括銅、鋅、鎂、鋰等。

4.3 合理的結構形式及焊接工藝

因為鋁合金會發生縫隙腐蝕，選用合理的焊接工藝可以避免縫隙的產生，正確的選用與鋁合金結構相接觸的其它金屬材料、非金屬材料、復合材料及結構形式等，都可以從源頭上降低腐蝕的發生；在艙內易積水的艙底部位、所有縱、橫向非水密構件及舷側、縱骨等，均開足夠的流水孔、通氣孔；與縱艙壁、縱桁相交的肋骨或肋板等橫向構件，在船體板連接的最低部位也開流水孔、通氣孔，以保證由縱向橫向構架所構成的每一格間都能夠泄水并泄至艙底的最低位置；同時，承受交變載荷的結構構件焊接，采用雙面連續焊，以保證焊縫質量，防止縫隙腐蝕。

4.4 采用有機涂層或原位鈍化

1）有機涂層

（1）合理的鋁材表面處理

通過機械拋光、噴砂或化學處理等方法，對鋁合金表面進行處理，去除氧化層表面缺陷，降低點腐蝕發生的概率，從而提高鋁合金的耐腐蝕性能。由于鋁合金的韌性較低，機械拋光或者噴砂處理時，應注意噴砂機壓力和磨料的選擇，不然容易破壞鋁合金基體；采用手工進行打磨時，打磨太淺會造成表面粗糙度不夠，打磨太深就傷了鋁合金表面，所以處理表面母材時，一定要制定合適的方案和方法。

（2）選擇合適的涂層

需要結合使用環境進行選擇，選擇具有良好耐海水腐蝕性能的涂層，同時具有優良的物理性能和機械性能；在涂料中添加的活性顏料，不能與鋁發生化學反應而加速鋁的腐蝕，也不能在水中水解形成堿性環境，避免鋁合金暴露在堿性環境中發生全面腐蝕。

鋁合金與涂層相結合，可以增強鋁合金的抗海水滲透性能，保護海水中的CL-不會侵入鋁合金氧化膜中引起點腐蝕。絕大多數有機涂層之所以有防腐作用，是因為他們阻隔了鋁合金和腐蝕介質的直接接觸，在中間形成了一層物理性阻擋層，為了讓涂層發揮最大的作用，一定要定期檢查涂層，保證涂層的完整性，才能讓整個防腐體系起到作用。

2）原位鈍化

主要是采用專用鈍化促進劑涂擦鋁材表面，進行鋁材表面原位化學鈍化處理，然后用化學轉化劑涂擦鋁材表面，使鋁材表面殘留的活性鋁氧化物轉化為惰性物質，最后用封閉劑進行鋁材表面的封閉處理，消除其表面的防腐蝕缺陷。

4.5 異種金屬絕緣隔離保護

船體是鋁合金，但大部分船用設備、管路系統等都是異種金屬，不同的金屬活潑性也不同，直接接觸或者通過介質相連就會產生電偶腐蝕。預防電偶腐蝕的基本原則是：盡量選用同一種材質，避免出現異種金屬相連；如果無法選用同一種材質，則需要在異種金屬之間加一層物理阻擋層（比如橡膠）來避免發生電偶腐蝕。

4.6 犧牲陽極保護

一般選用鋁鎂新合金作為犧牲陽極的材料，其優點是其電位穩定，有很好的抗陽極鈍化性能，保護效果好，使用壽命長；鋅塊安裝也很重要，安裝鋅塊可以使用螺栓固定也可以使用焊接固定，安裝前在犧牲陽極背面涂一層油漆，防止陽極腐蝕脫落，安裝時應保證鋅塊背面緊貼鋁合金，確保兩者之間有良好接觸與導電，同時保證安裝的陽極表面無油漆和污物。

5 腐蝕的處理對策

1）點腐蝕修復

若深度超過原始厚度50%的點蝕，應該焊補并磨平；若腐蝕深度未超過原始厚度50%，可以用適合鋁材的修補劑進行修補；若在一個肋距范圍內，有三個以上的腐蝕點，其深度超過鋁板原始厚度的40%，則應該挖補或割換。

2）局部腐蝕修復

局部腐蝕的界定、修復或換板要求等，應該按技術要求來進行修換。腐蝕修復之后，要及時的進行防腐處理，保證防腐體系的完整性；要保證油漆、犧牲陽極及絕緣材料的品牌和規格與設計狀態一致，若確實需要更換其他品牌則盡可能保證其性能和化學成分一致。

對出現腐蝕的地方要進行精準修復，制定合適的防腐治理方案用來恢復完整的防腐體系，重點關注以下部位：犧牲陽極處是否連接正常、容易積水處是否有積水及構件縫隙處是否有腐蝕，一旦發現問題馬上處理，恢復防腐體系的完整性，完工后還需要檢查是否有工具或者雜物遺留，做好清潔保養工作，檢查各管路系統是否有滴漏情況，保證管路正常。

6 結論

未涂裝的鋁合金空艙，需要船上的人員定期對各個空艙進行清潔保養，檢查各個空艙的管路滴漏滲漏情況，這將耗費大量的人力和物力。為此，可以對鋁合金未涂裝空艙進行防腐治理，減少鋁合金空艙的腐蝕情況，同時也能節省大量人力與物力，相信未來的鋁合金船市場一定會越來越好。