海洋船舶上的新型防腐蝕技術探析

張偉，金曦*，左宏鑫，王文玉，李建偉

（1.中海油常州涂料化工研究院有限公司上海海鎧防腐工程技術分公司，上海 200000；2.珠海經海智能科技有限公司，廣東珠海 519085）

惡劣的海洋環境使得海洋船舶容易受到腐蝕侵害，而傳統的防腐技術存在著一定的局限性和問題，難以滿足海洋船舶在不同環境下的防腐蝕需求。海洋船舶腐蝕問題已成為當前急需解決的問題，因此如何開發新型的防腐蝕技術，提高海洋船舶的防護能力，延長使用壽命，成為當前海洋船舶行業的重要研究方向之一。本文就海洋船舶上的新型防腐蝕技術進行探析，旨在提高海洋船舶防腐蝕技術的水平，促進海洋船舶行業的可持續發展。

1 海洋船舶的防腐蝕技術概述

1.1 防腐蝕技術的基本原理

防腐蝕技術是利用物理、化學、電化學等原理，采用一系列措施使金屬材料免受腐蝕侵害的技術。其基本原理是通過在金屬材料表面形成一層保護層，這層保護層可以起到隔離金屬材料與外界的聯系，防止腐蝕因素進一步侵蝕金屬材料的作用。防腐蝕技術主要包括物理防腐、化學防腐及電化學防護等技術。物理防腐是通過在金屬表面覆蓋一層特殊材料或采用特殊的涂層來保護金屬表面不被腐蝕，常見的物理防腐技術包括熱噴涂、冷噴涂、焊接等[1]。化學防腐是通過在金屬表面形成一層穩定的氧化膜或反應物質來達到防腐蝕的目的，通常采用化學涂層等技術。電化學防護是在金屬表面施加電流或在電解液中浸泡金屬以保護金屬不被腐蝕，通常包括陽極保護、陰極保護等技術。防腐蝕技術的選擇不僅應考慮不同的使用環境，如水質、溫度、氧化程度和腐蝕劑等因素，還應考慮其經濟性和實際效果。

1.2 我國海洋船舶防腐蝕技術現狀

經歷多年的探索和實踐，目前在我國海洋船舶防腐蝕中使用的技術主要包括物理防腐、化學防腐和電化學防護等技術。其中，物理防腐技術是我國海洋船舶防腐蝕的主要手段之一，其特點是技術簡單、易操作，但防護效果不夠穩定、持久；化學防腐技術在我國應用較為廣泛，主要包括化學涂層等技術，具有防腐蝕效果良好的優點，但技術要求較高，實施難度大；電化學防護技術是一種新興的防腐技術，具有防腐蝕效果好、經濟實用等優點，但在我國的應用相對較少。近年來，我國海洋船舶防腐蝕技術發展取得了一定的成果，如在物理防腐技術方面采用了更加先進的技術手段和材料（高壓噴涂、熱鍍鋅等），在化學防腐技術方面采用了新型防腐蝕涂層材料、自修復防腐技術等，在電化學防護技術方面采用了全電流陰極保護、全自動控制等技術，提高了防腐蝕效果和可靠性，延長了海洋船舶的使用壽命。另外，我國海洋環境惡劣，對船舶的防腐蝕提出了更高的要求，需要進一步開發出更為先進、高效的防腐蝕技術。

2 海洋船舶新型防腐蝕技術的必要性

2.1 減少海洋環境對船舶的腐蝕

海洋環境通常包括海水、溶解和懸浮于海水中的物質、海底沉積物和海洋生物等，在這個環境中，高鹽度的海水會導致船舶金屬表面發生電化學反應，出現腐蝕現象，而氧氣則加快了這個反應的速率。海洋環境對船舶的腐蝕不僅會降低船舶的使用壽命和可靠性，還會增加維修和更換成本。

減少海洋環境對船舶的腐蝕的技術手段主要包括改善材料、改變船舶表面狀態、加強防護措施和防護涂料等。改善材料是最為重要的一種方法，目前一些新型材料，如高強度、耐腐蝕的鋼材和合金材料已被廣泛應用于海洋船舶建造中。改變船舶表面狀態也是一種有效減少海洋環境對船舶腐蝕的方法，表面狀態的改變可以通過表面拋光、電解拋光、表面噴砂處理等實現，這些技術手段可以有效清除船舶表面的污垢和氧化物，增加表面的平整度和光潔度，從而減少腐蝕的發生。加強防護措施包括對船舶表面進行定期檢查、清洗和維護，及時發現并修復損壞的防護層和設備，保證防護措施的有效性和可靠性[2]。防護涂料可以形成一層物理屏障防止海水中的氧氣和鹽分接觸金屬表面，從而有效減少船舶腐蝕的發生。目前，高分子復合防護涂料、納米防護涂料等新型防護涂料已經成為海洋船舶新型防腐蝕技術的重要組成部分。這些新型防護涂料具有良好的防腐蝕性能、低毒低污染、可自修復等優點，能夠有效減少海洋環境對船舶的腐蝕。

2.2 打破傳統防腐技術的局限性

傳統的物理防腐、化學防腐和電化學防護等技術手段在防止海洋環境對船舶腐蝕方面得到廣泛應用，但這些技術手段在應對現代化的海洋船舶防腐需求時已經表現出一些局限性和不足。首先，傳統防腐技術的環保性能存在問題。傳統的物理防腐、化學防腐和電化學防護等技術手段在實際應用中會產生大量的污染物和廢水，給海洋環境帶來嚴重的污染問題。例如，防腐涂料中常含有有害物質，這些物質在使用和處理過程中會產生大量的廢水、廢氣，對環境造成危害。而研究開發環保型的新型防腐蝕技術手段，可以減少對環境的影響。其次，傳統防腐技術的經濟性有待提高。傳統的物理防腐、化學防腐和電化學防護等技術手段在實際應用中存在較高的成本和維護費用，這也成為限制其廣泛應用的重要因素之一。新型防腐蝕技術手段的防腐性能更好、使用壽命更長、成本更低，可以提高海洋船舶防腐的經濟性和可持續性，因此新型防腐蝕技術手段的研發已經成為海洋船舶防腐蝕技術研究的重要方向之一。

3 海洋船舶上的新型防腐蝕技術

3.1 無機涂層技術

無機涂層技術是一種采用無機材料作為主要成分的涂層技術，其主要原理是利用無機材料的穩定性和抗腐蝕性能，在船舶表面形成一層穩定的防護層，使船舶表面不受腐蝕介質的侵蝕。無機涂層技術的主要優點在于其穩定性和抗腐蝕性能強，主要成分包括金屬氧化物、硅酸鹽、硫化物、鉬酸鹽等。無機涂層的耐熱性能和耐化學性能也非常優秀，能夠承受高溫和腐蝕性物質的侵蝕，保證船舶表面長時間保持防腐蝕效果。目前，無機涂層技術主要包括硅酸鹽涂層、氧化物涂層和硫化物涂層等。硅酸鹽涂層的主要材料為硅酸鹽陶瓷，其主要成分是氧化鋁、氧化鋯、氧化鈣等，能夠在船舶表面形成一層穩定的防護層，有效防止船舶受到海洋環境的侵蝕。氧化物涂層的主要材料為鈦、鋯、鋁等的氧化物，具有優異的耐腐蝕性能和高溫穩定性。硫化物涂層的主要材料為金屬硫化物，能夠在船舶表面形成一層致密的硫化物保護層，有效防止船舶受到硫化氫等腐蝕介質的侵蝕。無機涂層技術也存在一些不足之處，如生產工藝較為復雜、成本較高、涂層厚度不易控制等問題。未來需要進一步加強無機涂層技術的研究，開發出更加穩定、經濟、環保的無機涂層材料，提高無機涂層技術的應用水平和經濟性。

3.2 有機涂層技術

有機涂層技術是指利用有機材料作為主要成分的一種涂層技術，其主要原理是利用有機材料的優異的耐腐蝕性能，在船舶表面形成一層具有防腐蝕性能的保護層。有機涂層技術廣泛應用于海洋船舶、海上鉆井平臺、海洋橋梁和海洋石油鉆探設備等領域，具有廣泛的應用前景和重要的經濟價值[3]。有機涂層技術的主要優點在于其防腐蝕性能和施工方便性，主要材料包括丙烯酸、環氧樹脂、聚氨酯等有機材料，這些材料具有優異的耐腐蝕性能和涂覆性能，能夠形成一層致密的保護層，避免船舶表面受到海水、氣候和腐蝕介質的侵蝕。有機涂層技術施工方便，涂層厚度易于控制，適用于各種形狀和大小的船舶表面。聚氨酯涂層的主要材料為聚氨酯，具有優異的耐腐蝕性能、耐化學性能和耐熱性能，能夠在船舶表面形成一層均勻的保護層，有效防止船舶受到海水和化學介質的侵蝕；丙烯酸涂層的主要材料為丙烯酸樹脂，具有優異的耐腐蝕性能、耐紫外線性能和耐水性能，可在船舶表面形成一層堅韌的保護層，有效避免船舶受到海水、氣候和腐蝕介質的侵蝕。

3.3 熱噴涂技術

熱噴涂技術是一種在海洋船舶上廣泛應用的新型防腐蝕方法，其基本原理是將金屬或非金屬材料加熱至高溫使其熔化或半熔化，然后通過噴涂設備將涂料以高速噴射到船舶表面，形成均勻、致密的保護層。這種保護層可以有效隔絕水分、氧氣和其他腐蝕介質，從而延緩船舶表面的腐蝕過程，延長船舶的使用壽命。熱噴涂技術具有多種優勢。首先，熱噴涂技術可以處理各種類型的材料，如金屬、陶瓷、塑料及復合材料等，具有很高的適用性。其次，熱噴涂層具有較高的附著力、密度和耐磨損能力，能夠承受惡劣的海洋環境和復雜的應力狀態。最后，熱噴涂技術可以實現較厚的涂層，提供更強大的防護性能，具有較高的生產效率，可實現快速、連續的涂覆，降低生產成本。然而熱噴涂技術在海洋船舶防腐蝕領域也面臨一些挑戰，如高溫噴涂過程中可能導致涂料的氧化、燃燒或分解，降低涂層的性能。為解決這一問題，研究人員正努力優化噴涂設備和工藝參數，以降低氧化損失。熱噴涂層的性能受制于噴涂材料的質量和純度，為提高噴涂材料的性能，研究人員正在開發新型高性能材料，如納米級、功能梯度材料等。熱噴涂過程中，涂料與基材間的熱應力可能導致涂層開裂、剝離等缺陷，為保證涂層的結構完整性，研究人員正探索新的預處理方法和后處理技術，如表面粗化、機械處理等。

3.4 電化學防護技術

電化學防護技術是一種利用金屬在電化學反應中的自我保護性能來達到防腐蝕目的的技術，其由于具有防腐蝕效果好、使用成本低、施工方便等優點在船舶防腐蝕中得到了廣泛應用[4]。電化學防護技術不僅可以延長船舶的使用壽命，還可以減少船舶的維護成本和停航時間，提高船舶的運行效率。常用的電化學防護技術包括陰極保護、陽極保護和電化學微生物防護等技術。陰極保護技術是一種施加電流或電位于金屬表面形成電化學反應，從而實現防腐蝕的技術，陰極保護技術可以利用外部電源或使用外部陰極材料，通過與金屬表面形成電化學電池來達到防腐蝕的目的。陽極保護技術是一種利用金屬在陽極區域處發生的電化學反應達到防腐蝕目的的技術，陽極保護技術可以利用外部電源施加電流，使得金屬在陽極區域處發生氧化反應，從而使金屬表面不受腐蝕。電化學微生物防護技術是一種利用電化學原理對微生物進行控制的防腐蝕技術，電化學微生物防護技術可以通過施加電流或電位來控制微生物的生長和繁殖，從而減少微生物對金屬表面的腐蝕。電化學防護技術的應用需要考慮多種因素，如金屬種類、海水成分、氧氣含量、溫度、濕度等，在具體實踐中需要根據實際情況進行選擇和優化。

3.5 生物防護技術

生物防護技術是一種利用生物學原理控制和減少海洋生物對船舶腐蝕的技術，包括天然生物抑制劑、生物防污涂料、生物質防護等[5]。天然生物抑制劑是一種從海洋自然環境中分離出的具有生物抗菌能力的微生物，可以抑制各種腐蝕菌、生物膜菌等有害微生物的生長，從而減少海洋生物對船舶的腐蝕。生物防污涂料是一種具有生物防護功能的特種涂料，主要通過添加抗菌劑、生物降解劑、抗氧化劑等物質達到防腐蝕和防污染的目的。生物質防護技術是一種利用生物質材料覆蓋船舶表面的防腐蝕技術，生物質材料可以通過不同的處理方法和添加物質增強抗菌、抗氧化等特性，從而有效減少海洋生物對船舶的腐蝕。生物防護技術具有無毒、環保、可持續等很多優點，與傳統防腐技術相比，生物防護技術不僅可以減少對環境的影響，還可以降低船舶的維護成本和停航時間。在實際應用中生物防護技術需要根據不同的船舶類型、使用環境、生物種類等因素進行選擇和優化。未來隨著技術的不斷發展和創新，生物防護技術有望實現更加高效、智能化和可持續的發展，為海洋船舶防腐蝕提供更多的選擇。

4 結語

本文對海洋船舶上的新型防腐蝕技術進行了探析，闡述了海洋船舶防腐蝕技術的基本原理和分類，重點介紹了無機涂層技術、有機涂層技術、熱噴涂技術、電化學防護技術和生物防護技術。隨著技術的不斷發展和創新，防腐技術也將得到不斷優化和提升，其中新型材料和新工藝技術的出現將為海洋船舶防腐蝕技術的進一步發展提供重要支持，人工智能、大數據等新技術的應用也將推動防腐技術的智能化和數據化發展，提升防腐技術的效率和精準度。同時，要關注防腐技術的環保性和可持續性，在技術的發展過程中盡可能減少對環境的影響。