淺談螺旋槳防腐防污涂裝工藝

淺談螺旋槳防腐防污涂裝工藝

1相互間作用的降低在船舶的駕駛過程中，螺母的腐蝕和污染會導(dǎo)致行駛時間的推移和油耗的增加。根據(jù)英國船舶研究協(xié)會的資料介紹,盡管螺旋槳表面積較小,其腐蝕和污損所造成的能量損失卻很大。例如對一艘3000TEU的集裝箱船來說,在23kn航速運行時,螺旋槳腐蝕所造成的能量損失高達6%,幾乎占到了總損失的三分之一。由此可見,螺旋槳腐蝕和污損的影響是非常驚人的。經(jīng)大量研究和實踐表明,涂層保護是減緩螺旋槳腐蝕和海生物附著最有效、經(jīng)濟、便捷的方法。本文以理論聯(lián)系實踐,深入地探討和分析了螺旋槳防腐防污涂裝工藝在外高橋船廠的應(yīng)用。2船舶螺母污染及危害2.1執(zhí)法主導(dǎo)型螺體系銅合金的螺旋槳與船體鋼殼發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),為了提高螺旋槳防腐防污效果,通常與它鄰近的船艉安裝犧牲陽極,如圖1所示,從而保護螺旋槳延緩其腐蝕和污損。螺旋槳的犧牲陽極陰極保護不僅增加船體阻力,同時抑制了螺旋槳銅離子的溶出,而銅離子能對海生物的生長起到抑制作用。隨著船舶航行時間的增加,由于缺少了有效的抑制,勢必海生物在螺旋槳表面黏附,進而增加船體自重,造成推進效率的下降和燃油消耗的增加。2.2空泡產(chǎn)生的危害高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳加速船艉的水體流速,加之大體積的螺旋槳高速移位,螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時帶動周圍的液體高速流動,大量的液體從正面甩出后周圍的海水來不及填補,導(dǎo)致螺旋槳的葉背壓力驟減,該區(qū)域的海水出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象,在葉背形成空泡?？张莓a(chǎn)生的危害主要有三個方面。(1)低壓區(qū)形成的空泡伴隨著水流到高壓區(qū)的舵葉及螺旋槳葉面會發(fā)生閉合爆裂,產(chǎn)生強烈沖擊,導(dǎo)致船體振動和巨大噪聲。(2)螺旋槳葉片上產(chǎn)生的空泡,會改變水流形態(tài),降低螺旋槳的推進效率,從而降低航速。(3)空泡的長期作用會使舵葉及螺旋槳表面出現(xiàn)凹坑,受剝蝕和污損,如圖2所示。下文以外高橋船廠一艘20.6萬t散貨船為例,詳解船舶螺旋槳防腐防污涂裝工藝。3旋轉(zhuǎn)式美觀防污涂層技術(shù)3.1前進/術(shù)后作用螺旋槳是一種反作用式推進器。當螺旋槳轉(zhuǎn)動時,槳葉推水向后或向前,并受到水的反作用力而產(chǎn)生向前或向后的推力,使船舶前進或后退。螺旋槳由槳葉、槳轂及整流罩構(gòu)成。此船舶采用了銅-鋁-鎳合金螺旋槳,直徑為8400mm,四片槳葉按等距布置的固定式螺旋槳,其化學(xué)成分如表1所示。3.2復(fù)合涂料的涂層配套低表面能防污漆是無污染防污涂料的一個主要研究方向,目前研究較多的是氟化物體系低表面能防污涂料和有機硅體系低表面能防污涂料。此船舶螺旋槳采用了由耐磨鋁粉純環(huán)氧漆和含氟聚合物不沾污防污漆構(gòu)成的涂層系統(tǒng),其涂層配套如表2所示。表2中,底漆耐磨鋁粉純環(huán)氧漆具有優(yōu)異的表面潤濕性和滲透性,漆膜堅韌耐磨,涂膜中的鋁粉增強了防水耐蝕性能,而且與陰極保護系統(tǒng)具有良好的相容性。涂層附著力優(yōu)異,根據(jù)ISO4624拉開法測試附著力大于15MPa,是極佳的長效防腐、防護涂料。含氟聚合物不沾污防污涂料利用含氟聚合物的低表面張力,使得污損海生物與涂層表面潤濕性差,從而難以附著或附著不牢固,且涂層具有低彈性模量和低摩擦系數(shù),黏附物脫落傾向于剝離方式,在船舶航行或停航時利用自重、水的剪切力作用輕易除去附著海生物。含氟聚合物不沾污防污涂料作為面漆,漆膜細膩、表面平整光滑、光澤度和保光性優(yōu)異,是極佳的無污染防污涂料。3.3飛機面漆的制作螺旋槳在搬運、吊裝及調(diào)試過程中,其表面機械碰傷、污染較為嚴重,而且油漆配套中過渡漆和面漆須一次成膜不可修補,故只能在船塢階段進行涂裝。整船出塢前所有螺旋槳安裝工作結(jié)束,即整流罩水泥澆注、安裝艉管密封圈、安裝艉管護套后進行涂裝。整流罩水泥澆注區(qū)與螺旋槳一同處理。3.4抗諧鳴邊的選擇螺旋槳在運轉(zhuǎn)時發(fā)出的使人聽覺所能接收的有節(jié)奏的聲調(diào)稱為諧鳴。諧鳴的產(chǎn)生不僅給船員的生活和工作帶來極其不良的影響,甚至還會引起船舶結(jié)構(gòu)的破壞。引起螺旋槳諧鳴的原因是多方面的,從螺旋槳本身來考慮,可以采取加厚法、減薄法、特殊加工法等方法解決諧鳴現(xiàn)象。此船舶螺旋槳采用了減薄法,即槳葉隨邊0.5R～0.95R(R表示螺旋槳半徑)區(qū)域25mm范圍內(nèi)葉面磨薄、修光順(見表3),避免諧鳴的產(chǎn)生,0.5R～0.95R所對應(yīng)的區(qū)域稱為抗諧鳴邊?？怪C鳴邊屬于特殊機加工區(qū)域,須不能涂裝,在表面處理和涂裝過程中均使用寬度為80mm的膠帶,以中線折成貼在葉面和葉背,如圖3、圖4所示。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,保護寬度可以適當放寬。3.5表面處理的質(zhì)量控制涂裝前表面處理的質(zhì)量是影響涂層保護性能的最主要因素。據(jù)統(tǒng)計,49.5%的涂裝缺陷與底材的表面處理狀況有關(guān)。由此可見,螺旋槳表面處理的質(zhì)量控制是確保涂層保護性能最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。影響表面處理狀況的主要因素有磨料、施工保護、掃砂及前后表面清潔。3.5.1面的金屬磨屑常規(guī)的金屬磨料主要有鋼丸、鋼砂及銅礦砂。如表1所示,螺旋槳作為銅合金材質(zhì),其表面處理方式與鋼材不同。如果使用常規(guī)磨料,沖砂后殘留在其表面的金屬磨屑將與銅發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃銹,影響涂層質(zhì)量。因此,通常使用非金屬磨料——石榴石拋光、研磨螺旋槳表面。石榴石(見圖5)是等軸晶系的晶體,本身無解理,噴砂后易形成帶有棱角的近似立方體的顆粒,因而其噴砂處理效果較佳。它不僅能把金屬表面的銹蝕、氧化皮、涂層及其污染物徹底清除,而且由于硬度大,可以在被清理的表面上產(chǎn)生棱角狀粗糙面,增大了金屬的表面積,提高了界面的粘結(jié)力,使涂層與金屬表面的附著力顯著增強。3.5.2涂料的污染螺旋槳涂裝在船塢階段施工,為了防止船體及周邊區(qū)域產(chǎn)生聚氟化涂料的污染,螺旋槳施工區(qū)域須搭棚遮擋,如圖6所示。搭棚不僅降低了因噴砂、噴涂過程中產(chǎn)生的粉塵及漆霧所造成的周圍環(huán)境污染,而且減少了鄰近區(qū)域停工、待工時間,有利于涂裝環(huán)境的控制。3.5.3石榴石掃砂、除臭螺旋槳在吊裝及調(diào)試過程中其表面油污染較為嚴重,掃砂前用水或稀釋劑擦拭其表面的油、油脂,干燥后用石榴石輕度掃砂,粗糙度為50～75μm,鹽分含量應(yīng)小于50mg/m2,如圖7所示。掃砂后須清除施工區(qū)域的磨屑及粉塵,包括腳手架及帳篷內(nèi)表,要求其表面清潔、干燥、無油脂,保持粗糙度和清潔度直至第一度油漆噴涂。所有灰塵要求徹底清理根據(jù)ISO8502-3規(guī)定灰塵量不大于2級。3.6壓泵壓力控制含氟聚合物不沾污防污漆須一次成膜不可修補,采用高壓無氣噴涂的方法,以便可以噴涂到規(guī)定膜厚。高壓無氣噴涂設(shè)備宜選用流量、壓力比高的單組分噴涂泵。無氣噴涂時噴涂泵壓力控制在50MPa左右,選用11B25型噴嘴。統(tǒng)噴前,漆霧難以噴到或達不到規(guī)定膜厚要求的表面應(yīng)先局部預(yù)涂。含氟聚合物不沾污防污漆為硅膠狀涂料,使用羊毛刷手工預(yù)涂。預(yù)涂只能單向進行,不能雙向進行捋順,不然會起皮或翹邊,預(yù)涂檢查合格后方可進行統(tǒng)噴。每次噴涂開始前,在壓泵試噴時根據(jù)表2濕膜厚度要求,利用濕膜儀測試重疊次數(shù)及噴槍移動的速度。在噴涂過程中應(yīng)用濕膜儀隨時檢測,根據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整操作方法。為縮短施工周期,每次復(fù)涂應(yīng)在對應(yīng)空氣溫度下最小復(fù)涂間隔時間后立即噴涂。3.7干膜厚度測儀外觀檢查時涂層表面應(yīng)平整、光滑、無氣泡、無劃痕等。涂層實干后,用無損檢測儀,如電子干膜測厚儀在4片槳葉葉面及葉背、槳轂、整流罩上各取任意2點測量干膜厚度。干膜厚度要滿足“85/15”規(guī)則,即85%的檢測點厚度要達到規(guī)定的干膜厚度,其余剩下15%的檢測點厚度要達到規(guī)定干膜厚度的85%。4螺母的防水性能4.1表面覆蓋不均勻船舶在航行或停航時海生物黏附在螺旋槳表面且不斷繁殖,在其新陳代謝過程中能產(chǎn)生腐蝕性的物質(zhì),或由于在其表面覆蓋不均勻而造成氧濃差電池,從而加速電化學(xué)腐蝕。含氟聚合物不沾污防污漆等構(gòu)成的多道防護涂層有效地隔絕螺旋槳表面與海水,抑制了電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生,并且利用自重、水的剪切力作用輕易除去附著的海生物。這不僅保持了螺旋槳原有的光滑度,減少能量損失,而且節(jié)省了螺旋槳表面水下清潔及在塢修時進行拋光、研磨的費用。4.2空泡的響因素空泡是液體特有的一種物理現(xiàn)象,當液體的局部壓力低于飽和蒸汽壓時,液體發(fā)生空化并發(fā)展所形成的空穴。液體空化的影響因素較多,據(jù)研究表明物體表面粗糙度對空泡的發(fā)生有促進作用,表面光滑會推遲空化的發(fā)生并減少空蝕。含氟聚合物不沾污防污涂膜摩擦系數(shù)低,船舶運行過程中其表面趨于平整光滑,有效減少螺旋槳表面與海水間摩擦阻力,有利于保持航速、減少空泡的發(fā)生,而且以高附著力耐磨鋁粉純環(huán)氧漆等構(gòu)成的多道防護涂層有效地保護螺旋槳使其免受因空泡引起的剝蝕。4.3噪聲防治的影響IMO船舶噪聲防護規(guī)則(A468決議)修正案,于2012年11月下旬召開的海上安全委員會(MSC)第91屆會議上獲得通過,將于2014年7月1日起正式實施并強制執(zhí)行。船舶噪聲新標準實施的緊迫性和影響的廣泛性,將會對我國造船行業(yè)帶來巨大沖擊。事后采取的降噪措施相比對噪聲源的控制至關(guān)重要。含氟聚合物不沾污防污涂層的低彈性模量對螺旋槳的寬頻隨機振動和噪聲的控制具有特殊效果。它利用高分子材料的黏彈性將振動機械能和噪聲械能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉,從而達到減振降噪的目的。4.4大型船舶的阻燃劑可降6%的燃油含氟聚合物不沾污防污涂料代表了不沾污涂料技術(shù)的最新發(fā)展,亦不含生物殺蟲劑,不會對海生物造成影響,而且在節(jié)能環(huán)保方面也有了突破性進展。據(jù)研究表明,大型船舶外板涂裝含氟聚合物不沾污防污漆相比自拋光防污漆可降低6%的油耗。前言所述,螺旋槳腐蝕及污損所造成的能量損失幾乎占總損失的三分之一。紐卡斯爾型20.6萬t散貨船日均油耗約為50t,以75%的航行率來計,在5年時間內(nèi),預(yù)計約節(jié)省1400t燃油,約減排4300tCO2氣體。國際燃油價格居高不下,海運市場低迷的當今,螺旋槳含氟聚合物不沾污防污漆的涂裝不僅為船東節(jié)省日常開支,而且為環(huán)保作出了重要的貢獻。4.5彈性涂料的保護含氟聚合物不沾污防污漆在螺旋槳表面形成堅韌且富有彈性的漆膜,對螺旋槳起到保護、裝飾的作用。如圖8、9所示,螺旋槳涂裝后的表面像陶瓷彩面平整光滑,具有均勻透亮的色澤,使人感到賞心悅目。5含氟聚合物不自然防污涂料目前,螺旋槳腐蝕對船舶造成