錢　江，王　怡，李　瑤

（1.海軍裝備部，北京 100071；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七一四研究所，北京 100101）

鈦及鈦合金在國(guó)外艦船上的應(yīng)用

錢江1，王怡2，李瑤2

（1.海軍裝備部，北京 100071；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七一四研究所，北京 100101）

鈦及鈦合金具有高比強(qiáng)度、無(wú)磁、耐腐蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)異的海洋材料。本文概述鈦及鈦合金的性能特點(diǎn)，梳理美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家在深潛器和艦船上應(yīng)用鈦合金的情況，研究鈦合金在國(guó)外艦船上應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，包括焊接工藝、電偶腐蝕和生物防污等，最后總結(jié)鈦及鈦合金在國(guó)外艦船上的應(yīng)用情況。

鈦合金；艦船；焊接；腐蝕

0　引　言

鈦及鈦合金是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來(lái)的新型材料，具有強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕、無(wú)磁、焊接性能好、透聲、抗沖擊性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在海水、海洋環(huán)境中具有良好的耐蝕性，是優(yōu)異的輕型材料［1］。

各國(guó)海軍及造船業(yè)對(duì)鈦及鈦合金在艦船上的應(yīng)用研究十分重視，并在艦船上采用鈦合金，以提高艦船設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命，從而提高艦船的綜合性能。

1　鈦及鈦合金的性能特點(diǎn)

1.1耐蝕性優(yōu)異

鈦在中性和氧化性環(huán)境及眾多惡劣環(huán)境中比其他常用金屬材料耐腐蝕性高，特別是對(duì)海水中氯離子具有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。鈦的表面可形成一層非常薄且堅(jiān)固的氧化膜，使鈦鈍化而不受海水腐蝕。鈦的鈍化膜具有很好的自愈性，當(dāng)受到破壞或劃傷后可以迅速自動(dòng)修復(fù)，形成新的保護(hù)膜。正是這層氧化膜保護(hù)鈦不受海水侵蝕，在無(wú)化學(xué)變化和污染的情況下，鈦可以完全抵抗自然海水的腐蝕。與不銹鋼、鋁合金、銅合金相比，鈦合金在流動(dòng)海水中的腐蝕速率幾乎為 0。

純鈦在嚴(yán)峻的海洋環(huán)境中，容易受到縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕的影響，而鈦合金的疲勞性能和韌性則不受海水影響，并且對(duì)海水應(yīng)力腐蝕裂紋有抵抗作用，因此在易出現(xiàn)縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕的地方可以采用鈦合金代替純鈦。

1.2比強(qiáng)度高

比強(qiáng)度是指材料強(qiáng)度與密度的比值。比強(qiáng)度越大，以相同強(qiáng)度設(shè)計(jì)就能獲得更小的結(jié)構(gòu)重量，反之相同結(jié)構(gòu)質(zhì)量下就能獲得更高的強(qiáng)度。高的比強(qiáng)度可以使設(shè)備設(shè)計(jì)更加緊湊，大幅減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量，同時(shí)提高裝備的安全性。

1.3無(wú)磁性

鈦合金沒有磁性，可以提高探測(cè)儀器及工具的抗磁干擾，保證信號(hào)的準(zhǔn)確性，同時(shí)減小設(shè)備的磁物理場(chǎng)效應(yīng)。在很強(qiáng)的磁場(chǎng)中也不會(huì)被磁化，不易被磁探測(cè)儀發(fā)現(xiàn)，增加隱蔽性，可使裝磁引信的水雷或魚雷失效，可以避免磁性雷的攻擊，具有良好的反監(jiān)護(hù)作用。

1.4耐熱和耐低溫性能優(yōu)異

鈦的耐熱性和耐低溫性能良好。目前的熱強(qiáng)鈦合金最高使用溫度可達(dá) 500 ℃～600 ℃，結(jié)構(gòu)鈦合金的使用溫度也可達(dá)到 300 ℃～400 ℃。同其他輕質(zhì)材料如鋁、鎂合金比較，在 300 ℃時(shí)，鈦的強(qiáng)度要高 1 個(gè)數(shù)量級(jí)，而超過(guò) 400 ℃，鋁、鎂合金已喪失工作能力，而鈦合金卻能繼續(xù)保持足夠的使用強(qiáng)度，具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。鈦的耐低溫能力很突出，采用低間隙元素的鈦合金可以耐-253 ℃的低溫，在此溫度下，合金強(qiáng)度比室溫提高了 1 倍，而塑性則保持室溫狀態(tài)下的水平。

1.5中子輻照衰減性能優(yōu)異

在同等強(qiáng)度的中子輻照條件下，普通鋼材受到輻射需要近 100 年才能逐漸衰減，而鈦合金的輻照衰減性能是其 10 倍以上，即 8-10 年后就可以安全回收，這對(duì)核廢料的掩埋、核動(dòng)力設(shè)備的回收以及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)具有非常重要的意義。

2　鈦合金在國(guó)外艦船上的應(yīng)用情況

基于鈦合金上述優(yōu)異性能，使用鈦合金可以大幅降低艦船裝備的結(jié)構(gòu)重量，在實(shí)現(xiàn)艦船高機(jī)動(dòng)性的同時(shí)，還可以保障其高可靠性和安全性。

以美國(guó)和俄羅斯為主的國(guó)外海軍很早便開始了鈦及鈦合金在艦船上的研究和應(yīng)用。

2.1美國(guó)

美國(guó)海軍于 1950 年便開始關(guān)注將鈦合金應(yīng)用于艦船工業(yè)的可能性，并于 1963 年開始逐步開展相關(guān)的工程研究，主要應(yīng)用過(guò)的艦船用鈦合金包括：純鈦、Ti-0.3 Mo-0.8 Ni，Ti-3Al-2.5V，Ti-6 Al-4 V，Ti-6 Al-4 VELI，Ti-6 Al-2 Nb-1Ta-0.8 Mo，Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr 等［2］。表1 列舉了美軍艦船常用鈦合金及其性能特點(diǎn)。其中，Gr.32 即為 Ti-5111，是美國(guó)海軍與鈦金屬公司（Titanium Metals Corporation—Timet）共同合作研制的，其名義化學(xué)成分為 Ti-5 Al-1 Zr-1 Sn-1 V-0.8 Mo-0.1 Si。該合金的突出特點(diǎn)是具有良好的斷裂韌性及抗應(yīng)力腐蝕性能，同時(shí)又具有良好的抗室溫蠕變性能；其沖擊韌性約為 Ti-6 Al-4 V 的 3 倍，并且易于焊接，能夠進(jìn)行大規(guī)格型材的焊接。

表1　美軍艦船常用鈦及鈦合金Tab.1　Typical titanium and titanium alloys used on U.S.Navy vessels

圖1　“阿爾文”號(hào)深潛器的載人艙Fig.1　The personnel sphere of Alvin Submersible

美國(guó)首先在深潛器耐壓殼體上試用鈦合金材料，1973 年用板厚 49 mm 的鈦合金代替 1964 年建造時(shí)采用的 HY100 高強(qiáng)鋼（板厚 33.8 mm），制成了“阿爾文”號(hào)科研深潛器的耐壓殼體，下潛深度從 2 000 m 增加到 3 600 m。近年來(lái)，美國(guó)又對(duì)新型“阿爾文”號(hào)進(jìn)行了研制工作，其下潛深度將增加至 6 500 m。

1981 年和 1982 年建造的“海崖”號(hào)深潛器裝備了鈦制的觀察艙和操縱艙，下潛深度可達(dá) 6 500 m。

20 世紀(jì) 80 年代，美國(guó)啟動(dòng)了高強(qiáng)鈦合金在艦船上應(yīng)用的適應(yīng)性研究，并陸續(xù)將一些高強(qiáng)鈦合金應(yīng)用于艦船裝備。

早期的應(yīng)用之一即為 SPY-1D 雷達(dá)的冷卻器，冷卻器由 0.5 in 的鈦管集束組成，使用了工業(yè)純鈦 2級(jí)，最初安裝于 DDG 51 驅(qū)逐艦和CG 47 巡洋艦的雷達(dá)系統(tǒng)［3］。

鈦合金在美海軍艦船上早期的另一應(yīng)用是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的冷凝器，最先應(yīng)用于“埃爾默·蒙哥馬利”號(hào)護(hù)衛(wèi)艦上（FF1082）。此外，CVN航母、CG 47巡洋艦、DDG 51驅(qū)逐艦 的海水泵也使用了鈦合金。

在“圣安東尼奧”級(jí)兩棲船塢運(yùn)輸艦（LPD 17）上應(yīng)用鈦合金海水管系，是美軍艦船鈦合金的一個(gè)標(biāo)志性應(yīng)用。前期投入雖然比銅-鎳合金管系高，但全壽期節(jié)省成本近 1 700 萬(wàn)美元。近年來(lái)，美軍海軍又啟動(dòng)相關(guān)項(xiàng)目，將鈦合金應(yīng)用于“自由”級(jí)瀕海戰(zhàn)斗艦（LCS）主燃汽輪機(jī)排氣管道（進(jìn)氣口），可使重量減少達(dá) 8 100～9 900 kg［4］。

在潛艇方面，除了在管路系統(tǒng)中應(yīng)用鈦合金外，美國(guó)海軍已經(jīng)成功將鈦合金 Ti-5111 應(yīng)用于潛艇高數(shù)據(jù)率通信天線，其結(jié)構(gòu)和在潛艇上的應(yīng)用如圖2 所示。潛艇的天線工作環(huán)境較為苛刻，腐蝕較為劇烈，Ti-5111 合金制作的高數(shù)據(jù)率天線得益于鈦合金材料耐腐蝕、高強(qiáng)度的特性，抗拉強(qiáng)度達(dá)到 689 MPa，屈服強(qiáng)度為 586 MPa，并且具有極高的斷裂韌性。該天線已在美國(guó) 30 艘潛艇上應(yīng)用。

表2總結(jié)了美國(guó)海軍艦艇用鈦合金情況，從表中可看出，目前美軍艦船上應(yīng)用鈦合金最多的為各種管路系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)裝置。

圖2　潛艇高數(shù)據(jù)率天線Fig.2　HDR mast made by Ti-5111

2.2俄羅斯

俄羅斯船用鈦合金的研究和實(shí)際應(yīng)用水平居世界前列，擁有專門的船用鈦合金系列，如船體用鈦合金ПЫ-1 M；船機(jī)用鈦合金 ПЫ-7 M；船舶動(dòng)力裝置用鈦合金 ПЫ-3 B，5 B 等，強(qiáng)度級(jí)別分別為 490 MPa，585 MPa，686 MPa，785 MPa［5］。

俄羅斯是世界上第 1 個(gè)擁有鈦合金核潛艇的國(guó)家，從開始的試驗(yàn)艇“帕帕”（PaPa）級(jí)鈦合金巡航導(dǎo)彈核潛艇（661 型）（簡(jiǎn)稱 P 級(jí)），到后來(lái)的“阿爾法”級(jí)鈦合金潛艇，再到“麥克”（Mik）級(jí)，最后到“塞拉”（Slerra）級(jí)，1963-1988 年的 20 多年間，俄羅斯共建成了 3 級(jí)12 艘全鈦合金攻擊型核潛艇，包括 7 艘“阿爾法”（Alfa）級(jí)、1 艘“麥克”級(jí)和 4 艘“塞拉”級(jí)。表 3 列舉了俄羅斯采用鈦合金作為耐壓殼體的相關(guān)潛艇。

表2　美國(guó)海軍艦艇用鈦合金情況Tab.2　Application of titanium on U.S.Navy vessels

俄羅斯“基洛”級(jí)常規(guī)潛艇，其早期最典型的特點(diǎn)就是聲吶導(dǎo)流罩結(jié)構(gòu)全部采用鈦材。聲吶罩全部結(jié)構(gòu)的所有部位（透聲板、支架、法蘭）均使用ПT3B單一鈦合金制造，采用單壁結(jié)構(gòu)，由數(shù)控銑床加工出均布透聲孔，具有良好的透聲性、足夠大的剛度以及優(yōu)秀的抗變形能力。

表3　俄羅斯采用鈦合金作耐壓殼體的相關(guān)潛艇Tab.3　Submarines of Russian navy made by titanium

近些年，根據(jù)鈦合金耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，俄羅斯改變了鈦材耐壓艇體的使用方向，在熱交換器、海水淡化器、冷卻器、冷凝器、管道等設(shè)備中大量采用。

2.3其他國(guó)家

日本的艦船鈦合金型號(hào)主要有 Ti-6 A1-4 V，Ti-6 AI-4 VELI，主要應(yīng)用于深潛器的耐壓殼體。日本科學(xué)技術(shù)廳 1981 年建造的深海載人潛水調(diào)查船“深海2000”號(hào)，其外殼骨架、均壓容器、配管等均采用了鈦合金，下潛深度達(dá) 2 000 m。神戶制鋼公司高砂制作所建造的“深海 6500”號(hào)調(diào)查船，耐壓殼體采用 Ti-6 A1-4 V，其下潛深度達(dá) 6 500 m。此外，近些年日本還將鈦合金越來(lái)越多的應(yīng)用于潛艇的柴油機(jī)排氣管與海水系統(tǒng)管路等部位。

法國(guó) 1984 年建成的載人深潛器的耐壓殼體由鈦合金制造，下潛深度為 6 000 m。

3　鈦合金應(yīng)用于艦船的關(guān)鍵技術(shù)

3.1焊接工藝

常溫下，由于表面氧化膜的作用，鈦及鈦合金能保持高的穩(wěn)定性和耐蝕性。但鈦在高溫下，特別是在熔融狀態(tài)時(shí)對(duì)氣體有很高的化學(xué)活性。氫、氧、氮等氣體被鈦吸收后，會(huì)降低焊接接頭的塑性和韌性，引起接頭的脆化。另一方面，鈦的熔點(diǎn)高、熱容量大、導(dǎo)熱性差，焊接時(shí)易形成較大的熔池，并且熔池的溫度很高。

基于上述特點(diǎn)，焊條電弧焊、氣焊、CO2氣體保護(hù)焊難以用于鈦及鈦合金的焊接。目前，鈦及鈦合金的焊接主要采用鎢極氬弧焊（GTAW）、熔化極氬弧焊（GMAW）、等離子焊（PAW）等。其中，鎢極氬弧焊是最常用的方法，常用于焊接厚度在 3 mm 以下的鈦及鈦合金。

1）現(xiàn)行主要焊接工藝-鎢極氬弧焊（GTAW）

“圣安東尼奧”級(jí)兩棲船塢運(yùn)輸艦（LPD 17）上的鈦合金海水管系是美國(guó)海軍首次在艦船上大規(guī)模的采用鈦合金，平均每艘安裝的鈦合金管道多于 3 600 m。

1996 年，諾·格公司簽訂建造合同時(shí)便確定了手工鎢極氬弧焊和自動(dòng)鎢極氬弧焊相結(jié)合的方法來(lái)完成管路的焊接工作。其管路選用的是工業(yè)純鈦 2 級(jí)，公稱尺寸小于12 in，其中 2～12 in Schedule10 的管路采用手工焊，6～12 in 的管路采用自動(dòng)焊［6］。

隨后，埃文代爾（Avondale）造船廠制定了鈦合金管路的焊接工藝規(guī)程，包括生產(chǎn)計(jì)劃、測(cè)試規(guī)程、質(zhì)量控制和焊接工培訓(xùn)，這些規(guī)程得到海上系統(tǒng)司令部的批準(zhǔn)。為成為認(rèn)證的焊接工，需要進(jìn)行一系列培訓(xùn)，包括課堂學(xué)習(xí)、課后練習(xí)和實(shí)際訓(xùn)練；進(jìn)行自動(dòng)焊操作的焊接工還需進(jìn)行額外訓(xùn)練。

1999 年，埃文代爾船廠完成了第一批鈦合金管路的焊接工作。生產(chǎn)工作開始后，埃文代爾船廠、愛迪生焊接研究院（EWI）、海軍連接中心和海上系統(tǒng)司令部繼續(xù)對(duì)焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)以最大化的減少費(fèi)用，將層間溫度由 250 °F 提高到 600 °F，保護(hù)氣體的露點(diǎn)由-60 °F 升至-40 °F。在焊接了約 2 萬(wàn)米的鈦合金管道后，埃文代爾船廠的產(chǎn)品不合格率已低于 0.15%。

2）焊接工藝新進(jìn)展

為提高船廠環(huán)境下大型結(jié)構(gòu)件的焊接生產(chǎn)效率，美國(guó)海軍主要針對(duì)以下幾個(gè)焊接工藝開展研究：攪拌摩擦焊、藥芯焊絲電弧焊、脈沖熔化極氬弧焊（PGMAW）。

圖3　鈦合金管道自動(dòng)鎢極氬弧焊裝置Fig.3　Automatic GTAW of titanium pipe

攪拌摩擦焊 1991 年由英國(guó)焊接研究所發(fā)明，是一種在機(jī)械力和摩擦熱作用下的連接方法。與傳統(tǒng)鎢極氬弧焊相比，攪拌摩擦焊在接頭力學(xué)性能上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

攪拌摩擦焊已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了鋁合金、鎂合金構(gòu)件制造的大規(guī)模應(yīng)用。美國(guó)海軍研究局（ONR）與空軍實(shí)驗(yàn)室、小企業(yè)創(chuàng)新計(jì)劃一起資助了攪拌摩擦焊的研究工作。

美國(guó)海軍變形雙體概念艦 T-craft 計(jì)劃利用攪拌摩擦焊技術(shù)制造鈦合金全尺寸船體。中段結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)達(dá) 6 m的主甲板由 6 塊鈦合金經(jīng)攪拌摩擦焊焊接而成。

除攪拌摩擦焊外，美國(guó)海軍同時(shí)還進(jìn)行了藥芯焊絲電弧焊、脈沖熔化極氬弧焊的研究，以更高效的完成大型結(jié)構(gòu)件的焊接。

3.2電偶腐蝕

1）鈦合金海水管道電偶腐蝕問(wèn)題

“圣安東尼奧”級(jí)兩棲船塢登陸艦（LPD 17）中前 6 艘艦艇大量使用了鈦合金材料的管道，其管道最大外徑約 30.5 cm。

由于制造工藝、成本、裝配、焊接等因素，艦船管道、閥門、法蘭等使用了不同的材料，例如與管道連接的閥門使用的是銅錫合金，其主要是因?yàn)殁伜辖痖y門成本高昂（是銅錫合金的 5 倍以上），尤其是小型支管的閥門，其焊接、裝配工藝要求更高。而采用不同金屬材料的管系須進(jìn)行電偶腐蝕防護(hù)，在管道、法蘭、閥門等部件中進(jìn)行電絕緣處理［7］。

2）鈦合金海水管道電偶腐蝕防護(hù)措施

海水管道實(shí)施電偶腐蝕防護(hù)，要對(duì)法蘭連接處、管道托架與管道連接處、甲板與艙壁通管之間等部位實(shí)施電絕緣防護(hù)。如圖5 所示的管道法蘭絕緣防護(hù)中，其重要方法是將異種金屬接觸部位物理隔離，將螺紋、螺母與法蘭接觸面之間使用塑料墊圈隔離，并用絕緣塑料套管套在緊固螺釘上，防止緊固件與法蘭面發(fā)生電偶腐蝕。

圖4　LPD 17 上使用銅鎳合金法蘭、青銅閥門及鈦合金管道Fig.4　Copper-nickel flange，bronze vavale and titanium pipe on LPD 17

由于裝配等問(wèn)題，艦船管系電絕緣通常較難實(shí)施，且實(shí)施后較難保持，出現(xiàn)管道絕緣器件失效、法蘭隔絕組件失效等情形。此外，艦員進(jìn)行鈦合金管系維修時(shí)的失誤或不當(dāng)操作，可能也會(huì)導(dǎo)致管系電絕緣失效。若絕緣措施不當(dāng)，鈦合金管道和青銅閥門的電偶腐蝕強(qiáng)烈，維護(hù)成本高昂。

圖5　法蘭電絕緣措施Fig.5　Insulation solution of flange

由于緊固件上使用的塑料套管容易破損，易導(dǎo)致電絕緣防護(hù)失效，因此美國(guó)海軍金屬加工中心研發(fā)了新型緊固件絕緣涂層，改進(jìn)緊固件電絕緣防護(hù)方法。新型的絕緣涂層涂覆在緊固件上，與塑料套管相比，其使用壽命更長(zhǎng)，絕緣性能更好，可靠性更高。且緊固件裝配方便，維修便捷。首批采用了該涂層的緊固件將在 LPD17 的鈦合金海水管道上使用。

3.3生物防污

對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間在海水中航行的艦船來(lái)說(shuō)，微生物附著等海洋污染不可避免。海洋微生物附著或黏液沉積在材料表面會(huì)對(duì)設(shè)備的整體性能產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，在艦船維護(hù)時(shí)，清理海洋污染物也需要花費(fèi)大量的時(shí)間和資金。因此，在艦船設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮海洋防污問(wèn)題。

圖6　新型緊固件絕緣涂層Fig.6　New type insulation coating of fastener

鈦合金在艦船的應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)論是在熱交換機(jī)、冷凝器、管道還是整體船只中的應(yīng)用，都必須考慮海洋污染問(wèn)題。長(zhǎng)期運(yùn)行在海洋環(huán)境中的鈦合金熱交換機(jī)和冷凝器，其管道表面容易附著一層海洋有機(jī)微生物并形成隔熱層，使熱交換機(jī)的熱阻超過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)的允許值。另外，當(dāng)管道表面形成黏液層時(shí)（微生物分泌的一種粘性膠狀物，有些酸性分泌物對(duì)船體有腐蝕作用），會(huì)使管道內(nèi)的壓力降低。美國(guó)海軍水面戰(zhàn)中心卡迪洛克分部的實(shí)驗(yàn)表明黏液層在管路表面形成4 個(gè)月內(nèi)，管道內(nèi)的壓力可降低超過(guò) 2 倍。

為解決鈦合金管道的生物防污問(wèn)題，國(guó)外海軍和研究機(jī)構(gòu)開展了如下防污措施的研究：

1）氯氣防污

當(dāng)海水流速較低時(shí)，鈦合金熱交換器或冷凝器需要一些防污保護(hù)措施，否則，除化學(xué)或機(jī)械清洗外，熱交換器和冷凝器的熱阻無(wú)法維持。向管道中的海水通入氯氣是有效的防污方法。

美國(guó)水面戰(zhàn)斗中心卡迪洛克分部的研究顯示，向鈦合金熱交換機(jī)中連續(xù)通入濃度為 0.5 ppm 的氯氣，發(fā)現(xiàn)氯氣可以有效保持管道的清潔和阻止有機(jī)物附著。當(dāng)氯氣通入鈦合金熱交換機(jī)管道時(shí)，會(huì)在熱交換機(jī)表面形成一層棕色的附著層，主要成分為二氧化硅、錳和鐵，可以阻止海洋生物藤壺的附著。潮濕狀態(tài)下的該附著層非常容易清理，且能夠隨著海水的流動(dòng)剝落。

此外，卡迪洛克分部在試驗(yàn)中并未檢測(cè)到通入氯氣的管道系統(tǒng)中有銅基合金的腐蝕情況。這說(shuō)明，在鈦合金和銅-鎳合金的混合結(jié)構(gòu)管路中，氯化防污法對(duì)非鈦合金部分的腐蝕作用很小。

2）電解氯防污

對(duì)于低流速，溫度為 9.5 ℃～23.4 ℃，鹽度在12.5 ～30.85 ppt 范圍內(nèi)的海水環(huán)境中，電解氯可以起到很好的防污效果［8］。通常電解氯防污方法采用海水作為電解液，將海水通入電解池中，經(jīng)過(guò)電解產(chǎn)生氯原子，氯原子又迅速與海水中的次氯酸鹽和次氯酸反應(yīng)形成次溴酸鹽，再將次溴酸鹽溶液注入進(jìn)入冷卻器之前的水蒸氣中，隨后進(jìn)入冷凝器中。電解氯可有效阻止有機(jī)生物的附著，如藤壺或管蠕蟲。

3）高流速海水防污

鈦合金熱交換機(jī)或冷凝器管道內(nèi)海水的最大流速為 2.7 m/s，當(dāng)海水以較高的流速（不小于 2.4 m/s）通過(guò)管道時(shí)，海水本身的速度就可以殺死大量的海洋微生物。管道內(nèi)的高流速海水短時(shí)間內(nèi)可殺死 50%的微生物，其中小型（1～2 mm）藤壺將被全部殺死，而大型藤壺有存活下來(lái)的可能。但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的海水沖刷，熱交換機(jī)或冷卻器管道將被徹底清潔［8］。

4）超聲波防污

澳大利亞皇家海軍對(duì)超聲波防污方法進(jìn)行了試驗(yàn)［9］。將超聲波發(fā)生器裝在鈦合金熱交換器和管道的外部，并通過(guò)轉(zhuǎn)換器將超聲波的電能轉(zhuǎn)換為液壓振動(dòng)，在液體中產(chǎn)生億萬(wàn)個(gè)微小的氣泡，使海水中的微生物難以靠近管道表面，無(wú)法附著。同時(shí)使海水升溫，產(chǎn)生擴(kuò)張及壓縮，形成空化效應(yīng)，使管道表面、內(nèi)部及縫隙中的附著物迅速脫落，從而達(dá)到清除管道內(nèi)附著物的目的。

澳大利亞皇家海軍還對(duì)商用產(chǎn)品“Sonoxide”超聲波水處理系統(tǒng)進(jìn)行研究。該系統(tǒng)通過(guò)將空氣引入超聲波室來(lái)制造大量的微氣泡，提高了低功率和高頻超聲波的性能。雖然 Sonoxide 系統(tǒng)性能優(yōu)異，但初期安裝費(fèi)用較高。

5）高分子膜防污

美國(guó)海軍水面作戰(zhàn)中心卡迪洛克分部對(duì)用于鈦合金表面的一種新型高分子仿生防污膜進(jìn)行試驗(yàn)研究［10］。仿生高分子防污膜的為 mPEG-DOPAx（聚乙二醇—多巴［4］）高分子膜，其中 DOPA 為膠黏劑，作用是將高分子粘附在材料表面，而聚乙二醇則起到防污作用。試驗(yàn)證明該高分子仿生防污膜具有良好的抗污性。另外，該實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，將 DOPA 從 1 增加到 3，不僅可以增強(qiáng)高分子膜的粘結(jié)性能還可以增強(qiáng)高分子膜的防污能力。

4　結(jié)　語(yǔ)

以美國(guó)、俄羅斯為主的國(guó)外海軍已經(jīng)在耐壓殼體（潛艇和深潛器）、管路系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)裝置等方面成熟應(yīng)用了鈦合金，解決了焊接工藝、電偶腐蝕、生物防污等應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)；同時(shí)對(duì)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的深入研究仍在開展，以更好地解決鈦合金應(yīng)用于艦船的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題等。

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The application of titanium and titanium alloys on foreign vessls

QIAN Jiang1，WANG Yi2，LI Yao2
（1.Naval Armament Department of PLAN，Beijing 100071，China；2.The 714 Research Institute of CSIC，Beijing 100101，China）

Titanium and titanium alloys have a lot of advantages，such as high specific strength，non-magnetic and high corrosion resistance.They are excellent light-weight structural materials.In this paper，the properties of titanium and titanium alloys are summarized；the applications on bathyscaph and vessels of foreign countries such as the United States and Russia，are reviewed.Moreover，technologies relevant to the use of titanium，including welding technology，galvanic corrosion and antifouling solution，are discussed in detail.Finally，a summary on the application of titanium and titanium alloys on foreign vessels are made.

titanium；vessel；weld；corrosion

TP393

A

1672-7619（2016）06-0001-06

10.3404/j.issn.1672-7619.2016.06.001

2016-03-02

錢江（1975-），男，工程師，研究方向?yàn)榕灤牧瞎芾怼?/p>