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      海洋材料(33):鋁合金艦船與海洋設(shè)施腐蝕控制

      2016年04月18日 9:43 5123次瀏覽 來源:   分類: 新材料前沿

        鋁及鋁合金的腐蝕類型及其防護(hù)措施前已述及,現(xiàn)在談?wù)勁灤c海洋設(shè)施鋁構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的防腐措施:合金及狀態(tài)選擇、設(shè)計(jì)、有機(jī)涂層、緩蝕劑、陰極保護(hù)、增厚表面氧化膜、改善環(huán)境等。
        合金及狀態(tài)選擇
        在選用合金時(shí),首先考慮的是材料力學(xué)性能、可焊性能與資源,其次是抗腐蝕性能。在海洋環(huán)境中,5XXX系合金的抗蝕性最高,其次是1XXX系合金,以下的次序是:3XXX系合金,6XXX系合金,2XXX系及7XXX合金,在8XXX系合金中,除AL-Li合金外,其他合金與1XXX系合金的抗蝕性差不多。6XXX系合金的抗蝕性比3XXX系合金的略差一些,在使用中可不進(jìn)行防腐蝕處理,建筑材料的涂漆與陽(yáng)極氧化主要是為了美觀、裝飾與衛(wèi)生。
        材料狀態(tài)對(duì)晶間腐蝕與應(yīng)力腐蝕開裂對(duì)海洋材料的重要性已如前述。包鋁的2XXX系合金與7XXX系合金有很好的抗蝕性,包覆層電位至少比被包覆芯層的負(fù)100mV,以便進(jìn)行有效的陰極保護(hù)。有包覆層的3004合金屋面板在海洋大氣中使用30年后,包覆層的腐蝕深層只不過76μm。
        設(shè)計(jì)
        設(shè)計(jì)考慮不周會(huì)造成嚴(yán)重的腐蝕,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意三點(diǎn):正確選擇材料的合金與狀態(tài);正確地確定與鋁構(gòu)件接蝕的其他金屬或非金屬材料;正確地選定填密材料。以下準(zhǔn)則設(shè)計(jì)時(shí)宜充分考慮。
        1.避免異種金屬接觸,避免鋁件與吸水率>20%木材接觸。如果設(shè)計(jì)需要,則應(yīng)采取嚴(yán)密的防腐蝕措施。據(jù)中國(guó)船舶部門統(tǒng)計(jì),在艇體中修更換的外板中,屬于結(jié)構(gòu)不合理造成的腐蝕占25%,異種金屬接蝕造成的腐蝕占15%,與木材接觸引起的腐蝕占15%,屬于電化學(xué)腐蝕的45%。顯然,精心設(shè)計(jì)可減少工件腐蝕,延長(zhǎng)艦船修理期限。
        2.避免縫隙。對(duì)不可避免的縫隙嚴(yán)密密封,防止海水與潮氣進(jìn)入。
        3.盡量采用連續(xù)焊,不用或少用點(diǎn)焊與鉚接,最佳的焊接方法是摩擦攪拌焊(FSW)。
        4.采用易排水、清洗方便結(jié)構(gòu)。
        5.祼鋁表面不易吸水、吸潮材料接觸,不可避免時(shí),應(yīng)采取有效防潮措施。
        6.管路系統(tǒng)內(nèi)盡量避免急轉(zhuǎn)彎外。
        7.避免熱傳遞到熱點(diǎn)。
        8.避免流體直接撞擊。
        9.避免大的機(jī)械應(yīng)力集中。
        10.設(shè)備安于腐蝕最小處。
        11.如果設(shè)備或設(shè)施要涂油漆,應(yīng)消除尖銳的邊緣。
        為避免接觸腐蝕,在設(shè)計(jì)上應(yīng)做到:
        1.異種金屬電位應(yīng)盡可能地與鋁電位相近。
        2.緊固不同金屬工件時(shí),緊固件對(duì)鋁應(yīng)呈陰極。例如可用不銹鋼螺釘固定鋁-鋼件,不得使用鋁螺釘,最好使用鍍鋁的不銹鋼螺釘。
        3.兩種金屬間須完全電絕緣時(shí),采采用不導(dǎo)電的絕緣墊。同時(shí)兩種金屬間不得與外部電路相連。
        4.如果須在兩種金屬接合面上刷涂油漆,應(yīng)涂于陰極金屬上,不得涂于鋁上,否則會(huì)引起針孔腐蝕。
        5.鋁管與其他金屬連接時(shí),應(yīng)采用可更換的厚壁鋁接頭或凸緣,不得采用螺拉。
        6.盡可能將異種金屬接頭處遠(yuǎn)離腐蝕處。
        7.向異種金屬制的液體循環(huán)系統(tǒng)中添加緩蝕劑。
        8.采用陰極保護(hù)。
        9.在導(dǎo)電性環(huán)境中,陰-陽(yáng)極面積比。例如在海水中,此比值至少應(yīng)為1∶5。
        避免沉積腐蝕準(zhǔn)則:
        1.不采用重金屬零件。
        2.在可引起腐蝕的金屬件上涂油漆。
        3.采用包鋁的鋁材。
        4.添加緩蝕劑。
        5.經(jīng)常清洗鋁構(gòu)件上沉積的重金屬與污物。
        縫隙腐蝕的預(yù)防:首先在設(shè)計(jì)上盡量做到無縫隙,若不可避免,需用非硬化的彈性材料密封,以防液體與潮氣進(jìn)入。常用的密封材料有丁基橡膠、硅橡膠、環(huán)氧樹脂。密封材料不得因老化而開裂。祼鋁表面不得與吸潮材料(紙、布、木材、石棉等)接觸。
        有機(jī)涂層
        在鋁設(shè)備與構(gòu)件上涂有機(jī)涂料大都是為了美觀,如建筑門面與汽車車身,但在特殊情況下也有為了防腐的。不管為了哪種目的,在涂漆之前都應(yīng)精心選擇涂料和嚴(yán)格進(jìn)行預(yù)處料。涂層是鋁表面與環(huán)境之間的物理性阻擋層。有些涂料含有鉻酸鹽之類的緩蝕劑。為了顯露鋁的本色可涂透明漆。在貯存與運(yùn)輸中,為了預(yù)防腐蝕,可涂易于清洗的涂料,對(duì)埋設(shè)于土壤與混凝土中的鋁構(gòu)件可涂煤焦油等。在嚴(yán)重腐蝕環(huán)境中應(yīng)定期維護(hù)有機(jī)防腐涂層。
        緩蝕劑
        緩蝕劑有兩種:陽(yáng)極緩蝕劑,如鉻酸鹽,它能降低鋁的陽(yáng)極反應(yīng);陰極緩蝕劑,如聚磷酸鹽,它能減緩陰極反應(yīng)。陽(yáng)極緩蝕劑的量不夠時(shí),反而會(huì)加速鋁的點(diǎn)腐蝕,因此,陰極緩蝕劑更為安全與可靠,兩種緩蝕劑同時(shí)使用效果會(huì)更好些。
        鋁及鋁合金的緩蝕劑有磷酸鹽、硅酸鹽、氟化物、苯甲酸三乙醇胺、乳酸膠等,它們既可以單獨(dú)使用,也可以混合使用。在閉環(huán)系統(tǒng)中,如有銅或銅合金零件存在,以鈉硫醇笨并噻唑作緩蝕劑能預(yù)防銅腐蝕及隨后鋁的沉積腐蝕。向弱堿性溶液添加硅酸鈉能抑制的鋁的腐蝕。
        陰極保護(hù)
        鋁構(gòu)件的陰極保護(hù)所用的電流可由犧牲陽(yáng)極供給,也可以由外部電源提供。犧牲陽(yáng)極可用Zn、Mg和Zn合金,在海水中也可以用某些鋁合金。Zn及Zn合金犧牲陽(yáng)極很安全,能有效地保護(hù)鋁構(gòu)件。

      責(zé)任編輯:淮金

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