深海之爭歸根結底為資源之爭，深海科技有可能成為化解世界性能源和環境難題開辟途徑。深海領域的發展是一項系統工程，是諸多領域科技發展的集成，但就最重要的基礎而言，常常依賴于材料科技的發展和突破，尤其依賴于深海專用材料的研究和進展。深海資源鉆采、深海科學探索、深海國防安全的基礎是深海裝備，而深海裝備的基礎是深海專用材料。深海之爭的核心是深海高新科技。

 

01深海裝備材料技術全面解析

 

    眾所周知，深海環境比較復雜，而且在水下，隨著下降的深度，壓力逐漸增大，這對深海裝備的壓力也提出了很高的要求。今天小編就帶大家了解一下深海裝備材料。

    一、深海裝備的耐壓殼材料技術

 

    深海這種特殊環境對深海裝備的耐壓殼材料提出了特殊要求。深海裝備耐壓殼材料既要有一定的抗蝕性，在一定溫度范圍內還要有相當穩定的物理性能和適當的延展性，此外還應具有較高的屈服強度和較高的彈性模量。從而使深海裝備能夠承受住由其工作深度產生的靜壓強和深海裝備在整個服役期內多次下潛和上浮產生的周期性載荷對耐壓殼的影響。

    目前深海裝備耐壓殼使用的材料分兩種：金屬材料和非金屬材料。金屬材料主要在潛艇和深潛器上使用，非金屬材料主要在深潛器上使用。

    1、金屬材料

 

    目前深海裝備耐壓殼使用的金屬材料主要有兩種：鋼和鈦合金。美、日、英和俄等國潛艇都使用鋼為耐壓殼體材料，這些國家的一部分潛器使用鈦合金作耐壓殼體。俄羅斯有四級潛艇使用了鈦合金作耐壓殼材料，其余潛艇均采用高強度鋼作耐壓殼體材料。

    （1）美海軍深海裝備耐壓殼使用的材料

 

    美海軍潛艇的耐壓殼主要使用 Hy系列調質鋼。20 世紀 60 年代以前，美海軍潛艇耐壓殼的標準用鋼為 Hy-80。為提高焊接性和焊件韌性美海軍曾多次修訂了 Hy-80 鋼的軍用規范。美海軍的“洛杉磯”級潛艇的耐壓殼就使用了Hy-80 鋼。由于在相等重量下 Hy-l00鋼的屈服強度大于 Hy-80 鋼，因此 Hy-l00 鋼現已成為美國海軍潛艇耐壓殼的標準用鋼。美海軍現役的“海狼”級潛艇的耐壓殼材料就為 Hy-l00 鋼。美海軍最新型核潛艇“弗吉尼亞”級的耐壓殼材料計劃使用 Hy-l00 鋼。美海軍還研制了 Hy-l30 鋼，計劃用 Hy-l30 取代Hy-l00 作潛艇耐壓殼材料。美海軍還在20 世紀 80 年代用 Hy-l30 鋼建造常規動力深海試驗潛艇“海豚”號分段和另一艘潛艇的三個分段。

    美海軍使用 Hy 系列調質鋼和鈦合金制造潛器的耐壓殼。1969 年美海軍用Hy-l30 鋼建造深海救援艇“DSRV-I”號，不久又用于建造“DSRV- Ⅱ”號和核動力深潛器“NR-l”號。美海軍的先進蛙人輸送系統（ASDS）的前兩艘艇 ASDS Ⅰ和 ASDS Ⅱ的耐壓殼材料使用的是 Hy-80 鋼。美海軍的“海崖”號深潛器使用鈦合金（Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo）作耐壓殼材料，該潛器下潛深度為 6100m。

    （2）日本海上自衛隊深海裝備耐壓殼使用的材料

 

    日本海上自衛隊潛艇用鋼有 NS-30、NS-46、NS-63、NS-80、NS-90和 NS-110。二次大戰后至 20 世紀 60年代初日本海上自衛隊潛艇耐壓殼材料使用 NS-30 和 NS-46 鋼。此后，研制成了 NS-63（Hy-80 的改進型）、NS-80、NS-90（仿制 Hy-l30）鋼。NS-90鋼除用于潛深達 2000m 的深海調查船外，NS-63 和 NS-80 鋼都已用于建造潛艇。“夕潮”級潛艇的耐壓殼使用的是NS-80 鋼。20 世紀 80 年代日本又研制了強度級別更高的潛艇用鋼 NS-110。

    日本海上自衛隊的“親潮”級潛艇的耐壓殼就是 NS-110 制成的。日本的“深海 2000”深潛器使用鈦合金（Ti-6Al-2Nb-4VELI）作耐壓殼材料。

    （3）英國海軍深海裝備耐壓殼使用的材料

 

    英國海軍在二次大戰后研制了 QT 系列潛艇用鋼 QT-28、QT-35 和 QT-42。20 世紀 50 年代用 QT-28 建造潛艇。1958 ～ 1965 年間廣泛使用 QT-35 鋼建造潛艇。 1968年制訂了Q1 （N） 鋼的規范。英國還仿制了 Hy-l00 和 Hy-l30，并分別命名為Q2 （N） 和Q3 （N） 鋼。 英國 “機敏”級潛艇計劃使用 Q2（N）作耐壓殼材料。

    （4）俄羅斯深海裝備耐壓殼使用的材料

 

    俄羅斯是世界上第一個用鈦合金建造潛艇耐壓殼的國家，其用鈦合金建造潛艇的技術世界領先。俄羅斯先后制造了四級鈦合金做耐壓殼的潛艇。A 級 6艘，P 級 1 艘，M 級 1 艘，S 級 4 艘。由于鈦合金價格昂貴，俄羅斯的這四級潛艇僅建了 11 艘。鈦合金具有強度高、重量輕、低磁性和耐腐蝕等優點。用鈦合金作耐壓殼材料可降低潛艇排水量、增大潛深和提高艇的隱蔽性。俄羅斯某些潛艇的耐壓殼材料采用 CB-2 鋼。

    2、非金屬材料

 

    深海潛器的耐壓殼上使用的非金屬材料主要有：先進樹脂基復合材料和結構陶瓷材料。

    （1）先進樹脂基復合材料

 

    先進樹脂基復合材料是指用碳纖維、陶瓷纖維、芳綸纖維等增強的聚合物復合材料。先進樹脂基復合材料具有比傳統結構材料優越得多的力學性能。例如，分別用碳纖維、芳綸纖維和碳化硅纖維增強的環氧樹脂復合材料的密度為 1.4 ～ 2.0g ／ cm，抗拉強度為 1.5 ～ 1.8GPa，略高于普通鋼材，而比強度則為鋼材的 4 ～ 6 倍，比模量為鋼材的 2 ～ 3 倍。先進樹脂基復合材料除優越的力學性能外，往往還兼有耐腐蝕、振動阻尼和吸收電磁波等功能，因此 ，在艦船上有廣闊的使用前景。

    美國海軍用石墨纖維增強環氧樹脂材料成功地制造出自動無人深潛器AUSSMOD2 的耐壓殼體。該艇的下潛深度為 6096m，按照設計，其耐壓殼體的重量／排水量比率不能超過 10.5。美海軍計劃用石墨纖維增強環氧樹脂材料代替鈦合金制造耐壓殼體封頭。

    （2）結構陶瓷材料

 

    陶瓷的強度和彈性模量很高，而且具有耐腐蝕、耐磨損、耐高溫的優點，密度又比一般金屬材料低，是很有發展潛力的高比強度材料。但陶瓷固有的脆性使其應用范圍受到很大的限制。先進陶瓷材料的研究取得很大進展。用高純度超細粉料經特殊加工工藝而制成的陶瓷材料顯微組織精細，性能優良，如碳化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鋯等先進陶瓷材料已逐步進入實用領域。陶瓷增韌的研究也取得一定的成果，為結構陶瓷材料的推廣應用創造了條件。利用結構瓷材料的高強度制造大深度潛水器的耐壓殼體。

    美國海軍為建造無人深海潛水器而對若干耐壓殼體候選材料進行了對比分析。結果表明，對于 6096m 的潛深，氧化鋁陶瓷耐壓殼體的重量／排水量比率小于 0.60，而同樣設計深度的鈦殼的該比率則超過 0.85。盡管氧化鋁陶瓷在幾種陶瓷材料中并不是給出最低重量／排水量比率的材料，但由于它成本較低，而且制作工藝比較成熟，故被選中用于制造 635mm 直徑的深潛器耐壓殼體。

    美海軍 1993 年對 635mm 直徑的氧化鋁陶瓷耐壓殼體并進行了試驗。實踐證明，在同樣排水量（454kg）的情況下，氧化鋁陶瓷殼體比 Ti-6A-4V 殼體的有效載荷高166％；為達到同樣的有效載荷，鈦殼體的排水量必須增加 50％，其重量增加 83％。除此而外，陶瓷殼體還具有耐腐蝕、電絕緣、非磁性和可透過輻射等優點。

    二、深海裝備的浮力材料技術

 

    為了解決深潛拖體、深潛器和水下機器人等的耐壓性、結構穩定性問題，并提供足夠的凈浮力，人們開始研制高強度固體浮力材料（簡稱 SBM）以替代傳統的耐壓浮力球和浮力筒。SBM 是發展現代深潛技術的重要組成部分，對保證潛器所必須的浮力，提高潛器的有效載荷，減少其外型尺寸，尤其是在建造大深度的潛器中，有著重要的作用。

    深海裝備使用的固體浮力材料應具有耐水、耐壓、耐腐蝕和抗沖擊的特性。

    對于在不同深度使用的固體浮力材料的強度要求不同，水深增加，浮力材料的強度相應增加，密度隨之增大，但浮力系數減小。此外，深海裝備上使用的高強度浮力材料還應具有吸水率低、吸水平衡的時間短等特點。在浮力材料本身不能滿足防水要求的前提下，還需在浮力材料外表面包敷防水層。同時還要保證外表面包敷材料耐腐蝕和抗沖擊，以延長深海裝備浮力材料的使用壽命。

    近年來世界上許多國家都對深海浮力材料開展了廣泛的研究工作。已研制出一些深海裝備上使用的浮力材料，這些高強度的浮力材料已在民用、商業及軍事領域廣泛應用，如在水中設備的配重，漂浮于水面或懸浮于水中的浮纜、浮標、海底埋纜機械及聲多卜勒流速剖面儀（ADCP）平臺、零浮力拖體和無人遙控潛水器（ROV）等上使用。

    目前，國內是中船重工 725 所，青島海化所，中科院理化所，中船重工702 所，701 所等從事浮力材料的研究，能生產制備的公司有臺州中浮新材料，河南泛銳復合材料研究院等。

    深海裝備上使用的浮力材料實質上是一種低密度、高強度的多孔結構材料，屬復合材料的范疇。共分三大類：中空玻璃微珠復合材料、輕質合成材料復合塑料和化學泡沫塑料復合材料。中空玻璃微珠復合泡沫是由空心玻璃小球混雜在樹脂中形成的，其中空心玻璃小球占60% ～ 70% 的體積；復合塑料由復合泡沫與低密度填料比如中空塑料或大直徑玻璃球組合改性而成；化學泡沫塑料復合材料是利用化學發泡法制成的泡沫復合材料。其中，玻璃復合泡沫的最低密度極限是 0.5g/cm ³ ，復合塑料的最低密度極限是 0.32g/cm ³ ，而化學泡沫塑料的最低密度極限是 0.24g/cm ³ 。

    化學泡沫塑料技術和工藝上還有兩個技術難點需要解決：①泡沫材料的強度和可靠性；②阻水面材的選擇及工藝技術。

    美、日、俄等國家從 60 年代末開始研制高強度固體浮力材料，以用于大洋深海海底的開發事業。美國海軍應用科學實驗室研制的固體浮力材，當密度為 0.35g/cm 3 時，抗壓強度為 5.5MPa。

    美國洛克希德導彈空間公司研制了兩種用途的固體浮力材料是一種用于淺海的OPS（offshore petroleum system）級固體浮力材料，密度 0.35g/cm 3 ，抗壓強度5.6Mpa，可潛水深 540m；另一種是深潛用 SPD（submersible deep quest）級固體浮力材料，密度為 0.45 ～ 0.48g/cm 3 ，抗壓強度 25MPa，可潛水深 2430m。美國 Flotec 公司生產的浮力材料，由高強度環氧基材料作基材，根據不同的使用水深，填充不同的浮力調節介質，選用適當的合成方法加工而成。為提高抗沖擊性和耐侵蝕，其外表面澆注聚乙烯或ABS 外殼，外殼厚度為 13 ～ 15mm。

    日本海洋技術中心對固體浮力材料的研制開發大體上分三個時期，第一時期是 1970 年水深 300m 的潛水作業；第二時期是 80 年代初研制載人深潛器“深海 6500”；第三時期是 1987 年開始研制 10000m 深的水下機器人。俄羅斯目前也研制出用于 6000m 水深固體浮力材料，密度為 0.7g/cm 3 、耐壓 70MPa。

    總之，深海裝備材料的優異性能決定了深海作業工作的變異性和深入性。因此，我們在大力開展深海探索工作的同時，全力推進相應先進材料的研發和研制。也實現我國在海洋領域的重要地位。

 

    三、大深度材料技術

 

    大潛深平臺及潛器等深海裝備在水下活動，要承受巨大壓力，潛得越深，壓力越大。為保證其安全，對它們的殼體材料在強度、韌性、塑性、耐疲勞性、耐海水腐蝕性、可焊性、工藝性等方面皆有較高的要求。

    就潛艇來說，二次大戰前，耐壓殼體材料一般采用強度屈服極限為 45 千克力/cm 2 級鋼材， 下潛深度不大。 二戰后，人們開始采用屈服極限為 60 千克力 /cm 2級高強度合金鋼，下潛深度逐漸增大。

    現代潛艇采用的殼體鋼材強度更高，屈服極限將近 100 千克力 /cm 2 ，有的甚至更高，因而下潛深度大大增加。

    1、高強度合金鋼

 

    高強度合金鋼是目前大潛深潛艇建造最重要、最關鍵的結構材料，其性能優劣直接關系到潛艇戰術性能的提高。

    美國從 20 世紀 50 年代就開始建立HY 系列艦艇結構鋼的體系平臺，目前該系列鋼包括 HY80、HY100 和 HY130等高強度合金鋼。美國“大青花魚”

    號試驗潛艇是應用 HY80 高強度鋼的第一艘潛艇，HY80 高強度鋼屈服強度為56 ～ 66.5 千克力 /cm 2 ，可保證核潛艇下潛深度達到 300 米，HY80 鋼隨后被美國各級核潛艇采用達 30 年之久，美國海軍目前在役的“洛杉磯”級攻擊型核潛艇就采用 HY80 型高強度合金鋼建造。為了適應其“海狼”級攻擊型核潛艇下潛深度增加的需要，美國海軍原打算采用正在研制的 HY130 高強度鋼，該鋼的屈服強度為 91 千克力 /cm 2 ，但由于 HY130 鋼的焊接工藝方面還有一些問題沒有解決，除少量結構及海水管路經過嚴格的檢驗仍采用 HY130 鋼外，“海狼”級攻擊型核潛艇主要的 19 種結構的構架、構件均改用已研制成功的既能抗震又能抗海水壓力的 HY100 高強度鋼制造。此種鋼屈服強度為 82 千克力 /cm 2 。“海狼”級核潛艇采用此種鋼后，其下潛深度比采用屈服強度為56 ～ 66.5 千克力 /cm 2 的 HY80 鋼建造的“洛杉磯”級核潛艇增加了 25％以上。

    “洛杉磯”級的下潛深度為 450 米，“海狼”級的下潛深度達到 610 米。美國海軍目前正在建造的面向 21 世紀的“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇艇體仍將采用HY100 鋼。法國核潛艇采用的 HELS80 鋼和英國核潛艇采用的 QN-1 型鋼均和美國的HY80 鋼性能相似。

 

    2、鈦合金鋼

 

    鈦合金在潛艇上的應用相當廣泛，它具有重量輕、強度大、耐熱性強、耐腐蝕等許多特性， 被譽為 “未來的金屬” ，是具有發展前途的新型結構材料。鈦合金的比強度（強度與重量比）在金屬結構材料中是很高的，它的強度與鋼材相當，但其重量僅為低碳鋼的 57% 左右。

    俄羅斯在鈦合金核潛艇的研究和制造技術上，處于國際領先地位，也是用鈦合金建造耐壓殼體的唯一國家。冷戰時期，蘇聯海軍為了抗衡美國海上力量，追求核潛艇的大潛深、高機動性，根據與美國海軍對抗的實際情況，蘇聯海軍認為，其核潛艇應具有 1000 米的深潛能力，因為當時世界各國尚無任何潛艇和武器能在 1000 米的深度上作戰，且在該深度上潛艇還可以有效地躲避敵人的探測和攻擊。到 20 世紀 60 年代后期，蘇聯由于在新型結構材料的試驗研究，特別是關于高強度鈦合金的制造工藝已經逐漸成熟，已有能力建造出滿足這種大潛深要求的核潛艇，于是，蘇聯海軍開始大量應用鈦合金建造潛艇艇殼。水下排水量 3600 噸的“阿爾法”級攻擊型核潛艇采用雙層殼體建造，每艘用鈦量高達650噸， 下潛深度達到900米。 “塞拉”級多用途核潛艇也采用耐壓殼體鈦合金建造，工作深度 700 米，極限下潛深度達 800 米。這些高強度合金鋼和鈦合金鋼對大潛深潛艇以外的其它深海裝備同樣適用。

 

02海洋防腐涂料的最新研究進展

 

    海洋約占地球表面積的 70%，世界貿易中，90% 以上的貨運靠海洋運輸，海洋資源與航海船舶業已經成為世界經濟發展中不可或缺的重要支柱。然而，隨著海面風浪等對金屬構件產生的往復沖擊；海水、海洋生物及其代謝產物等對金屬材料的腐蝕，海洋環境已成為極為苛刻的腐蝕環境。無論海水里還是海面上的潛艇、船舶等，都需要采用高強、耐腐蝕材料制造，并涂刷防腐涂層進行保護。因此，尋找最合適的海洋防腐涂料已引起人們的廣泛關注。下面介紹海洋防腐涂料的研發現狀，重點介紹幾類具有顯著防腐性能的海洋防腐涂料。

 

    海洋工程中鋼結構的腐蝕種類多樣：電偶腐蝕、空蝕現象、磨損腐蝕和沖擊腐蝕、析氫腐蝕、吸氧腐蝕等。應用較多的重防腐涂料主要有：環氧類防腐涂料、氟碳防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料、橡膠防腐涂料、有機（無機）硅類樹脂涂料、聚脲彈性體防腐涂料、玻璃鱗片類重防腐涂料和有機（無機）富鋅涂料。

    下面對這幾種應用最廣泛的防腐涂料進行簡要介紹：

 

    1、環氧類防腐涂料

 

    環氧類防腐涂料以環氧樹脂為主體，與顏料、催干劑、助劑等調制而成。

    環氧樹脂涂料性能優異：高附著力、高強度、耐化學品和耐磨性是目前海洋重防腐領域應用最早、范圍最廣的重防腐涂料種類之一。

    環氧類防腐涂料種類繁多，主要分為雙酚 A 環氧樹脂和酚醛環氧樹脂兩大類。雙酚 A 環氧樹脂，分子結構中含羥基、醚鍵和環氧基團，與基底粘附力強；苯環使樹脂具有較強的機械強度和耐磨性；涂膜后耐酸堿性、耐腐蝕性和耐化學品性能優異；常溫固化、施工方便，固化收縮率低，無揮發性物質產生，綠色環保。涂料性能的優劣依賴于樹脂的特性，還包括改性劑的研發，涂裝工藝的優化等也是以后環氧類防腐涂料的科研方向。

    2、氟碳防腐涂料

 

    氟碳防腐涂料以含氟樹脂為主要成膜物質，氟原子電負性大、半徑小，C-F鍵鍵長短、鍵能強、極化率低，這類涂料表現出超強的耐候性、耐熱性和耐化學品性，具有優異的自清潔性能、防污性能和超強的耐腐蝕性能。

    近年來，通過對氟碳涂料進行不同方式改性或多種涂料混用手段，來優化含氟涂料的性能，拓展了其應用領域。

    Lu 等在氟碳涂料中摻雜不同量的銳鈦型 T i O ₂ 納米粒子，測試涂層性能，結果表明氟碳涂料中加入的 T i O ₂ 納米粒子，得到的涂膜具有更好的耐熱、耐候性以及優異的自清潔性能。Kim 等采用低溫噴霧涂層的方式噴涂水溶性氟碳密封材料，該材料顯示出很高的腐蝕電流密度和耐腐蝕性。LL'darkhanova 等使用碳納米管和碳納米纖維對氟碳樹脂進行改性，涂層表面形成的納米結構與氟碳樹脂固有的疏水性產生協同作用，使涂層的疏水性得到極大提高。

    這些改性只是增強或改善了涂料某一性能，不可能將所有的改性方式完全應用于一種涂料，所以要想改變這種現狀，就要在結構上設計、合成新的含氟樹脂，使樹脂主體具有綜合的優良性能，再通過改性手段對其某些性能缺陷進行改善，是氟碳樹脂研發的重點。另外，影響氟碳涂料推廣的主要因素還有涂料成本過高、涂料需高溫烘烤、硬度差、易漏涂等。總之，采用新單體進行共聚、不同類型樹脂中引入氟元素、多元聚合等手段是制備新型氟碳涂料的主要途徑和今后的研究方向。

    3、橡膠防腐涂料

 

    橡膠涂料以天然橡膠衍生物或合成橡膠為主要成膜物質。應用范圍較廣的主要有氯磺化聚乙烯防腐涂料和氯化橡膠防腐涂料。橡膠涂料無毒無味、對皮膚無刺激性，涂膜耐腐蝕性強、與基底粘附力大，同時具有快干、耐水耐磨以及抗老化等優點，橡膠防腐涂料主要用于船舶、水閘、化工等領域。

    氯磺化聚乙烯防腐涂料以氯磺化聚乙烯橡膠為主要成膜物質，不親油、不親水，阻燃性、耐候性、耐熱耐低溫等性能優異。缺點是：與基底粘附力不高，需要與其他樹脂（如環氧樹脂）混用或者改性來提高粘附力；溶解度低，所需溶劑量大，造成污染和浪費。

    氯化橡膠防腐涂料以四氯化碳為溶劑，通過天然橡膠煉解，通入氯氣制得。

    不存在活性化學基團，耐化學品性、耐水性、耐霧性和耐候性優異。與其他涂料混用，耐腐蝕性更強，使用壽命增長；單獨使用與基底粘附力不高，耐老化、耐紫外性能不強。近年來，一些研究者通過改性或與其他涂料混用等方法，改善了傳統橡膠防腐涂料的缺陷。Hwang等將橡膠與環氧樹脂聯用，用不同量的鱗片狀石墨烯微片改性端胺基橡膠，測試結果表明，改性后復合涂料的耐沖擊強度、韌性都大大提高。Bulgakov 等用氨基化合物改性氯磺化聚乙烯橡膠，使其粘結強度增強 2 ~ 5 倍。李石等使用中、長油度醇酸樹脂、環氧樹脂等對氯化橡膠進行改性，涂裝于海上平臺、船舶等設備，測定結果顯示涂層的附著力、耐老化等得到很大增強。然而，這些改性方法雖然對涂料性能進行了提高，但仍是采用四氯化碳作為溶劑，其自身有毒并對臭氧層產生破壞，使它的應用受到限制，開發低 VOC 的氯化橡膠涂料是以后的發展方向。比如采取水相法合成氯化橡膠，研發水性的氯化橡膠涂料等為我們提供了解決思路，但是產品質量的穩定性或實際效果還不能滿足海洋惡劣環境的技術要求，開發新溶劑替代四氯化碳生產氯化橡膠仍是橡膠涂料行業的研發熱點與難點。

    4、有機硅樹脂涂料

 

    有機硅樹脂涂料是以有機硅樹脂或者改性有機硅樹脂為主要成膜物質的一種元素有機涂料，主要分為純有機硅樹脂涂料和改性有機硅樹脂涂料，耐熱耐寒性強，絕緣性、附著力、柔韌性、防霉性等性能優異。改性有機硅樹脂應用更廣泛，包括機械混合型和縮聚型，可以通過添加不同填料或顏料來改性有機硅樹脂，增強其耐熱性、絕緣性和耐候性等。

    國內外的研究者采用不同途徑改性有機硅樹脂涂料，并取得了顯著成果。

    Lee 等用自修復劑二甲基硅氧烷和二甲基氫硅氧烷雙重乳液靜電引入到核殼納米纖維涂層芯中，結果表明：這種保護涂層透明度高（90% 透光率），自我修復能力和耐腐蝕性能強。Balgude 等 [20]

    對硅烷改性，研究其對碳鋼的腐蝕保護，并對 4 種不同硅烷含量（5%，10%，15% 和 20%）的涂料進行表征和結構解析，結果顯示：相比其它制劑，20%的硅烷改性涂料在金屬涂層界面形成更多的金屬氧硅共價鍵，其整體性能更強。

    雖然有機硅樹脂涂料具有優異的耐高低溫性和耐候性、耐化學品、耐磨性等突出優點，但是它的強度低，與基底的粘附力低等缺點也限制了其應用范圍。以后的工作主要是采取不同方法改性，如無機 - 有機混接技術，使其兼具有機物與無機物的最佳特性；通過探明有機硅樹脂涂料成膜機理，對各種聚合物如丙烯酸樹脂、環氧樹脂等進行改性，獲得性能更為優異的有機硅改性涂料；制備交聯型有機硅樹脂涂料從而增強其致密性，提高耐水、耐溶劑和耐熱等性能；使有機硅樹脂涂料向低污染、健康環保的方向發展也是以后的研發重點。

    5、聚氨酯防腐涂料

 

    聚氨酯涂料是常見的一類涂料，和環氧涂料有相似的性能，分為雙組份和單組份聚氨酯涂料。聚氨酯中除存在氨基甲酸酯鍵外，還有許多—OH、—NCO 和不飽和雙鍵等，涂層耐酸堿、耐油、耐腐蝕、耐高低溫和耐磨等性能優異。聚氨酯涂料屬于高固低 VOC 涂料，環境污染物排放量很低；聚氨酯涂料與基底附著力強，物理機械性能優異，裝飾性能也很強，可在重防腐領域中作為面漆使用。

    目前，國內外對水性聚氨酯防腐涂料改性方法有很多，主要包括：環氧樹脂改性、有機硅共聚改性、納米改性、復合改性。改性后水性聚氨酯防腐涂料的性能得到了很大的改善，但仍存在耐水性不強，對施工條件要求苛刻，產品價格較高等問題。研發新的水性聚氨酯防腐涂料改性方法是水性聚氨酯防腐涂料科研的主要方向，如使用乳化劑或者在主鏈上引入羧基、羥基等親水基團制備水性聚氨酯涂料，研究的重點是如何提高其耐水性和縮短固化時間等方向；另外，雙組份聚氨酯涂料的研發很不成熟，這也是以后的一個研究熱點。總之，開發高性能的水性、高固體含量聚氨酯涂料，通過與環氧樹脂、氟碳樹脂等不同類型涂料聯用的技術是今后的研發方向。

    6、聚脲彈性體防腐涂料

 

    聚脲彈性體涂料由氨基化合物和異氰酸酯反應生成，多用于海上橋梁防腐。

    上世紀 80 年代末由美國研發成功，因優異的性能，在世界范圍內得到廣泛應用，是繼高固體、粉末涂料，水性涂料，光固化涂料等之后，開發的新型、高效、易涂刷的雙組份純聚脲彈性體涂料。這種高厚膜彈性體涂料特點明顯：固體含量高、綠色環保，涂膜厚且致密柔韌，與基底附著力強，耐紫外、耐沖擊等性能優異，施工簡便。

    國內外對聚脲彈性體涂料的研究有很多。Feng 等對在聚脲嵌段聚酰胺共聚物涂料中，添加不同量的聚脲彈性體進行研究，結果表明當聚脲含量摩爾分數達到 50% 時，氫鍵引發的自組裝效果增大共聚物的結晶度，涂層耐腐蝕性增強，表面能降低。Huang 等使用Qtech-412純聚脲重防腐涂料進行涂裝，在人工海洋大氣環境中進行曝光老化，以紅外光譜、DSC 等測試性能，涂層的機械性、耐紫外性良好，結構穩定，耐腐蝕性能優異。但是這些改性方法對制約聚脲彈性體涂料應用的主要原因并沒有觸及，或者提高不大，因為聚脲彈性體涂料的主要缺陷是：固化速度過快，層間粘附力差，耐高溫和耐腐蝕性不如氟碳涂料等，研究重點應是對其各種性能進行細致研究，通過比較不同擴鏈劑、填料、偶聯劑的使用對涂料性能的影響，從而開發出綜合性能更為優異的聚脲彈性體涂料。另外，聚脲彈性體涂料的噴涂是很先進的技術，施工人員的素質、技術也是影響其性能的原因；其次，主要原料和噴涂設備需進口導致成本很高，也是制約我國聚脲彈性體涂料發展的一個重要原因。今后研發價格適中的聚脲彈性體涂料，建立規范的噴涂標準是聚脲彈性體涂料研究的重難點。

    7、玻璃鱗片重防腐涂料

 

    玻璃鱗片防腐涂料是以樹脂為主要成膜物質，添加特殊玻璃鱗片為骨料，加入合適助劑等制得的一類涂料。特點有：玻璃鱗片纖薄，與涂層重疊，抑制了介質滲透，屏蔽效果極好；涂膜具有很強粘附力和力學性能，耐腐蝕性、堅韌性極強；鱗片使涂層與基底應力降低，防止涂膜產生罅隙、脫落現象；鱗片在涂層中反射大量紫外線，樹脂耐紫外性、耐候性、耐老化性能優異。

    應用較廣泛的主要有以下幾種：環氧玻璃鱗片重防腐涂料、聚氨酯玻璃鱗片重防腐涂料、環氧煤瀝青玻璃鱗片重防腐涂料、高氯化聚乙烯玻璃鱗片重防腐涂料。不同類型的涂料具有不同的優異性能，其中環氧玻璃鱗片重防腐涂料的綜合性能最突出，在海洋防腐領域應用最為廣泛，它以環氧樹脂為主要成膜物質，與普通環氧防腐涂料相比，其抗介質滲透性和耐磨、耐腐蝕性更強，涂層的粘附力、耐腐蝕、耐化學品、防腐壽命等性能更優異，施工條件簡便、固化迅速，適宜做面漆或中層漆應用于涂料體系中。

    但目前的改性方法較少觸及鱗片的差異對涂料性能的影響。如何提高玻璃鱗片自身的耐化學品性能，選擇適宜的鱗片厚度，使用前用相關助劑對鱗片進行不同的處理是改善玻璃鱗片涂料性能的重要方法，是今后研究的主要方向。

    另外，嘗試采用玻璃鱗片為骨料，不同類型樹脂為成膜物質，制備不同的玻璃鱗片重防腐涂料也是研究的重要內容。

    8、富鋅涂料

 

    富鋅涂料是以鋅粉為填料的一種環氧類粉末涂料，主要包括有機和無機富鋅涂料，在海上橋梁、大型鋼結構、船舶等設備上廣泛使用。富鋅涂料的防腐機理包括：屏蔽作用、電化學防護、涂膜自修復作用、鈍化作用。

    有機富鋅涂料多用環氧樹脂、聚氨酯樹脂為成膜物質；無機富鋅涂料以水性硅酸鹽樹脂、硅酸乙酯等為成膜物質。

    有機富鋅涂料的施工性能好，基底低表面處理性強，但耐熱性、導電性、耐溶劑性等性能劣于無機型，有機型與多數涂料可混溶，配套涂層之間有協同效果。

    很多科研工作者對富鋅涂料進行了研究。Yang 等使用掃描電鏡和能量分散光譜法對涂層進行動態觀察和分析，評價了分層涂層組成的防腐蝕系統的防腐效果，證明富鋅涂料優異的防腐蝕性能。Pandey 等和 Gergely 等通過不同的納米粒子對富鋅涂料進行改性，借助多種手段進行分析，為新型富鋅涂料的開發提供了便利。

    這些改性方法在一定程度上改善了涂料的性能，目前也有很多科研工作者將不同類型的樹脂與富鋅涂料聯用，分析其性能差異。如果能夠綜合這兩種方法，先采用不同方法對富鋅涂料進行改性，再與不同類型的涂料聯用，比如制備含環氧樹脂的改性富鋅涂料，則同時具有環氧樹脂粘附力高的優點，又克服了無機富鋅涂料成膜性差、表面處理要求高的缺點，將使會開發出性能優異的保護涂料。我們通過類比不同類型樹脂與改性富鋅涂料的聯用效果，篩選出最為優異的涂料種類，將極大的拓寬富鋅涂料的使用范圍和提高其防腐效果，這將是今后富鋅涂料研究的重要方向。

    在海洋重防腐領域中，除以上類型的涂料應用較廣泛外，含氯樹脂重防腐涂料、聚苯硫醚防腐涂料、聚苯胺防腐涂料、酚醛樹脂涂料、丙烯酸類防腐涂料等，因各自不同的性質及其性能，也在不同領域得到應用。

    結語

 

    隨著海洋經濟的迅猛發展，海洋防腐越來越得到人們的重視，海洋防腐涂料的開發應用更得到國內外的強烈關注。海洋防腐涂料的設計開發技術含量高、資金投入大、研發周期長。須從海洋環境的腐蝕特點出發，以腐蝕的某個或多個機理為切入點，開發出不同的防腐涂料或具備協同作用的涂料體系，以適應不同的腐蝕環境。

 

03深海工程裝備陰極保護技術進展

 

 

    從 20 世紀 80 年代，隨著深海油氣資源開發技術的逐漸成熟，大量深海石油平臺、管道和 FPSO 等海洋工程裝備投入使用。深海腐蝕環境特征與表層海水顯著不同，服役深海環境的工程裝備結構安全以及腐蝕控制技術受到了格外的重視。

    陰極保護技術是海洋工程裝備最常用、最有效的腐蝕防護技術，該技術可單獨用于海洋工程裝備的腐蝕防護，也可與涂層配套應用，不僅可以防止均勻腐蝕，也可有效防止孔蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、電偶腐蝕等。針對深海環境腐蝕新特征與腐蝕防護新挑戰，國內外在深海陰極保護設計、犧牲陽極材料、陰極保護應用技術研究等方面開展了卓有成效的研究。

    一、深海陰極保護參數

 

    陰極保護效果與陰極保護設計參數直接相關，包括保護電位、電流密度、陽極材料與數量等，其中保護電位和電流密度是兩個最重要的陰極保護設計參量。陰極保護電位范圍由材料特性決定，而陰極保護電流密度選取由保護電位范圍控制，二者間的函數關系與材料特性（極化特性、表面狀態）、環境參數（溫度、溶解氧、流速、鹽度）等有關。

    1、深海條件陰極保護電位判據

 

    為保證深海工程裝備結構強度，普遍采用高強度合金制造，材料強度越高，氫脆敏感性也越高。陰極保護過程中，高強鋼表面發生吸氧或析氫反應，或二者同時發生。陰極保護電位越負，越容易發生析氫反應，材料發生氫脆斷裂的風險越高。因此，對高強鋼陰極保護電位范圍應進行嚴格控制。目前，國內外尚無高強鋼在深海條件下的陰極保護電位判據標準，但相關研究表明，當陰極保護電位負于一定值后，材料伸長率、斷裂時間均隨陰極保護電位負移而減小。對于屈服強度為 500 ～ 900MPa 的高強鋼，最佳保護電位范圍為 -0.790 ～ -0.870V（vs Ag/AgCl/ 海水，下同）。對于強度超過 900MPa 的高強鋼，最佳保護電位范圍為 -0.79 ～ -0.81V。不同材料最佳陰極保護范圍為：鋼-0.8～-1.00 V，銅-0.45～-0.60 V， 鋁-0.9～-1.15 V，高強鋼（500~900 MPa）-0.79～-0.89V，高強鋼（>900 MPa）-0.79～-0.81V。

    2、深海條件陰極保護電流密度

 

    （1）壓力對陰極保護電流密度影響。陰極保護過程中，氧還原反應產生 OH - ，OH - 與海水中的 Mg 2+ ，HCO 3 - ，Ca 2+ 反 應， 生 成 保 護 性 的 CaCO 3 ，Mg（OH） 2 等沉積物附著在被保護結構表面，可減小陰極保護電流密度。壓力越大，碳酸鈣溶解度越大（500m 深海條件下碳酸鈣溶解度為表層海水的 5 倍），越不容易在被保護對象表面形成鈣鎂沉積層。在高壓力深海條件下，沉積物主要為 Mg（OH） 2 。同時壓力越大氧氣活度越大，所需陰極保護電流密度越大。因此，陰極保護電流密度隨著壓力增加而增加。在海水流速為 0，表層海水與3000m 深海條件下，鋼質材料所需陰極保護電流密度對比見表 1。

 

 

    （2）流速對陰極保護電流密度影響。流速對陰極保護電流密度影響顯著，流速越大，氧氣擴散越快，氧氣還原速度越大，所需陰極保護電流密度也越大。3000m深海條件下， 當海水流速從0m/s增加至10m/s， 若要達到-850mV的陰極保護電位，陰極保護電流密度需從 30mA/m 2 增加至 250mA/m 2 。

    DNV-RP-B401 推薦的不同深度不同溫度裸鋼初始、后期以及平均陰極保護電流密度見表 2。根據 S.Chen 等人在墨西哥灣開展的 900m 實海陰極保護參數研究結果，施加 0.1A/m 2 平均保護電流密度，鋼試樣表面電位約為 -0.9 ～ -1.0V，容易造成高強鋼發生氫脆斷裂。深海裝備陰極保護工程公司采用 21.5mA/m 2 電流密度標準設計鋼質結構陰極保護系統，遠小于表 2 建議的陰極保護電流密度。

 

 

    綜上，陰極保護電流密度受海水壓力、流速等多因素影響，因此，在進行陰極保護設計時，要針對工程裝備服役環境特點，確定陰極保護設計參數，切不可以盲目照搬。

    二、深海環境對犧牲陽極性能影響

 

    1、溫度影響。溫度對犧牲陽極性能影響顯著，一方面深海海水溫度顯著低于表層海水溫度，溫度降低，犧牲陽極活性降低，開路電位和工作電位輕微正移，陽極溶解形貌變差，溶解形式由均勻溶解變為局部溶解。另一方面，對于輸送高溫介質的管道，犧牲陽極工作在高溫條件，隨著溫度升高，常用的 Al-Zn-In 系犧牲陽極電容量顯著降低。

    2、壓力影響。深海壓力作用下，材料處于彈性變形狀態，根據 E.M.Gutman 機械電化學理論，壓力增加犧牲陽極開路電位負移，腐蝕速率增加。研究表明，在海水壓力作用下，壓力加劇 Al-Zn-In 犧牲陽極晶間腐蝕誘發的應力腐蝕開裂，導致電流效率降低。

    3、溶解氧影響。與表層海水相比，深海海水溶解氧含量降低，其對 Al-Zn-In系犧牲陽極主要有兩方面影響 ： 一方面， 溶解氧含量減少， Al 2 O 3 氧化膜生產速度降低，有利于陽極活性溶解；另一方面，又導致 In，Zn 等合金元素“溶解 - 再沉積”困難，造成犧牲陽極活性溶解能力下降，其中對 In，Zn 等合金元素“溶解 - 再沉積”。影響程度大于對 Al 2 O 3 氧化膜生產速度影響。因此，溶解氧含量降低，犧牲陽極活性降低，電流效率降低。

    4、壓力交變影響。壓力交變環境，犧牲陽極溶解產生的陽離子 （Al 3+ ，Zn 2+ ） 與氧氣還原產生的 OH- 離子反應生成的沉積物 （Al（OH） 3 ，Zn（OH） 2 ） 容易附著在陽極表面，導致陽極工作電位正移，活性降低。

    三、深海犧牲陽極材料研究

 

    1、深海犧牲陽極研究。為解決深海環境犧牲陽極材料性能下降問題，美國開發了深海鋁合金犧牲陽極，陽極成分（質量分數）為：Fe ≤ 0.07%，Zn4.75% ～ 5.25%，Cu ≤ 0.005%，Si≤ 0.10%，In 0.015% ～ 0.025%，Cd≤ 0.002%，Al 余量。國內中國船舶重工集團公司第七二五研究所也開發了專用于深海環境的鋁合金犧牲陽極材料，在淺海和模擬 600m 深海環境，電容量均達到 2650Ah/kg 以上。深海犧牲陽極工作電位約為 -1.1V，主要用于保護屈服強度不高的鋼質結構以及鋁合金等。

    2、低電位犧牲陽極研究。犧牲陽極工作電位過負，易導致高強鋼氫脆斷裂，為解決陽極工作電位與高強鋼陰極保護電位范圍要求不匹配問題，開發了基于 Ga 活化的低電位犧牲陽極，其工作電位范圍為 -0.78 ～ -0.88V。

    3、高活化犧牲陽極研究。通過添加 Mg，Ga，Mn 等合金元素，提高 Al-Zn-In 犧牲陽極的活性，減少腐蝕產物在陽極表面的附著，解決壓力交變與干濕交替環境犧牲陽極結殼導致性能下降問題，主要用于深潛器、ROV、海底挖溝機等。中國船舶重工集團公司第七二五研究所研制的 Al-Zn-In-Mg-Ga-Mn 高活化犧牲陽極已在海洋工程裝備上安裝應用，并取得了良好的效果。

    四、陰極保護技術應用

 

    深海工程裝備的陰極保護方法有犧牲陽極陰極保護法和外加電流陰極保護法。由于犧牲陽極保護系統可靠性高，無需維護管理，大部分深海工程裝備采用犧牲陽極保護法。外加電流陰極保護法主要用于犧牲陽極設計壽命到期后仍需要繼續服役的工程裝備，特別是石油平臺的后期保護。

    1、犧牲陽極保護法

 

    （1）石油平臺及管匯。全世界90% 以上的石油平臺樁腿采用犧牲陽極保護，陽極形狀一般為長條狀，采用焊接方式安裝在樁腿上。深海環境中，犧牲陽極用于保護采油樹及管匯等。典型水下管匯主要由防沉板、結構框架、生產設備、保護架組成，陽極主要安裝在結構框架和防沉板上。

    （2）海底管道。海底管道特別是深海管道，主要采用涂層（3LPE/3LPP）聯合犧牲陽極技術進行防護。犧牲陽極采用鐲式 Al-Zn-In-Si 犧牲陽極。犧牲陽極達到設計壽命后，如管道仍需服役，需要對犧牲陽極保護系統進行更新。具體技術方案為：將一定數量的犧牲陽極固定在框架上， 組成框架式陽極系統 （雪橇式框架陽極、擴大式框架陽極、混凝土和框架共同固定的陽極等），然后通過水下機器人按設計間距將被保護管道與框架式陽極系統電連接。其中雪橇式框架陽極和擴大式框架陽極適用于沙地環境，混凝土和框架共同固定的鋁陽極適用于任何環境管道保護。

    2009 年，墨西哥灣 124 個海洋工程裝備進行了犧牲陽極和外加電流的更換、翻新。

    （3）深潛器。深潛器通常采用涂層聯合犧牲陽極保護技術進行腐蝕防護。深潛器一般由耐壓結構和非耐壓結構組成，耐壓結構材料強度高，通常采用 Al-Ga 低驅動電位犧牲陽極進行保護；而非耐壓殼體處于壓力交變、干濕交替的服役環境，采 a 用高活化犧牲陽極進行保護。

    2、外加電流陰極保護法

 

    與犧牲陽極陰極保護法相比，外加電流陰極保護法的最大優點是只需安裝較少的輔助陽極即可滿足工程裝備的防護需求，且保護度可調，但技術難度更高，且需要外加電源，不適合大深度工程裝備防腐。

    主要用于石油平臺和大型船舶陰極保護，此外還用于犧牲陽極消耗完采油平臺的后期防護。

    由于輔助陽極發出電流量大，為避免輔助陽極附近電位過負，通常采用遠距離沉底布置輔助陽極的方式（保護對象與輔助陽極距離不小于 15m）對石油平臺進行陰極保護，陽極輸出電流越大，布放距離越遠。 沉底式輔助陽極結構為：

    輔助陽極安裝在浮體上，浮體固定在基座上，浮體產生向上的浮力，保證輔助陽極與被保護對象平行。

    外加電流陰極保護技術電位精確控制難度遠大于犧牲陽極陰極保護技術。

    因此，選用外加電流陰極保護技術對海洋工程裝備，特別是由高強鋼制造的深海工程裝備實施陰極保護時，必須根據環境特點精確設計，并輔以陰極保護電位檢測系統測量保護電位，評估裝備氫脆失效風險。

    展望

 

    深海油氣資源開發力度加大，大量深海工程裝備投入使用，對海洋工程陰極保護技術的發展和應用提出了迫切需求，目前深海陰極保護技術還有如下幾方面問題亟需解決：

    1）明確深海工程裝備陰極保護電位、電流密度判據，并通過陰極保護優化設計方法，精確設計陰極保護系統，優化防腐效果。

    2）發展新型陰極保護材料，滿足服役于不同深海環境的工程裝備防腐需求。

    3）發展智能化、便宜操作的陰極保護監檢測新技術，監測陰極保護效果，評估海洋工程裝備結構安全。

 

     （資料來源：知網）

 

04深海環境中金屬腐蝕防護的研究新進展

 

 

    隨著經濟建設的飛速發展以及科學技術水平的逐步提高，我國對于海洋的開發有了突飛猛進的發展，海洋構筑物也越來越多。21 世紀是人類開發利用新環境、新資源的時代，而深海資源也已得到了人們的廣泛利用。但水下的環境與陸地環境極其不同，多數用于陸地上的技術無法同樣應用于深海工程。

    由于海水中富含氯離子及各種鹽類，加以深海環境下靜水壓力的作用，深海金屬結構設施的腐蝕也成為了人們日益關注的問題。因此，研究深海環境中的腐蝕規律及控制腐蝕的方法，對延長深海金屬結構設施的使用壽命，保證深海構筑物的正常運行和安全使用，以及促進海洋經濟的發展具有十分重要的意義。

    本文針對深海構筑物所處的深海環境，綜述了深海環境因素對金屬結構腐蝕行為的影響；簡要介紹了當今各國在深海環境腐蝕防護技術方面的研究進展，并對深海腐蝕防護研究的必要性和前景作了展望。

    一、深海環境因素對金屬結構腐蝕行為的影響

 

    對于深海， 不同領域有不同的界定。按照《中國大百科全書》的定義，深海指 200m 以下的海洋環境，在軍事領域通常將深海定義為 300m 以下的海洋環境。

    深海環境是一種苛刻的腐蝕環境，尤其對于金屬而言是高腐蝕性環境，其中的氧濃度、光照量、pH、溫度、鹽度、流速等條件與淺海環境中大不相同。

    中國船舶重工集團公司第七二五所青島分部的侯建等研究了深海環境因素對碳鋼的腐蝕行為的影響，得出碳鋼和低合金鋼在深海環境中的腐蝕速率與溫度、溶解氧、鹽度、pH 等海水環境因素密切相關。 其中， 溶解氧的含量影響最大。

    1、溶解氧含量

 

    Sawant S S 等研究了低碳鋼、不銹鋼、銅、黃銅及銅鎳合金在阿拉伯海和孟加拉海灣淺海、1000 ~ 2900m 深處暴露 1a 的腐蝕行為，發現除了黃銅的腐蝕速率與深度沒有關系外，其它材料在2900m 深處比在 1000m 深處和在淺海環境下的腐蝕速率更低。

    在淺海環境下腐蝕速率順序為低碳鋼> 銅> 銅鎳合金> 黃銅> 不銹鋼，在深海環境下腐蝕速率順序為低碳鋼 >

    銅鎳合金 > 黃銅 > 銅 > 不銹鋼。這些金屬的腐蝕速率受到溶解氧含量的控制。

    美國海軍實驗室在 2060m 深度進行了各種金屬與合金的腐蝕試驗，發現該環境下鋼材腐蝕速率與氧含量呈線性關系。他們還研究了中碳鋼 AISI 1020 在阿拉伯海 1000 ~ 2900m 深處浸泡 1a 的腐蝕行為，發現其在 2900m 深處的腐蝕速率小于 1000m 深處，并且認為腐蝕速率隨深度變化在深海環境中小于淺海環境。

    印 度 國 家 海 洋 技 術 研 究 所 的Venkatesan R 等用實海掛片方法研究了碳鋼在印度洋中 500m、1200m、3500m 和5100m深度的腐蝕行為， 研究結果表明，深海環境中氧濃度是影響均勻腐蝕過程的主要因素，中碳鋼在深海中的腐蝕速率隨溶解氧濃度降低而減小。美國在西海岸太平洋 2000m 處的深海腐蝕試驗表明，溶解氧含量在 700m 處達到最小值后又逐漸增加，金屬腐蝕速率與溶解氧含量變化完全一致。

    從當前國內外研究的成果來看，在深海環境其他因素不變的情況下，金屬結構設施的腐蝕速率與氧含量成正比。

    由于氧含量隨著海水的深度降低，故腐蝕速率的變化也應如此。

    2、其他因素

 

    除了溶解氧含量外，海水溫度、含鹽度、pH、二氧化碳濃度、靜水壓力以及海水流速等都是影響金屬結構設施腐蝕的重要因素。

    隨海水深度的增加，溫度是不斷變化的。在 500m 深處的海水溫度不到10℃，在 2000m 深處的海水溫度約 2℃，在 5000m 深處的海水溫度約 1℃。隨著海水溫度升高，分子熱運動加強，氧氣的擴散速度增大，增強了海水的導電性能，從而加快了金屬的腐蝕速率。

    研究表明，室溫條件下不同濃度的NaCl 水溶液中，3% ~ 315% 左右質量含量的 NaCl 水溶液對鋼鐵的腐蝕最為嚴重。因為當鹽濃度低于 3% 時，隨鹽濃度增加，溶液導電性增加，腐蝕速率上升；當鹽濃度高于 315% 時，氧的溶解度降低及擴散速度減小，腐蝕速率明顯下降。在深海環境下，海水中的含鹽度約在 315%，變化幅度非常小。

    徐立坤等在實驗中得出，高 pH，高含氧量；低 pH，低含氧量。海水的 pH相對比較固定，一般在 7.4 ~ 8.2，對多數金屬的腐蝕并無明顯影響，但對鋁鎂合金是個例外。當海水 pH 由 8.2 降到7.2 時，鋁鎂合金點蝕及縫隙腐蝕趨勢增加。一般情況下，pH 升高有利于抑制海水的腐蝕性。

    Venkatesan R 和 Beccaria A M 等分別測定了印度洋測試點海水靜壓力與其深度的關系，以及在保持其它參數（溶氧量、溫度等）不變的情況下，在實驗室模擬研究了不同深度海水靜壓力對鋁及其合金、AISI 300 及 AISI 400 系列不銹鋼的腐蝕行為的影響。結果表明，在深海環境中，靜水壓力很大，而氯離子在較高壓的環境中活性增強，更容易滲透進金屬的鈍化膜，多種金屬的氧化物能夠轉化為水溶性氫氧化物， 從而引發點蝕。

    同時， 在較高壓力下離子水合程度降低，氧化物 / 氫氧化物比值發生改變，因此形成腐蝕層的保護特性也發生改變。

    青島大學的唐曉等關于海水流動對A3 鋼腐蝕速度的影響的研究表明，流速的作用體現在物理流動的加速加快了腐蝕反應的速度，不僅減少了金屬表面氧氣的擴散層厚度，增強了氧氣的去極化作用；而且隨著流速的增大，有效沖刷了金屬表面由于腐蝕而生成的沉積保護膜，從而阻礙了沉積物對于金屬腐蝕的阻滯作用。

    二、國內外對深海腐蝕防護研究的新進展

 

    目前，國內外對深海環境中金屬的腐蝕防護研究中，多采用噴涂海洋重防腐涂料技術，在處于海洋環境中的金屬表面噴涂重防腐涂料來達到對海洋金屬腐蝕的防護效果。

    臺灣 Formosa 石化公司在碼頭鋼樁上 采 用 了 美 國 Specialty Products Inc.

    Polyshield HT 聚脲作為新型防腐涂層。

    實踐表明，噴涂聚脲防腐層的鋼樁具有優良的物理性能、防腐性、附著力、耐老化性以及可耐受海水外力沖刷而不會被損壞。

    青島理工大學功能材料研究所的黃微波等人提出，海洋環境中金屬腐蝕速率遠遠大于大氣中的腐蝕速率，海洋產業的腐蝕損失已占我國全部腐蝕損失的約 1/3，而涂裝重防腐涂料是最有效、最經濟、應用最普遍的的深海金屬防腐措施之一。他們選擇純聚脲材料作為重防腐涂層的主要材料，并通過 FTIR（傅里葉轉換紅外光譜分析）、DSC（差示掃描量熱法）等方法，研究了在海洋大氣環境戶外自然曝曬老化、紫外線人工加速老化以及人工模擬海洋環境條件下，純聚脲重防腐涂層（簡稱Qtech-412 涂層）的力學性能、光澤度和分子結構的變化。試驗結果表明，純聚脲重防腐防護涂層的性能明顯優于普通的防腐涂層。目前 Qtech-412 涂層已成功應用于青島海灣大橋承臺、港珠澳大橋沉管隧道接縫等防護工程。

    劉登良等在研究中指出，隨著深海鉆井平臺的大型化和作業深度的進一步增加，以及深海更加嚴酷的腐蝕環境，其防腐手段仍不斷面臨新的挑戰。

    尤其是舊平臺的維護保養所面臨的極端嚴酷的作業環境和施工困難，對深海金屬結構設施的腐蝕防護提出了更嚴格的要求。

    Shiwei William Guan 通 過 研 究 發現，近年來聚脲噴涂技術已在國外大量采用，如用于韓國的仁川機場，美國的圣馬特跨海大橋，各類艦船、石油平臺等的防腐防滲。現有的海洋管道防腐蝕通常采用 3PE 加水泥配套，若 1000m 有80 個左右接頭，只要有 1 個接頭防腐出問題，不合格率即為 100%，而采用噴涂聚脲防腐，只有兩端 2 個接頭，徹底解決了海洋管道接口的防腐問題。

    結語

 

    深海腐蝕環境較淺海表層腐蝕環境復雜，影響因素眾多，其中最重要的是海水中的氧含量，深海環境中的溶解氧含量是金屬深海腐蝕的最主要原因。除此之外，pH、光照、流速、靜水壓力、含鹽度等也是影響金屬在深海腐蝕行為的重要因素。

    目前，各國都在積極開展深海腐蝕防護工作的探索，已成功投放了多種形式的深海腐蝕試驗儀器以探測深海腐蝕行為，并通過逐步完善的涂料涂裝技術（如噴涂聚脲技術）對深海環境中金屬的防腐作出了有效的貢獻和探索，這對于深海環境中金屬的腐蝕與防護工作有著積極的推動作用，使人們對深海腐蝕的認識不僅停留在檢測與預測階段，更有力地推動了深海金屬防護的進程。通過對深海腐蝕試驗技術的完善，人們對于深海金屬腐蝕行為的了解將更加深入，為深海材料的制備和選用提供更加可靠的科學依據，也將使深海防護在現有陰極保護法及噴涂保護層的基礎上有進一步的發展。

 

05鈦及鈦合金防污技術國內外研究進展

 

 

 

    船舶水線以下的殼體長期浸沒在海水中，不僅受到海水腐蝕，還受到各種海生物（ 如貝類、海藻類、海草等）和其他污物的附著，使船殼受到污損。

    污損及其影響主要表現在兩方面：首先是在船體及螺旋槳的附著，增加船體的阻力，使船舶每天增加摩擦阻力0.25％～ 5％，導致航速降低和燃料消耗增加，靈活性減弱。其次，海生物在海水管內附著而使管道堵塞，殼體的腐蝕加速等，造成嚴重的危害。

    鈦合金耐海水腐蝕性能好，但是在海水中容易在合金表面生長海生物。據研究，鈦合金筒體內部生長最多的是石灰蟲、藻類和少量牡蠣，故鈦合金管道長期使用可能造成管道堵塞。但是清除海生物后附著處不留腐蝕坑，說明海生物、微生物不會對鈦合金造成腐蝕，故鈦合金管道的海水防污措施只需考慮如何防止海生物在鈦合金 表面的附著。防止海生物附著的方法有多種，例如：涂刷防污漆、向海水中添加毒料、電解防污以及過濾、灼熱、超聲波等物理方法。

 

    一、鈦及鈦合金防污技術

 

    鈦及鈦合金作為一種優秀的艦船材料，具有以下特點：

    （1）密度小，重量輕，在其有高比強度的同時，具有良好的韌性及抗脆性斷裂強度；（2）鈦在中性和氧化性氣氛及眾多惡劣環境中，具有比其它常用金屬高得多的耐 腐蝕性能。在長期處于高溫、高濕及海水飛濺的海洋氣氛中能具有良好的抗腐蝕能力；（3）同時它還具備低磁性、透聲性能好以及抗沖擊振動、耐熱耐低溫、加工性能 好等優良綜合性能。

    鈦合金船用結構件長期在海洋環境中使用，其表面能生長海生物，但是附著在表面上的海生物可以清除，清除后不留任何腐蝕坑。在鈦材表面附著和生長的海生物主要是藤壺、牡蠣、石灰蟲和藻類，其生長有一定的規律性。明亮和海水自由流動的條件適合海生物生長海生物易生長在外表面，內表面、距離端口越遠的位置、端口的面積越小，海生物生長的數量越少。而在黑暗及海水流通不暢的條件下，海生物不易附著和生長。海水流速對海生物的生長和附著有影響，流速大則不易生長和 附著。

    采用防污涂料和電解銅等防護措施，可防止海生物沾污。

    在開發海洋資源的同時。防止海生物污損就成為迫切需要解決的問題，防止海洋污 損生物附著的方法常用的有十幾種：如涂刷防污漆、向海水中添加毒料、電解海水生成次氫酸鹽、電解重金屬法（電解銅、鋁陽極防污防腐和電解氫。銅、鋁防污防腐），機械清除法、過濾法、加熱法、封 閉法或臭氧法以及超聲波防污等方法。

    1、外加電位防污法

 

    外加電位防污法是日本正在研制的一種電化學防污方法是將一定電位 （ 例如。I.OV） 施加到具有極低電阻和良好電化學隱定性與生物匹配的電極氮化鈦 （TiN） 上，通過細胞與電極之間直接的電化學反應殺死海洋微生物的防污方法。日本曾在海水中研究了鈦基體上濺射 TiN 涂層，施加 8V 電位，保持 30 分鐘的實驗，結果表明，可殺死電極上附著的 98.7％微生物，而且耒觀察到 pH值的變化和產生氯氣現象。經在魚網上作的試驗證實，這將是一種很有前途的艦船殼體防污方法。

    2、低表面能防污涂料

 

    涂料的表面能決定海生物在其表面的附著強度，涂層表面能越低，生物附著越困難，即使有附著，附著強度也不大，當涂有低表面能涂層的船舶以一定速度開動時。附著在其表面的海生物就會自動脫落。低表面能防污涂料不具有毒性，有效期長，是取代有毒防污涂料的一個重要方向。

    涂料的表面能低于 2.5×10-4N/m時，即涂料與液體的接觸角大于 98。時才其有防污效果。Lindner 根據試驗結果得出，涂層的表面能低于 1.2x10-4N/m時，才能防止藤壺附著。

    低表面能防污涂料的主要成分為有機硅或以有機氟低表面能樹脂為基料，配以交聯劑、低表面能添加劑及其他助劑組成的體系。國內外低表面能防污涂料的專利已經很多，根據基料的不同可將現在發展的低表面能涂料分為 4 種：

    有機硅低表面能防污涂料，包括以硅橡膠為基料和以有機硅樹脂為基料 2 種；有機氟低表面能涂料，包括高氟含量氟化聚氨酯防污涂料和低氟含量防污涂料；硅 - 氟樹脂低表面能防污涂料；其他樹脂低表面能防污涂料，如以氯磺化聚乙烯為基料的低表面能防污涂料。

    美海軍研究實驗室研制成功有機硅彈性低表面能防污涂料并申請了專利，該涂料在美國海軍潛艇聲納導流罩、消聲瓦、航母等中得到應用。目前低表面能防污涂料已有 5 年實船使用的報道。

    低表面能防污涂料在美國海軍并未得到大量推廣使用， 主要受三方面因素制約：

    其一是高成本：其二是施工要求十分嚴格《其三是容易受破壞，破壞處的缺陷易被海生物污損且不易修復。

    3、導電涂膜防污涂料

 

    導電涂膜防污技術是一種較先進的環保型防污技術，其對海水環境無污染。

    原理是 在船殼接觸海水的鋼板上。先涂覆絕緣涂膜，然后在其上再涂敷導電性涂膜。把這種涂膜作為陽極，如果通上微小電流，那么海水在其表面就會被電解。導電涂膜的 極表面由次氯酸離子覆蓋，這樣就可以防止微生物、藻類、貝類等海洋生物的附著導電涂膜防污技術是一種對海水環境無污染的先進環保型防污技術，日本已開始將其應用于船舶防污，我國從 1991 年開始進行導電高分子材料防污涂料研究，也取得了一些進展。導電涂膜提高導電性和耐海水電解性仍需繼續研究。

    4、天然仿生防污涂料

 

    （1）天然合成防污涂料

 

    利用海洋動物、植物和微生物自身的防污損機理，從海生物中提取分離旆選防污活性的天然產物（天然生物防污劑），利用自拋光等技術制備成天然合成防污涂料。天然防污劑的研究是合成天然防污涂料的關鍵，到 1993 年止、已發現海洋生物中有 52 種防污活性物質，預計今后將會從分離出來的 6000多種活性物質中發現新的防污劑；

 

    （2）仿生涂料

 

    在海洋中生活的大多生物具有抵制海生物附著的作用，尤其是大型哺乳動物如海豚、鯨魚等，它們的表皮能分泌出特殊的粘液，形成親水的低表面能表面，使海生物難以附著，根據研究這些大型哺乳動物防生物附著的機理，可以研制無毒仿生防旨涂料。

    5、電化學防污法

 

    電化學防污方法是利用電化學原理產生防污產物，以達防污目的的方法。

    電化學防污法主要有電解海水制氯防污法， 電解Cu-Al/Cu-Fe陽極防污防腐法，氯—銅、鋁聯合防污防腐法。

    6、鈦合金表面微弧氧化納米防污涂層

 

    利用微弧氧化技術，在 Ti-6Al-3Nb-2Zr 合金表面成功制備出納米防污陶瓷涂層。防污涂層厚度可達到 20μm以上，涂層有非晶和 20—50mn 納米晶TiO ₂ 及 Cu 2 O 構成，膜基結合強度達到50MPa, 涂層絕緣性和耐磨性良好，防污性能得到明顯改善，掛片 6 個月后涂層表面僅有少量海生物附著，而裸鈦合金樣品掛片 3 個月后則完仝被海生物附著，該涂層具備一定的防海生物附著的能力。

    與電鍍、熱噴涂、自蔓高溫合成等不同，微弧氧化（Microarc oxidation，MAO）不從外部引入陶瓷物料，而是直接在基體金屬表面 / 原位（In-Situ）0氧化燒結獲得氧化物陶瓷層，克服了陶瓷膜層致密性差、與基體結合力不強等缺點。

    二、國內外鈦及鈦合金防污技術現狀

 

    1、國外鈦及鈦合金防污技術現狀國外防污涂料技術的應用中，以防污劑釋放型防污涂料統治市場，無錫自拋光防污漆成為遠洋和深海船舶的防污主導產品；可控溶解型防污涂料作為無錫自拋光防污漆的市場補充，主要應用于近海船舶的涂裝保護；低表面能防污涂料已經進人市場，隨著其技術的不斷發展成熟，和人們對環境保護及能源消耗等問題的日益關注，其市場應用份？

    已經呈現出不斷擴大的趨勢。

    經過近 30 年的發屐，國外已有水合型、水解型、混合型無自拋光防污漆應用于市煬，其防污期效分別為 3 年，5 年和 3-5 年。各大跨國公司都有系列的無錫自拋光防污漆產品以滿足各種遠洋船舶的防污保護。但是，對于海軍艦船，由于其在航率低，停泊時間較長，在港凵停泊時海生物更容易附著，一般無錫自拋光防污漆的防污劑出速率不能滿足防污要求。

    溶解型防污涂料。通過可性樹脂在海水的微堿性環境中緩慢溶解，以保證氧化亞銅和輔助防污劑的釋放率。隨著表面的氧化業銅滲出，會留下充滿海水的微孔，使涂料內部的氧化亞銅和防污劑繼續解并滲出，涂層表面粗糙度會持續增加。其適用干連續停航 2 周以上或者航速低于 12 節的艦船。

    低表面能防污涂料，也稱為污損物脫除型防污涂料。國際涂料公司首先將 Intersleek700 有機硅彈性體污損脫除型防污涂料推向市場，用于航速 15-30節之間 的高在航率船胄海虹涂料公司的 HempasilX-3 硅酮水凝膠防污涂料，用于 8 節以上航速的船舶。韓國 KCC也有 A/F 100 有機硅橡膠涂料投人市場。2007 年阿克蘇諾貝爾公司又推出了Intersleek900 含氟聚合物污損脫除型防污涂料，將其污損脫除型防污涂料的應用領域擴大到 10 節以上的艦船。

    隨著 2008 年有機錫自拋光防污涂料完全禁止使用期限的到來，以及全球環保呼聲的日益高漲，研發高效無毒型或低毒環保型防污涂料前景看好，其中，低表面能防污涂料是最有吸引力的選擇之一。

    實驗發現，當涂層與海水的接觸用>98。亦即，表面能 <25mJ ／ m ² 時，涂層表面才具有防污效果，但同時又由于海生物的復雜多樣性，對同一涂層而言，不可能同時滿足不同的表面能要求，如藤壺在表面能為 30-35mJ/m ² 的表面最易黏附，苔在表面能為 10-30mJ/m 2的表面最易附著，而且單純的低表面能涂料往往只能使海洋生物附著不牢，需定期清理。另外，附著生物一旦長大將很難除去，清理過程中易破壞 漆謨。

    這就造成了低表面能防污涂料的研究歷時長久。為進一步增強涂料的防污性能，將天然防污劑與低表面能防污涂料結合使用，是環保型防污涂料的首選之一。 在前期研究工作的基礎上，將殺菌性 nano-TiO ₂ 以及具有防污效果的小分子硅油作為防污活性物質，與低表面能防污涂料結合使用，以期達到更好的環保防污效果。

    國際油漆公司與日本立邦漆船用涂料公司合作開發的新產品 IntersmoothEcoloflex 無錫自拋光防污涂料，是已被證明可替代TBT的高性能無錫防污涂料，在 壽命期內可提供良好的防污性能。

    西 格 瑪 公 司 最 近 開 發 出 名 為Sigmaseal 的防污涂料，不包含生物殺滅劑，是依靠不 良的附著力和海水流動來避免海洋生物污損的一種低表面能涂料。

    美國研制出了一種艦船使用的納米結構涂料，采用的是廣泛使用的傳統鋁 - 鈦陶瓷 混合材料的納米模式，以熱噴涂工藝涂覆。這種超細微結構材料具有空前的材料性能，具有防止不同類型的腐蝕、磨損、銹蝕的廠泛用途。

    日本已用導電涂料防止海水冷卻管道的海生物附著，證明對海洋壞境無污染，通過在被防污幄占鈦箔與導電涂膜相結合，可延長導電涂模的防污壽命，適合在海濱電站上應用。

    日本三菱重工公司長崎研究所于 20世紀 80 年代后期研制的導電防污涂料已經分別在 40 噸，100 噸和 200 噸小船船體上作了實船試驗。經 1 年多試驗，表明防污效果良好，隨后進行大型油船船體上的防污試驗。最近日本在海濱電站冷卻海水管路上作了 2 年 4 個月試驗，防污效果良好，并采用導電涂膜與貼鈦箔相結合的陽極技術，防污期能達 4 年時間。同時對導電涂膜的防污原理從理論上進行闡述，認為對海洋環境不會造成污染問題，是一種行之有效的新的防止海生物污損的技術。

    氧化鈦涂漆的無毒無害性，抗滲透性強，表面光潔度高，水油兩親性，耐腐蝕性，防污性，耐磨性，機械強度好。使它成為非常具有前途的洋壞型防污涂漆。可應用在船舶各個部位，海上建筑等。由于 TiO ₂ 超親水性表面修飾的固體在水下運動時， 其摩檫阻力可減少10％-15％。 這意味著在同等動力下， 可使輪船、艇的航行速度提高時速 10％。因此作為船舶的防污涂漆，既能防止海洋污損物附著，又能提高船舶航行速度。這種新型的船舶涂漆將很快為人們所接受，可以節約大量的經濟成本 。

    納米氧化鈦作為海洋防污涂漆的發展及展望。目前隨著海洋事業，特別是怎洋石油工業的迅速發展，船舶、海洋石油平臺、海底油氣管線、海底光纜等設施大量增加。各種海上構建物對洋的污染也日趨嚴重，我們迫切需要一種既能抗海水腐蝕，海生物污損，又能盡可能小的對海洋造成污染的防污涂漆。氧化鈦有許多優異的性能（優良的化學穩定性和熱穩定性），已引起眾多科學工作者的興趣，都在探索它的新 的特性與新的應用。從已有文獻看，氧化鈦膜大多用作光催化材料，已經廣泛地應用到社會中，而作為防腐蝕材料用在鋼鐵基體上還沒見很多報道。氧化鈦作為環保型的涂漆是一個新的研究領域，作為海上構建物用的防污型涂漆更是新的研究起點，有很好的應用前景。

    納米二氧化鈦具有比表面積大、磁性強、光吸收性好、表面活性大、熱導性好、分散性好等獨特的性能，具有凈化、殺菌和自清潔效應等一系列特點，能夠起到長效抗污作用。氧化亞銅是防污涂料中最為重要、應用最多的毒料，可用于制造船底防污漆，殺死低級海生動物，含氧化亞銅涂料成為目前船舶最有效和應用最廣泛的方法。微弧氧化（Micro-arcxidation）是一種在有色金屬（Al、Ti、Mg 等）及其合金表面原位生長氧化物陶瓷層的新技術，可在鈦及其合金表面生成一層陶瓷絕緣涂層，在不影響基體材料性能的前提下改善鈦及鈦合金的耐蝕性和耐磨性。

    2、國內鈦及鈦合金防污技術現狀

 

    一方面大型遠洋船舶防污漆的國內市場一直被國際跨國公司所壟斷，另一方面我國自有防污涂料技術長期處在落后、模仿和跟蹤發展的地位，因此，我國自主品牌的防污涂料產品只能在軍艦涂裝和近海漁船市場的夾縫中謀求生存和發展。至今，我國自主品牌的防污涂料產品仍以青防污漆、氯化橡膠防污漆等傳統溶解型防污漆為主，而這類防污漆在發達國家已經被禁用和棄用。國內的技術水平同歐美發達國家相比仍然存在著明顯的差距。

    近幾年，國內外有關新型防污涂料的文獻專利報道非常可觀，涉及到無錫自拋光、可控溶解型、生物防污，化學仿生、納米緩釋、堿性防污、生物酶防污、低表面能、導電防污、結構仿生、熒光防污等諾多技術特征。概括起來，可以歸結為釋放型防污涂料和非釋放型防污涂料兩大系列。釋放型仍以自拋光或溶解型防污涂料為設計思想，重點研發生物提取物或人工合成仿生的防污劑、以及生物酶和強性物質作為防污劑，進而發展納米緩釋等技術更好地實現各種低毒、環保防污劑在涂層中的可控有效釋放，達到高效防污的目的。低表面能、導電防污、結構仿生、熒光防污等非釋放型系列防污涂料則依靠涂層特定的物理作用機制達到無毒長效防污的功能圖。

    低表面能防污涂料由于其無毒及獨特的防污機理越來越受到重視，我國洛陽船舶材料研究所對低表面能防污涂料研究較成熟，己經有多種產品供艦船防污使用。但此類涂料存在與底漆配套性差，重涂性不好等問題，目前國內外正進行這種涂料的改性研究，以期獲得更好的防污效果。

    我國國家海洋局第二海洋研究所研制成的辣素防污漆、是從天然無污染的辣椒中提取生物活性物質與有機粘土復合而成的，不會殺滅附著的海洋生物，而只起到驅趕作用。該涂料經在南怎、東海、黃海及北太平洋等海的 7 艘船上的涂覆試驗，結果表明辣素防污漆具有明顯的防污效果。

    我國海洋廣，附著的海生物種類繁多，其中主要有石灰蟲，牡蠣、藤壺、各種藻類及樹枝蟲等。在海水壞境中使用鈦結構件，必須采用相應的防污措施。

    目前已經研究了多種防止海洋生物污損的方法，如涂裝防污漆防污、電解海水防污、超聲波防污、生物醐方污、低表面自由能防污等方法。目前國內可采用的解決海生物生長的措施有以下幾種：

    （1）可采用國內艦船現用的氧化亞滲出型涂料，其防污有效期為 3 年。

    （2）采用電解海水制防污：即電解海水，產生了氯氣，氯溶于水中成為ClO ^-1 ，為不穩定的強氧化劑，其濃度只要達 0.01PPm，就可以保證海生物不附著，或被殺死。由于次氯酸極不穩定，不久又重新變成 NaCl 回到海水中，因此不會對環境造成污染。

    （3）采用電解銅、鋁電極綜合防污技術：因氧化亞銅是抑制生物付著的有效物質，所以在中小型船上，可裝上銅陽極，通過小直流電，電解產生 Cu ⁺離子，當其濃度達到 5PPb 時，即可防止海洋生物的附著。電解鋁陽極生物產生 Al（OH）₃ 粘膠，可保持 Cu ⁺ , 使其效用更長，同時 Al（OH）₃ 附在管壁上，起到了防蝕作用。

    新型船舶防污涂料有無錫自拋光船舶防污涂料、低表面能船污涂料、含生物話性物質的船舶防污涂料、電解船舶防污涂料、硅酸鹽船舶防污涂料、納米技術船舶防污涂料等。這些船舶防污涂料防污效果好、無毒、防污時間長、成本低、防滑、使船阻力小、維修頻率小、性比差大。新型鉛舶防污涂料有廣闊的國際市場及開發潛力大，隨著性能優異的新品種的開發以及研究的深入，新型無污染防污涂料達到實用價值為期不遠，也將為實現無污染的海洋戰略做出重大貢獻。無毒、節能和高效將成為艦船新型防污涂料的三個重要特性，而要實現三者的完美結合將是非常困難的。從國內外防污涂層技術的現狀與最新進展不難看出，釋放型防污涂料盡管相對易于實現高效防污的目的，但是不能很好地滿足越來越高的環保要求，難以做到無毒和節能。非釋放型防污涂料技術是無毒防污技術的發展方向，其中的結構仿生及導電等技術短期內難以獲得突破，而低表面能防污涂料已經獲得市場應用，并且其適用船舶和應用范圍都在不斷擴大。未來艦船長效防污涂料的發展目標是比較明確的。①進一步提高防污期效②滿足海軍艦船的航行特點；③限制重金屬的使用與排放④低毒或無毒；⑤滿足 VOC 法規的要求。2001 年，美國海軍系統司令部開始一項防污涂料發展計劃，目標是將防污期效由 6 年提高到 12年，滿足 12 年塢期的技術要求，同時開始限制防污漆中銅的釋放量（滲出率<10μg/cm ² ／ day）。

    結論

 

    低表面能防污涂料是一種真正的無毒防污涂料而受到各國研究機構的青睞，它利用低表面能材料表面不易附著的基本原理，即使附著污損生物也可以在船舶航行時通過水流沖刷作用將海生物清除。我國近期應重點開展低表面能防污涂料的研發，以盡快取得成果，打破國外在該技術領域的壟斷地位，以滿足船舶、特別是我軍艦船涂裝的需要。長遠看，各種無毒防污技術也需要與低表面能技術的有效結合，才能更好地實現高效防污和節能降耗、減排的目標。

 

（ 資料來源：知網 ）