目前，大多數(shù)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(yán)重，腐蝕不僅降低了船舶鋼結(jié)構(gòu)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(yán)重的是，一旦出 現(xiàn)穿孔或開裂，還會導(dǎo)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(jīng)費為44. 4億美元。

我國船體材料通常采用低合金鋼，其在海水中的平均腐蝕速率為0.14 mm /年（921鋼青島實海掛片數(shù)據(jù)），局部腐蝕速率為0. 44 mm/年（921鋼青島實海掛片數(shù)據(jù)）。實船由于受螺旋槳等不同材質(zhì)結(jié)構(gòu) 的影響，實際腐蝕速率會更大。這就意味著，船體鋼板在無任何保護或只有涂層保護的情況下，局部在3? 5年內(nèi)將腐蝕穿孔。我國因金屬腐蝕造成的損失也很嚴(yán)重，每年達200億一 300億人民幣。這已引起國內(nèi)外防腐專家的極大關(guān)注，并積極研究探索解決金屬腐蝕的各種防護技術(shù)方法和措施——

船舶腐蝕特點

金屬腐蝕按其機理不同可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。船舶受腐蝕速度與海水的流動速度、氣泡、溫度、沖擊性以及海水所含微生物等因素都有有極為密切的關(guān)系。船體在海水中的腐蝕主要的是電化學(xué)腐蝕，即在腐蝕過程中有微電流產(chǎn)生。

1. 1氧的濃差電池作用

由于氧有奪取電子的能力，且水面的氧較水下的氧多，故近水面部分的金屬得到電子成為陰極，而水中部分的金屬失去電子成為陽極而發(fā)生腐蝕。腐蝕發(fā)生后，縫隙或缺口處的氧多，而底部氧少，從而底部繼續(xù)腐蝕，從而成為銹坑或銹穿孔.

1. 2兩種不同金屬或鋼種的腐蝕

在海水中，兩種不同成分的金屬接觸時，電勢較低的金屬成為陽極發(fā)生腐蝕。船舶水下附體包含大量與船體不同金屬或鋼種的設(shè)備，例如測深儀、聲納等，因此船舶發(fā)生此類腐蝕較為嚴(yán)重。

1. 3氧化皮引起的腐蝕

由于氧化皮的電極電位比鋼鐵的高0.26 V,所以成為陰極，而鋼鐵本身成為陽極發(fā)生腐蝕。

1. 4涂膜下的腐蝕

由于實際上涂膜表央有微孔存在，所以海水仍可緩慢穿過涂膜產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕.此時，含涂膜的部分 成為陰極，不含涂膜的部分成為陽極而發(fā)生腐蝕，生成FeO和H2氣體，進一步變成Fe3O4和 Fe2O3,由于Fe3 04和Fe2O3的體積比Fe大得多，所以使涂膜鼓起破壞。在涂膜未損壞或失效時，這一過程是緩慢的。涂漆前未除盡的氧化皮、銹蝕物、污物、水分、鹽類等，在涂膜下加速進程，破壞涂膜。涂裝時漏涂等施工缺陷也會加速腐蝕進程，從而過早破壞涂膜。涂膜損壞后將產(chǎn)生前述各種腐蝕，這種腐蝕速度比未涂漆時更快。

1. 5雜散電流引起的腐蝕

由于供電或電焊時，違反操作規(guī)程，產(chǎn)生漏電，從而使船體變成一個巨大的陽極，產(chǎn)生大規(guī)模的腐蝕。這種腐蝕后果非常嚴(yán)重，某廠建造的4艘登陸艇，出廠1年后，6 mm的鋼板局部幾乎爛穿。

由上述分析可知，海洋環(huán)境中的電化學(xué)腐蝕是困擾船舶的嚴(yán)重問題。因此，船舶防腐效果的好壞直接影響到該船的有效使用。

船舶電化學(xué)腐蝕的控制

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。電化學(xué)腐蝕防護是船舶總體設(shè)計的重點之一，須綜合考慮多種因素，包括船體材料、任務(wù)、航區(qū)等，以較少的投入保證電化學(xué)防腐的效果，控制船舶電化學(xué)腐蝕的的方式包括陰極保護和結(jié)構(gòu)工藝措施.

2. 1防護涂料技術(shù)

目前，船舶涂料的品種有：水線涂料、船殼涂料、甲板涂料、油艙涂料、飲水艙涂料、壓載水艙涂料、 防污涂料等。良好的涂層保護是陰極保護系統(tǒng)安全、有效、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。

隨著修造船業(yè)的迅速發(fā)展,技術(shù)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(shè)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，釆用厚漿型、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、鉻等重金屬顏料，降低涂料中有機溶劑含量, 不使用有機錫、焦油等有害物質(zhì)來達到環(huán)保衛(wèi)生的要求。

2. 2陰極保護技術(shù)

船體的陰極保護技術(shù)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(shù)是通過在船體外表面安裝充當(dāng)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—鋁—鎘三元合金（稱為鋅合金犧牲陽極）、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(shù)量是根據(jù)船體各部位的形狀、面積和環(huán)境情況專門設(shè)計的。

犧牲陽極法的特點：不需要外加電源，方便安全可靠，平時無須管理。適用于中、小型船艇和沒法提供可調(diào)電源的地方。為了保證防腐效果其陽極塊數(shù)要足夠多，且不能實現(xiàn)隨外界條件變化而自動控制。

2）外加電流陰極保護技術(shù)。

這種技術(shù)是將犧牲陽極保護中的犧牲陽極塊更換成只起導(dǎo)電作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(gòu)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(gòu)成。整個系統(tǒng)使船體電位始終保 持在保護電位范圍內(nèi)。

外加電流法的特點：電壓、電流可調(diào)性好，可隨外界條件變化實現(xiàn)自動控制。使用周期長，可用于不同介質(zhì)之中。一般安裝于中、大型船艇，但需一套控制設(shè)備，并須經(jīng)常檢査管理。犧牲陽極法的特點：不需要外加電源，方便安全可靠，平時無須管理。適用于中、小型船艇和沒法提供可調(diào)電源的地方。為了保證防腐效果其陽極塊數(shù)要足夠多，且不能實現(xiàn)隨外界條件變化而自動控制。

2. 3陰極保護要點

2. 3. 1保護電位和理想保護效果

工程上規(guī)定的陰極保護設(shè)計電位一般按某一種準(zhǔn)則，如被保護鋼構(gòu)件與相鄰環(huán)境介質(zhì)間電位差負于 -850 mV(對硫酸銅電極CSE)等，實際上，這些準(zhǔn)則規(guī)定的值受保護構(gòu)件及環(huán)境特性的影響。

根據(jù)陰極保護的原理，在對金屬實施陰極保護的時候，為了到達理想的保護效果，需要注意陰極保護的極小保護電位和極小保護電流密度兩個主要參數(shù)。而在實際中考慮到其它因素的影響，還要選擇合理的特大保護電位和特大保護電流密度。

(1)極小保護電位

為使腐蝕完全停止，必須使被保護的金屬電極電位極化到活潑的陽極“平衡”電位，即保護電位，對于鋼結(jié)構(gòu)這一電位就是鐵在給定電解質(zhì)溶液中的平衡電位。保護電位有一定的范圍，鐵在海水中的保護電位在 -0.80—1.0V之間，當(dāng)電位大于-0.80V時，鐵不能得到完全的保護，該值稱為極小保護電位。選擇保護 電位需根據(jù)已有的實驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗加以確定。我國近年來規(guī)定鋼船在海水中的保護電位為-0.75 一 -0.95V,理想保護范圍為-0.85—  -1.0V.采用陰極保護時使金屬的腐蝕速度降到允許程度所需要的電 流密度值，稱為極小保護電流密度。極小保護電流密度與極小保護電位相對應(yīng)，要使金屬達到極小保護電 位，其電流密度不能小于該值，而如果所采用的電流密度遠遠超過該值，則有可能發(fā)生“過保護”。極小保護電流密度與被保護的金屬種類，腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，保護電路的總電阻，金屬表面是否有覆蓋層及覆蓋 層的種類，外界環(huán)境條件等因素有關(guān)，必須根據(jù)經(jīng)驗和實際情況作出判斷。

實際被保護的金屬結(jié)構(gòu)有一定的長度、寬度和面積，陽極和被保護的結(jié)構(gòu)表面的距離不可能完全一致。陽極電流到達距陽極至遠的部位所流經(jīng)的電解質(zhì)都起電阻的作用，引起電位下降。為了使陰極至遠處得到極小保護電位，則需提高陽極和被保護金屬問的電位差，以補償那部分電位降的損失，被保護金屬在陽極附近的部位必然得到較高的保護電位。實踐證明，陰極電位越負，陰極附近的電解質(zhì)中的pH值越高，堿性越強。電位負至析氫電位時，則在陰極表面有氫氣析出。如果是涂料和陰極保護聯(lián)合應(yīng)用的情況，就必須考慮涂料涂層的耐堿性。

陰極保護電位和保護度與外加能量（電壓與保護電流乘積）關(guān)系中，供陰極保護的外加能量對保護電位的曲線存在一個拐點（二階導(dǎo)數(shù)為零），該點位于特大保護度電位附近，該點附近保護電位的變化引起的能量變化巨小，當(dāng)實際電位負于此電位時，外加能量中消耗在析氫等過程的比率明顯增加，可從實驗曲線或擬合方程來計算這個保護電位。

2. 3. 2陽極形狀

傳統(tǒng)觀點認為，陽極棒的端頭應(yīng)加工成半球形，以避免棱角處電流密度集中。釆用物理模型計算后表明， 陽極端部的確存在電流密度集中的問題，但單靠改變端頭形狀，改進效果不大。有研究表明，在陽極根部采用合適的塑料絕緣套（陽極屏蔽層），可得到比較均勻的陽極電流密度分布。

2. 3. 3保護電位和電流密度的分布

陰極保護體系中金屬表面各處保護電位不同，目前評價陰極保護效果主要用電位準(zhǔn)則，確定體系保護電位分布是陰極保護數(shù)學(xué)模型的主要研究內(nèi)容之一。達穩(wěn)定狀態(tài)的陰極保護體系電位分布滿足靜電場電位方程（泊松或拉普拉斯方程），為求得唯一解，必須同時規(guī)定某些邊界條件，如：在構(gòu)件與介質(zhì)的所有界面給出其電位與電流密度，或與電位梯度之間的關(guān)系式：一f（J）一f?[V]。一般情況下，從這些方程只能求得電位分的數(shù)值解，得不到解析解。對形狀較簡單的保護構(gòu)件，也可用其他方法來推導(dǎo)電位分布的近似 數(shù)學(xué)表達公式。根據(jù)電位分布還可進一步推算出電流密度分布，計算出更接近實際的總保護電流值。

結(jié)束語

把陰極保護功能和涂膜的屏蔽功能融合為一體的新型防腐蝕技術(shù)，得到了廣泛的關(guān)注，并在實際中得到 了較好的應(yīng)用。

由于船舶電化學(xué)腐蝕發(fā)生因素的復(fù)雜性和一定的不可預(yù)測性，電化學(xué)腐蝕設(shè)計一直是設(shè)計難點。在近幾年的船舶設(shè)計，大多釆用結(jié)構(gòu)工藝綜合措施結(jié)合陰極保護，陰極保護又往往同時使用外加電流和犧牲陽極。 這樣投入大，但保證了相當(dāng)?shù)脑O(shè)計裕度，近年設(shè)計的船舶較少發(fā)生重大電化學(xué)腐蝕事件。