劉洪生 李曉東 曹海嬌

（1. 海裝沈陽局駐鞍山地區(qū)軍事代表室，遼寧 鞍山 114003；2. 中國科學(xué)院金屬研究所，遼寧 沈陽 110016）

0 引言

現(xiàn)代船舶是一個龐大和復(fù)雜的系統(tǒng)， 集中了先進尖端科技成果，是一個匯聚現(xiàn)代化工業(yè)水平的縮影。艦船上大量海洋新材料的廣泛使用，成百上千復(fù)雜功能系統(tǒng)的運行，且長期處于惡劣的海洋腐蝕環(huán)境，那些形式多樣、復(fù)雜多變的如電偶腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、雜散電流腐蝕等典型形式在內(nèi)的船舶腐蝕現(xiàn)象隨處可見。

船舶上各種設(shè)備、裝置、系統(tǒng)長期處于高溫、高濕、高鹽霧的惡劣海洋環(huán)境，腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，而且材料體系匹配性引起的電偶腐蝕現(xiàn)象仍然不容忽視，經(jīng)常引發(fā)船體、管路、設(shè)備故障及事故的發(fā)生，直接影響船舶的使用和安全，導(dǎo)致維修工程量和經(jīng)費的大量增加，使用壽命縮短等問題，給船舶使用帶來隱患和風(fēng)險。

綜合起來看，腐蝕的影響主要表現(xiàn)在：一是腐蝕造成的船舶使用、安全等方面的問題，經(jīng)常引發(fā)船舶裝備故障和事故的發(fā)生，防不勝防；二是腐蝕導(dǎo)致的船體結(jié)構(gòu)、管路系統(tǒng)、裝設(shè)備等性能下降，影響船舶綜合操控性能的提高；三是腐蝕引起的船舶維修工程范圍擴大、修理周期延長、全壽期費用增加等，已經(jīng)成為制約船舶建設(shè)和發(fā)展的重要因素之一。

目前，采用常規(guī)涂料難以解決船舶通海設(shè)備長期腐蝕防護問題，選擇各種相對耐蝕金屬材料在船舶通海系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備上使用，用來解決海水嚴(yán)重腐蝕問題[1]。同時，由于通海系統(tǒng)中采用不同的金屬材料，又導(dǎo)致產(chǎn)生嚴(yán)重的電偶腐蝕現(xiàn)象。

總的來看，船舶上的腐蝕情況與設(shè)計、材料、使用、管理等方面有相關(guān)性。針對船舶通海系統(tǒng)設(shè)備腐蝕與防護現(xiàn)狀、特點、需求、差距等，首先研究并提出艦船通海系統(tǒng)設(shè)備腐蝕預(yù)防與控制的總體思路、構(gòu)想及對策，努力提高船舶防腐蝕整體水平。為此，選擇在船舶通海系統(tǒng)海水泵、海水濾器設(shè)備上采用了SEBF高性能熔結(jié)環(huán)氧涂層技術(shù)，解決這些基材為硅黃銅的通海系統(tǒng)設(shè)備嚴(yán)重的海水腐蝕及電偶腐蝕問題。通過近3年多的試用及監(jiān)察表明，已完全解決了通海系統(tǒng)中海水泵、海水濾器設(shè)備長期存在嚴(yán)重的海水腐蝕問題。由于SEBF涂層具有優(yōu)異的抗海水滲透性能和絕緣性能，同時也使通海系統(tǒng)中那些包括電偶腐蝕、縫隙腐蝕、雜散電流腐蝕等典型形式在內(nèi)的船舶腐蝕問題得到有效阻止或減緩。

1 SEBF熔結(jié)環(huán)氧涂裝技術(shù)

1.1 SEBF高性能熔融結(jié)合環(huán)氧粉末涂料

上世紀(jì)90年代前期，我國主要使用有溶劑體系涂料涂層，這類涂層技術(shù)耐久性很低。上世紀(jì)90年代后期，國外的熔結(jié)環(huán)氧防護技術(shù)進入我國，防腐涂層耐久性有了明顯提高。但是, 原有技術(shù)在初期存在一定問題，無論是性能還是耐久性有一定局限性，主要是沒有掌握控制這類無溶劑涂層失效規(guī)律，不能充分發(fā)揮這類涂層的防腐效果。

近30年來，通過大量的研究和開發(fā)工作，從中發(fā)現(xiàn)了無溶劑環(huán)氧涂層防腐失效的的基本規(guī)律，研究開發(fā)出耐久性較好的高性能屏蔽型環(huán)氧涂層，以適應(yīng)我國高速發(fā)展經(jīng)濟建設(shè)的需求[3]。

隨著人們對自然開發(fā)的深度和廣度不斷加強，特別是海洋資源利用和開發(fā)，一般防腐涂料已很難滿足耐久性的需要。而要求在嚴(yán)酷的海洋腐蝕環(huán)境或介質(zhì)中，能在相當(dāng)長的時期對基材進行有效防護的涂料，這就是SEBF高性能熔結(jié)環(huán)氧涂料的目標(biāo)，由此可知該SEBF熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料應(yīng)較一般防腐涂料具備更高的防腐性能，較一般防腐涂裝技術(shù)具有更強的防護效果。

SEBF熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料能達到海洋環(huán)境重腐蝕防護耐久性的效果，除了它本身必須具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性外，還具備如下主要三個方面的性能要求：

（1）涂層與基體有很強的結(jié)合力。避免涂層材料在應(yīng)用過程中因環(huán)境因素的侵入而剝落，使得基體暴露而腐蝕；

（2）涂層本身具有一定的機械強度，不會受外力的作用而破裂，保持防護效果；

（3）涂層具有較強的抗?jié)B透能力，一些活性介質(zhì)（如O2、Cl-、H2O、SO42-等）不容易擴散到基材與涂層的界面處，使得基材得到有效的防護。

SEBF熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料主要由環(huán)氧樹脂、填料、流平劑、固化劑、偶聯(lián)劑等組成。環(huán)氧樹脂是粉末涂料的基料，為高分子的固體樹脂，其分子量大小、分布和雜質(zhì)等直接影響了涂層的質(zhì)量；填料是關(guān)系到涂層的耐化學(xué)腐蝕性能和抗?jié)B透性能，是調(diào)整涂層的硬度、強度、耐磨性等而加入的無機物，它也是涂料的主要的原料；流平劑是增加樹脂在熔融過程中的流動性，增加涂層的平面度和減少針孔、桔皮等缺陷；固化劑是使樹脂在熔融狀態(tài)下交聯(lián)成網(wǎng)狀的物質(zhì)，固化反應(yīng)的程度直接決定了涂層的性能，因此選擇固化劑相當(dāng)重要；偶聯(lián)劑是起促進原料中界面的活性，增加各種原料之間，尤其是填充料與樹脂之間的結(jié)合力，雖數(shù)量少，但對涂層的性能作用顯著。

1.2 SEBF涂裝工藝

用于海洋腐蝕環(huán)境下的SBEF粉末涂料為單組份熱固性的熔融結(jié)合改性環(huán)氧粉末涂料，采用其特殊涂裝工藝可在金屬構(gòu)件表面熔融涂敷固化成膜，形成一層厚度均勻、表面光潔耐腐蝕涂層。

SBEF涂裝技術(shù)應(yīng)用于腐蝕環(huán)境中各種金屬構(gòu)件，特別是對異型復(fù)雜工件涂裝更有其獨特之處，需按圖1的工藝流程嚴(yán)格執(zhí)行。方式；

（5）熔融涂裝指將SEBF粉末涂料涂敷在預(yù)熱后金屬構(gòu)件表面，經(jīng)熔融成膜并控制一定厚度的工藝過程。根據(jù)工件的大小、尺寸、形態(tài)等條件可采用靜電涂裝、流化床、摩擦靜電涂裝等方法；

（6）涂層固化是指在一定溫度條件下涂層中高分子在固化劑的作用下形成空間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使涂層具有良好的物化性能，SEBF粉末涂料固化溫度一般在180～220℃之間；

（7）涂層檢測為最后對涂層厚度、針孔進行檢測，對外觀進行目測，涂層表面應(yīng)光滑、平整、無裂紋、無流掛、無漏涂等，達到涂層防腐要求，關(guān)鍵是用電火花檢漏儀進行檢測，要求被涂件無一漏點存在。

2 通海系統(tǒng)設(shè)備腐蝕現(xiàn)狀

（1）表面修整指在涂裝前對被涂金屬表面進行的外觀檢測、局部補焊、打磨等。要求焊道平滑，無缺肉、氣孔、縫隙、焊渣等。對飛濺、尖點、凸凹不平處打磨清除，將棱角打磨成圓角過渡；

（2）表面處理為涂裝前重要的一道工序，表面處理質(zhì)量直接影響到涂裝后涂層的質(zhì)量和使用壽命。去污去油并噴砂除銹達到SEBF涂裝要求的Sa 2.5級表面清理標(biāo)準(zhǔn)；

（3）轉(zhuǎn)化膜制作是為了提高涂層與有色金屬材料基體表面的附著力，采用的一種表面化學(xué)處理特殊方法；

（4）工件預(yù)熱為把工件加熱到要求的溫度。預(yù)熱溫度取決于粉末涂料融熔溫度、環(huán)境溫度及工件熱容量大小，一般控制在230～260℃范圍內(nèi)。根據(jù)不同條件可采用電爐、燃氣爐、感應(yīng)加熱的

艦船腐蝕典型形式有電偶腐蝕、點腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、雜散電流腐蝕等，這些腐蝕也可以交互作用，對機體造成損傷同時也表現(xiàn)出不同的表面腐蝕形態(tài)[2]。電偶腐蝕多發(fā)生在海水管路系統(tǒng)及設(shè)備法蘭緊固件等異金屬接觸及焊接部位；點腐蝕多發(fā)生在暴露于潮濕海洋大氣或海水中的艦船結(jié)構(gòu)、管道、設(shè)備等表面；縫隙腐蝕多發(fā)生在法蘭面接觸部位、螺栓螺帽等有結(jié)構(gòu)縫隙的部位；應(yīng)力作用下的腐蝕包括應(yīng)力腐蝕斷裂、氫脆、腐蝕疲勞、空泡腐蝕、沖擊腐蝕等；晶間腐蝕通常是船舶用鋁合金、不銹鋼、銅合金等金屬特定條件下發(fā)生的腐蝕。

通海系統(tǒng)管道設(shè)備直接與海水接觸，管路及海水泵及海水濾器等設(shè)備海水腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。有個別設(shè)備僅使用一年多時間就已腐蝕嚴(yán)重影響運行安全而被迫更換，其中海水泵腐蝕情況如圖2所示，泵體、泵蓋、葉輪等過流部位都存在不同程度的腐蝕情況，局部腐蝕和點蝕較為嚴(yán)重，點蝕導(dǎo)致出現(xiàn)很深的腐蝕凹坑。

圖3為海水濾器腐蝕情況，呈現(xiàn)腐蝕狀態(tài)是均勻腐蝕和局部點蝕，有些僅使用了一個船檢周期，由于局部腐蝕嚴(yán)重，出于安全考慮只能跟換新的濾器。通海系統(tǒng)管路中彎管腐蝕如圖4所示，多部位局部蝕較為嚴(yán)重，接近法蘭邊緣表面的許多點蝕已出現(xiàn)凹坑，彎管內(nèi)表面過流部位點蝕也很嚴(yán)重，可見點蝕部位返出綠色銅氧化物。

目前，常規(guī)涂料防護方法已難以滿足自然環(huán)境腐蝕分類為最高級別的高熱、高濕、高鹽的海洋大氣環(huán)境下使用的需要，因此船舶裝備上的金屬材料要采用有效的腐蝕防護技術(shù)，以應(yīng)對海洋氣候下惡劣的腐蝕環(huán)境，這就為SEBF重腐蝕防護技術(shù)應(yīng)用在船舶裝備上解決海洋環(huán)境下的腐蝕問題提供了契機。

3 SEBF涂層性能試驗

為滿足和保證SEBF涂層技術(shù)在通海系統(tǒng)設(shè)備上使用的耐久性，采用與通海系統(tǒng)設(shè)備相同的硅黃銅材質(zhì)為基材，對SEBF涂層進行了相關(guān)性能試驗。

實驗室對SEBF涂層進行基本性能試驗樣件及應(yīng)用性能試驗評定，在進行涂層試驗件制作時，SEBF涂裝厚度控制在350～600μm范圍內(nèi)。

表1為采用硅黃銅基材進行的SEBF涂層基本性能指標(biāo)實驗室檢測結(jié)果。

同時還對SEBF涂層進行了應(yīng)用性能試驗檢測，包括SEBF涂層的表面粗糙度、平整度、密封適配性、法蘭振動密封性、緊固抗壓性、充壓疲勞性能，試驗檢測結(jié)果表明SEBF涂層上述應(yīng)用性能均滿足相關(guān)使用要求。

表1 SEBF涂層基本性能測試結(jié)果

4 應(yīng)用情況

SEBF 涂層技術(shù)目前已成功地應(yīng)用在海洋重腐蝕環(huán)境下船舶通海系統(tǒng)的設(shè)備上，解決許多用常規(guī)防腐方法長年得不到解決的嚴(yán)重海水腐蝕問題。如圖5～圖7分別為海水泵、海水濾器、彎管過流部位采用SEBF 涂層技術(shù)后實物。

船舶通海系統(tǒng)設(shè)備受海水嚴(yán)重腐蝕，海水泵、海水濾器、彎管等設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，直接影響通海系統(tǒng)安全運行，為解決海水對設(shè)備嚴(yán)重腐蝕問題，在2017年6月首先在一條船舶的海水濾器設(shè)備上采用SEBF涂裝技術(shù)。通過一年時間的試用考核，SEBF涂層對海水濾器的腐蝕防護效果非常明顯，濾器過流部位SEBF涂層完好且無海生物附著現(xiàn)象。隨后在多條船舶的海水濾器、海水泵、彎管設(shè)備上應(yīng)用，很好解決了通海系統(tǒng)中這些設(shè)備的海水嚴(yán)重腐蝕問題。在使用過程中實施跟蹤檢測，經(jīng)過三年多的使用，SBEF涂層未發(fā)現(xiàn)有剝落、起皮、失效等現(xiàn)象，受涂裝保護部位無腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。

5 結(jié)語

（1）應(yīng)用結(jié)果表明SEBF涂層具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能，明顯提高船舶通海系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕防護能力，可有效防止各類型腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生，如在法蘭面上采用可有效防止因使用不同材質(zhì)在接觸部位產(chǎn)生的電偶腐蝕；

（2）通過對SEBF涂裝工藝研究改進，研發(fā)出適合復(fù)雜異型結(jié)構(gòu)件的涂裝工藝，以及可保證海水泵葉輪動平衡要求的涂裝工藝技術(shù)，具有常規(guī)防腐方法達不到的腐蝕防護效果；

（3）SEBF涂裝技術(shù)可廣泛應(yīng)用海洋環(huán)境中各類船舶海水腐蝕防護上，對解決腐蝕問題提高設(shè)備使用壽命發(fā)揮其明顯優(yōu)勢，對降低運行成本，減少檢修次數(shù)具有明顯效果，可節(jié)約大量設(shè)備更換和維修資金。