課題船舶腐蝕與防護(hù)

課題一、船舶腐蝕與防護(hù)船舶工程系舾裝教研室袁自強(qiáng)在外形、色澤以及機(jī)械性能等方面都發(fā)生一定的變化腐蝕的危害大量?jī)?yōu)質(zhì)原料泄露大量的金屬需要回?zé)捴苯咏?jīng)濟(jì)損失：更換設(shè)備及構(gòu)件；間接經(jīng)濟(jì)損失：設(shè)備停產(chǎn)、腐蝕泄露；1.巨大的經(jīng)濟(jì)損失2.資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi)3.引發(fā)災(zāi)難事故4污染人類生存環(huán)境

背景

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界現(xiàn)存的鋼鐵及金屬設(shè)備大約每年腐蝕率為10%，全世界每年因腐蝕損失約高于7000億美元。世界各發(fā)達(dá)國(guó)家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟(jì)損失約占其國(guó)民生產(chǎn)總值3.5％～4.2％，超過(guò)每年各項(xiàng)大災(zāi)（火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)及地震等）損失的總和。有人甚至估計(jì)每年全世界腐蝕報(bào)廢和損耗的金屬約為1億噸！所以研究金屬腐蝕和防護(hù)具有重要意義.什么是金屬腐蝕?

金屬腐蝕的定義:

金屬材料與環(huán)境相互作用,在界面發(fā)生的化學(xué),電化學(xué)和（或）生化反應(yīng)而被破壞的現(xiàn)象介質(zhì)大氣，土壤，水體，化學(xué)介質(zhì)金屬腐蝕的本質(zhì)金屬本身失去電子變成陽(yáng)離子的過(guò)程（發(fā)生氧化反應(yīng)）：

M–neˉ===M比如：1、鋼鐵生銹：鐵銹的主要成分：Fe2O3·XH2O2、銅器表面生成銅綠：銅綠的主要成分：Cu2(OH)2CO3Gobackn+按腐蝕環(huán)境分化學(xué)介質(zhì)腐蝕、大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕、雜散電流腐蝕、細(xì)菌腐蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕和接觸腐蝕腐蝕的分類腐蝕的分類均勻腐蝕、接觸腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、腐蝕磨損、應(yīng)力腐蝕、電解池性腐蝕等按腐蝕形式分按作用機(jī)理分化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕析氫腐蝕吸氧腐蝕氧濃差腐蝕干燥氣體中的腐蝕非電解質(zhì)溶液中的腐蝕腐蝕的分類化學(xué)腐蝕定義：金屬與介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用而引起的金屬損耗特點(diǎn)：金屬原子與介質(zhì)分子兩相的界面上直接交換電子，發(fā)生直接的化學(xué)反應(yīng)，腐蝕時(shí)沒(méi)有電流產(chǎn)生。化學(xué)介質(zhì)是不電離不導(dǎo)電的干氣體和非金屬溶液?；瘜W(xué)腐蝕

如噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),火箭及原子能工業(yè)設(shè)備在高溫下同干燥氣體作用,金屬在某些液體(如CCl4，CHCl4等非水溶劑)中的腐蝕.答案真相永遠(yuǎn)只有一個(gè)：電化學(xué)腐蝕特點(diǎn)：電化學(xué)與化學(xué)腐蝕不同之處在于前者形成了原電池反應(yīng).它的腐蝕歷程可以分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立并且可在不同部位（陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)）同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程——陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程。比化學(xué)腐蝕更嚴(yán)重

定義：金屬和電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的金屬損耗。例如:當(dāng)鋼鐵處在潮濕空氣中時(shí),因表面吸附作用,使鋼鐵表面覆蓋一層水膜,它能溶解空氣中的SO2和CO2氣體,這些氣體溶于水后電離出H+,SO3ˉ

,CO3ˉ等離子.鐵與雜質(zhì)就形成了原電池,鐵為陽(yáng)極,雜質(zhì)為陰極,發(fā)生下列反應(yīng):陽(yáng)極 Fe=Fe2++2e- Fe2++2OH-=Fe(OH)2陰極 2e-=H2↑總反應(yīng) Fe+2H2O=Fe(OH)2+H2↑生成了Fe(OH)2在空氣中被氧氣所氧化成棕色鐵銹Fe2O3·XH2O.類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕發(fā)生的條件電流本質(zhì)相互關(guān)系金屬與接觸物直接反應(yīng)不純金屬或合金與電解質(zhì)溶液形成原電池?zé)o電流產(chǎn)生有電流產(chǎn)生金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕兩者往往同時(shí)發(fā)生，但電化腐蝕更普遍化學(xué)腐蝕與電化腐蝕比較

三、金屬腐蝕的破壞形式

1、均勻腐蝕：腐蝕作用均勻地發(fā)生在整個(gè)金屬表面。

2、不均勻腐蝕：

3、選擇性腐蝕

4、班點(diǎn)腐蝕

5、潰瘍腐蝕

6、孔腐蝕

7、晶間腐蝕

8、穿晶腐蝕均勻腐蝕點(diǎn)蝕晶間腐蝕點(diǎn)偶腐蝕應(yīng)力腐蝕目前中國(guó)發(fā)現(xiàn)的最早期的青銅酒器之一銅爵（夏代）腐蝕共同特性

1、從熱力學(xué)角度看，腐蝕是金屬由非穩(wěn)態(tài)自發(fā)向穩(wěn)態(tài)的一個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程。2、是化學(xué)，電化學(xué)過(guò)程。3、總是發(fā)生在表面，從表面開(kāi)始。

1、金屬重量變化指標(biāo)Km——腐蝕速度，(g/·h);mO——腐蝕前金屬試片的質(zhì)量，g;S——與腐蝕介質(zhì)相接觸的試片表面積，;m——腐蝕后金屬試片（清楚掉腐蝕產(chǎn)物后）的質(zhì)量，g;評(píng)定金屬腐蝕速度的方法

2、腐蝕深度的評(píng)定法ρ——金屬的密度，g/;用腐蝕深度來(lái)評(píng)定的方法應(yīng)用較多。

拋物線規(guī)律金屬表面附一層致密氧化膜，氧化開(kāi)始時(shí)候?yàn)樽畲笱趸俣龋撕蟛粩鄿p小，趨近于0

對(duì)數(shù)規(guī)律低溫，動(dòng)力學(xué)規(guī)律氧化開(kāi)始時(shí)候?yàn)樽畲笱趸俣龋撕蠛芸鞙p小，趨近于0(a)(b)(c)

直線規(guī)律氧化物不多孔性氧化膜時(shí),氧化速度恒定金屬材料的電化學(xué)腐蝕——金屬材料與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)作用而造成的破壞現(xiàn)象。

鋼鐵發(fā)生電化腐蝕時(shí)，由于鋼鐵表面的水膜性質(zhì)不同，可發(fā)生析氫或吸氧腐蝕。一般以吸氧的電化學(xué)腐蝕為主。

吸氧腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在表面的溶有氧氣的水膜構(gòu)成原電池，水膜基本為中性。負(fù)極：Fe－2e－=Fe2＋(鋼鐵溶解)正極：2H2O＋O2＋4e－=4OH－(吸收氧氣)

溶解產(chǎn)生的Fe2＋可繼續(xù)被氧氣氧化成高價(jià)態(tài)：Fe2＋＋OH－＋O2→Fe(OH)3

最終鐵銹的成分是Fe(OH)3和它失水的產(chǎn)物Fe2O3的混合物。

析氫腐蝕的環(huán)境：鋼鐵與吸附在表面的溶有CO2的水膜構(gòu)成原電池，水膜為酸性。

負(fù)極：Fe—2e－=Fe2＋(鋼鐵溶解)

正極：2H＋＋2e－=H2↑(析出氫氣)

發(fā)生析氫腐蝕的可能性不太大，并且最終鐵銹成分也主要是Fe(OH)3和Fe2O3的混合物。

綜上所述可知：潮濕的空氣，有害氣體如二氧化硫、二氧化碳、氯化氫、氯氣等與金屬接觸，是金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的條件。

因此，使金屬保持干燥，與空氣或有害氣體隔絕，都可保護(hù)金屬防止生銹。具體的防護(hù)措施可采?。和坑停瑖娖?，燒藍(lán)，熱鍍鋅、錫、電鍍鋅、鉻、鎳，制成抗腐蝕的合金如不銹鋼，還有電化學(xué)防法等。鋼鐵在海洋環(huán)境中的腐蝕一、大氣中的腐蝕

鋼鐵在潮濕的空氣中，表面會(huì)形成一層薄水膜，導(dǎo)致鋼材表面產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。鋼鐵表面狀態(tài)臨界濕度(%)干凈表面在干凈的空氣中

接近100被二氧化硫處理過(guò)的表面80干凈表面在含0.01%二氧化硫的空氣中70在3%氯化鈉溶液中浸蝕過(guò)的表面55引起鋼鐵腐蝕速度劇增的臨界相對(duì)濕度

大氣特點(diǎn)

腐蝕速度g/(mm·a)

大氣特點(diǎn)腐蝕速度g/(mm·a)

低濕度炎熱干燥鄉(xiāng)村海洋

10.0380.3200.8301.1中等工業(yè)大工業(yè)熱帶海洋近岸處

401.51003.8

5018.8低碳鋼在不同大氣條件下的腐蝕速度二、飛濺區(qū)的腐蝕飛濺區(qū)系指因受潮汐和波浪作用二干濕交替的區(qū)域。環(huán)境：海風(fēng)和海浪的劇烈沖擊＋充氣良好的海水浸潤(rùn)

飛濺區(qū)的腐蝕速度是全浸區(qū)的4～5倍，最高可達(dá)10倍，腐蝕速度達(dá)1mm/年。三、全浸區(qū)的腐蝕環(huán)境：長(zhǎng)時(shí)間浸沒(méi)在水中，海水含中的鹽、溶解氧、海洋生物及海水溫度、流速等因素。四、土壤中的腐蝕環(huán)境：土壤結(jié)構(gòu)引起的，含氧量的差異、硫酸鹽還原菌、雜散電流。船舶腐蝕一、船體水下部分及水線區(qū)的腐蝕船體水下部分，根據(jù)腐蝕介質(zhì)的作用條件可分為：艏部、艉部、船舷、船底四部分。艏部：流體動(dòng)力＋泡沫翻滾的波浪，錨鏈和飄浮物的撞擊。10～20Kn時(shí)，不受供氧的擴(kuò)散控制。船舷：流體動(dòng)力＋船舶靠岸的沖擊破壞。船艉和舵葉：局部流體沖刷。船底：海生物產(chǎn)生的氧濃差，排泄物的侵入，局部材料成分差異引起的陽(yáng)極機(jī)化。船體水線區(qū)部分，飄浮物和系泊條件破壞，水和空氣干濕交替狀態(tài)。船體結(jié)構(gòu)水下部分焊縫腐蝕原因：焊縫成分與母材成分的差異，造成電極電位差。

船舶類型

使用時(shí)間（月）

被調(diào)查的船舶數(shù)量最大腐蝕速度母材mm/a

焊縫部位油輪冷藏船客船大型冷藏拖網(wǎng)魚船蟹肉罐頭加工船干貨船礦砂船和木材運(yùn)輸船18～4418～4720～3724～4821～2820～3024～421568154880.27～1.00.45～0.70.52～1.070.25～0.40.11～0.270.4～0.60.2～0.40.77～1.30.9～1.00.1～0.20.5～0.90.4～0.80.5～1.00.3船體水下部分腐蝕情況二、船體水上結(jié)構(gòu)的腐蝕

在船體成型加工到焊接裝配，結(jié)構(gòu)存在著較大的應(yīng)力。在應(yīng)力存在的部位，往往是腐蝕最嚴(yán)重。這就是應(yīng)力腐蝕。

船體水上結(jié)構(gòu)包括：干舷、甲板、上層建筑。

主要受海洋大氣、海水飛沫、雨雪、沖洗甲板時(shí)所用的海水以及凝結(jié)水的腐蝕。應(yīng)力造成的腐蝕開(kāi)裂

船體區(qū)域

腐蝕數(shù)字

腐蝕速度，mm/a

左舷右舷所有區(qū)域平均

干舷

最小最大平均0.0630.0750.0690.0500.1010.0750.0550.0880.070

上層甲板最小最大平均0.1390.3530.1530.1310.3630.1820.1050.3580.166機(jī)艙上面的甲板蓋板最小最大平均0.030.1150.0670.040.1150.0850.0350.1150.084

艦橋最小最大平均0.0350.0860.0560.0270.0580.0530.0310.0860.054魚品加工車間甲板最小最大平均0.1000.2350.1510.0850.1990.1370.0930.2170.114

尾部滑道最小最大平均－－－－－－0.2870.6280.471大型冷藏拖網(wǎng)漁船水上船體結(jié)構(gòu)的腐蝕速度三、船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的腐蝕工作艙和居住艙不發(fā)生淤水排泄不暢，不會(huì)發(fā)生腐蝕。衛(wèi)生艙100％濕度的空氣、凝結(jié)水和沖洗作用，易發(fā)生

腐蝕。

貨艙裝載貨物對(duì)涂層的破壞，加上凝結(jié)水和積水的作用，從而造成腐蝕。

最不安全的是難于保養(yǎng)是船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如艏尖艙、艉尖艙、壓載水艙、錨鏈艙、污水井和機(jī)艙、泵艙的雙層底。四、船舶的異常腐蝕——電腐蝕電腐蝕就是由外來(lái)電流引起的腐蝕，特點(diǎn)：1、腐蝕速度相當(dāng)快，并與船體鋼種的好壞關(guān)系無(wú)關(guān)。2、腐蝕破壞往往集中于船體水下漆膜破損部位、漏涂部位以及船殼突出部位。3、電腐蝕破壞往往具有銳利的邊緣和與涂層破壞相同的外形。鋼碼頭鋼碼頭船體船體焊槍焊槍II地線地線II海水海水海水電焊時(shí)負(fù)極接碼頭引起點(diǎn)腐蝕焊接正確接線船舶的防護(hù)船舶的防護(hù)主要采用三種方式：一、涂層、鍍層、襯里

既涂層防護(hù)、陰極保護(hù)和改進(jìn)材質(zhì)包括涂料、熱噴（鍍）鋅、鋁（合金）、防銹油及氣相防腐等。

使其涂覆在船舶的各個(gè)部位，形成一層完整、致密的涂層，使金屬等材料與外界腐蝕環(huán)境隔離，以防止腐蝕的發(fā)生，為涂層保護(hù)。

熱噴涂（鍍）技術(shù)，以其優(yōu)異的防腐蝕效果，正逐步應(yīng)用于新造船舶。二、電化學(xué)陰極保護(hù)分為犧牲陽(yáng)極和外加電流保護(hù)兩種。

1、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)法

在船體上連接一個(gè)電位更負(fù)的金屬作陽(yáng)極。

例：如在鋼設(shè)備上連接鋅塊、鋁塊或合金，它與被保護(hù)金屬在電解質(zhì)溶液中形成大電池，依靠自身的不斷腐蝕溶解，使被保護(hù)材料成為陰極而得到保護(hù)。2、外加電流保護(hù)

是將被保護(hù)金屬與直流電源的負(fù)極相連，利用外加陰極電流進(jìn)行陰極保護(hù)，使船體成為陰極并獲得極化免受腐蝕的一種保護(hù)技術(shù)。1、船舶的腐蝕一、船體水下部分及水線區(qū)的腐蝕船體水下部分，根據(jù)腐蝕介質(zhì)的作用條件可分為：艏部、艉部、船舷、船底四部分。艏部：流體動(dòng)力＋泡沫翻滾的波浪，錨鏈和飄浮物的撞擊。船舷：流體動(dòng)力＋船舶靠碼頭的沖擊破壞。

船艉和舵葉：螺旋槳旋轉(zhuǎn)引起的局部流體沖刷；Fe-Cu電池對(duì)船尾（特別是端部）的陽(yáng)極極化。船底：海生物產(chǎn)生的氧濃差，排泄物的侵入，局部材料（聲吶罩等）成分差異引起的陽(yáng)極機(jī)化。船體水線區(qū)部分，飄浮物（包括水面的油污）和系泊設(shè)備破壞，水和空氣干濕交替狀態(tài)，氧濃差電池的作用。船體結(jié)構(gòu)水下部分焊縫腐蝕:

主要是由于焊縫成分與母材成分的差異，造成電極電位差，產(chǎn)生了電化學(xué)腐蝕。

還有其他因素的影響如焊接的熱影響、殘余應(yīng)力也造成了焊縫區(qū)的腐蝕比船體其他部分更加嚴(yán)重。軍船的球鼻里一般裝有聲納，聲納罩是用玻璃鋼制作的，與主船體沒(méi)有磁與電的聯(lián)系。只有凸出來(lái)，才能對(duì)船底以下的全部方位進(jìn)行探測(cè)與發(fā)揮作用．二、船體水上結(jié)構(gòu)的腐蝕

在船體成型加工到焊接裝配，結(jié)構(gòu)存在著較大的應(yīng)力。在應(yīng)力存在的部位，往往是腐蝕最嚴(yán)重。這就是應(yīng)力腐蝕。

船體水上結(jié)構(gòu)包括：干舷、甲板、上層建筑。

主要受海洋大氣、海水飛沫、雨雪、沖洗甲板時(shí)所用的海水以及凝結(jié)水的腐蝕。應(yīng)力造成的腐蝕開(kāi)裂三、船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的腐蝕工作艙和居住艙不發(fā)生淤水排泄不暢，不會(huì)發(fā)生腐蝕。衛(wèi)生艙100％濕度的空氣、凝結(jié)水和沖洗作用，易發(fā)生

腐蝕。

貨艙裝載貨物對(duì)涂層的破壞，加上凝結(jié)水和積水的作用，從而造成腐蝕。

最不安全的是難于保養(yǎng)是船體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如艏尖艙、艉尖艙、壓載水艙、錨鏈艙、污水井和機(jī)艙、泵艙的雙層底。四、船舶的異常腐蝕——電腐蝕電腐蝕就是由外來(lái)電流引起的腐蝕，特點(diǎn)：1、腐蝕速度相當(dāng)快，并與船體鋼種的好壞關(guān)系無(wú)關(guān)。2、腐蝕破壞往往集中于船體水下漆膜破損部位、漏涂部位以及船殼突出部位。3、電腐蝕破壞往往具有銳利的邊緣和與涂層破壞相同的外形。鋼碼頭鋼碼頭船體船體焊槍焊槍II地線地線II海水海水海水電焊時(shí)負(fù)極接碼頭引起點(diǎn)腐蝕焊接正確接線金屬腐蝕的防護(hù)一.改善金屬的本質(zhì)二.形成保護(hù)層三.緩釋劑法四.電化學(xué)保護(hù)法

一、改善金屬的本質(zhì)根據(jù)不同的用途選擇不同的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強(qiáng)防腐蝕能力。加入Cr，Ti，V等元素可防止腐蝕，銅合金鉛等在稀鹽酸稀硫酸中是相當(dāng)耐腐蝕的。當(dāng)含Cr18%，Ni8%不銹鋼在大氣，水和硝酸中極耐腐蝕。

生活生產(chǎn)中的一些不銹鋼材料,可以有效地延長(zhǎng)金屬的使用壽命顧名思義:不銹鋼它是不會(huì)銹的,強(qiáng)吧,哈哈!!4.金屬保護(hù)層它是以一種金屬鍍?cè)诒槐Ｗo(hù)的另一種金屬制品表面上所形成的保護(hù)鍍層。前一金屬常稱為鍍層金屬。金屬鍍層的形成，除電鍍、化學(xué)鍍外，還有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。

熱浸鍍是將金屬制件浸入熔融的金屬中以獲得金屬涂層的方法，作為浸涂層的金屬是低熔點(diǎn)金屬，如Zn、Sn、Pb和A1等，熱鍍鋅主要用于鋼管、鋼板、鋼帶和鋼絲，應(yīng)用最廣；熱鍍錫用于薄鋼板和食品加工等的貯存容器；熱鍍鉛主要用于化工防蝕和包覆電纜；熱鍍鋁則主要用于鋼鐵零件的抗高溫氧化等。

二、形成保護(hù)層

在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，把金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開(kāi)，是防止金屬腐蝕的有效方法工業(yè)上普遍使用的保護(hù)層有非金屬保護(hù)層和保護(hù)層兩大類。Go1.非金屬保護(hù)層2.金屬保護(hù)層3.金屬的磷化處理4.

金屬的氧化處理1.非金屬保護(hù)層

用非金屬物質(zhì)如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂覆在金屬表面上形成保護(hù)層，稱為非金屬涂層，可達(dá)到防腐蝕的目的。例如，船身、車廂、水桶等常涂抽漆，汽車外殼常噴漆，槍炮、機(jī)器常涂礦物性油脂等。用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等）噴涂金屬表面，比噴漆效果更佳。塑料這種覆蓋層致密光潔。色澤艷麗，兼具防蝕與裝飾的雙重功能。

搪瓷是含SiO2量較高的玻璃瓷釉，有極好的耐腐蝕性能，因此作為耐腐蝕非金屬涂層，廣泛用于石油化工、醫(yī)藥、儀器等工業(yè)部門和日常生活用品中。Return健身器材刷油漆以防銹衣架和電線的外面包上一層塑料層Return

2.金屬保護(hù)層

以一種金屬鍍?cè)诒槐Ｗo(hù)金屬制品的表面上，形成保護(hù)鍍層。可以用電鍍、化學(xué)鍍、熱噴鍍等。金屬保護(hù)層鍍鉻的保險(xiǎn)杠鍍鋅Return

3.金屬的磷化處理鋼鐵制品去油、除銹后，放人特定組成的磷酸鹽溶液中浸泡，即可在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽薄膜，這種過(guò)程叫做磷化處理。

磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般為5μm～20μm，在大氣中有較好的耐蝕性。膜是微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)油漆等的吸附能力強(qiáng)，如用作油漆底層，耐腐蝕性可進(jìn)一步提高。

Return

4.金屬的氧化處理

將鋼鐵制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加熱處理，其表面即可形成一層厚度約為0.5μm～1.5μm的藍(lán)色氧化膜（主要成分為Fe3O4），以達(dá)到鋼鐵防腐蝕的目的，此過(guò)程稱為發(fā)藍(lán)處理，簡(jiǎn)稱發(fā)藍(lán)。這種氧化膜具有較大的彈性和潤(rùn)滑性，不影響零件的精度。故精密儀器和光學(xué)儀器的部件，彈簧鋼、薄鋼片、細(xì)鋼絲等常用發(fā)藍(lán)處理。

Return三、緩蝕劑法緩釋劑：加