海船長期漂泊在海洋上，海水對于鋼質材料來說是一種非常強的腐蝕性介質，停泊和航行在海上的鋼制船舶就存在腐蝕問題。腐蝕不僅增加了維護、維修的費用,縮短船舶的使用壽命,而且嚴重時會造成海損事故，危及船舶的安全。采取合適的防蝕措施,可以有效地減輕和抑制船舶的腐蝕。陰極保護就是防止船舶海水腐蝕的有效方法，目前已在國內外獲得廣泛的應用。

圖1注：鋼質海船的腐蝕與陰極保護

　　一、船體的腐蝕與陰極保護

　　船體鋼板長期浸泡在海水中，由于其焊縫、焊接熱影響區(qū)以及油漆涂層破損處構成了腐蝕電池的陽極而產生嚴重的局部腐蝕，最終形成蝕坑甚至穿孔。船舶艏部和艉部區(qū)域的腐蝕通常更為嚴重，因為艏部油漆更易破損,并且經常受到波浪抨擊，艉部受到紊流沖擊作用及其與銅螺旋槳構成異種金屬電偶的腐蝕。船舶輕重水線間區(qū)域由于氧的濃差電池作用，受海浪沖擊和經常處于干濕交替狀態(tài)，腐蝕也比較嚴重。船體如不采取有效的防腐蝕措施，可以在短短幾年內就造成腐蝕穿孔。

　　船體的防腐蝕措施主要是油漆涂層和陰極保護，二者相輔相承。油漆涂層首先起到物理隔離作用，將船體鋼板和海水隔離開。由于油漆涂層在涂裝和使用過程中不可避免地會存在漏涂、孔隙、破損等缺陷,腐蝕將先在這些地方產生、加速而造成孔蝕。因此，還必須采取陰極保護措施。它是通過向船體施加陰極電流，使船體金屬產生極化，從而抑制腐蝕的發(fā)生。陰極保護可有效抑制涂層缺陷處的孔蝕，而涂層又可降低陰極保護所需電流密度，使陰極保護變得更為經濟，同時還可改善保護電流的分布，使保護效果更好。

　　船體的陰極保護可以采用犧牲陽極或外加電流保護系統(tǒng),這兩種方法本質上是一樣的,并且可獲得同樣的保護效果,但兩者提供保護電流的方式不一樣。前者是將一種電位更負的金屬或合金與船體電性連接,通過陰極材料的自身消耗來提供保護電流;而后者是通過外部直流電源來提供保護所需的電流。犧牲陽極方法安裝簡便,不用維護,但其壽命較短,而且安裝較多的陽極塊會增大船舶的航行阻力。外加電流系統(tǒng)相對復雜一些,但使用壽命長。兩種方法特點的對比見表。通常,小型船舶或低速船采用犧牲陽極保護,大型船舶或航速較高的船,外加電流系統(tǒng)更為合適。

圖2注：船體陰極保護兩種系統(tǒng)的特點對比

　　船體陰極保護用犧牲陽極材料主要有鋅合金和鋁合金陽極。早期主要采用鋅-鋁-鎘三元鋅合金陽極,這種陽極電流效率高,溶解性能好,保護效果可靠;后來又開發(fā)了性能優(yōu)異的鋁合金犧牲陽極,其應用也越來越多,有取代鋅合金陽極的趨勢。鋁陽極比重小,電化學當量大(為鋅的3.6倍),做成長壽命陽極比采用鋅陽極更經濟,但鋁陽極的電流效率和溶解性能稍差一些。關于海船犧牲陽極陰極保護的設計和安裝,可參照國家標準GB/T3855-1999,《海船犧牲陽極陰極保護設計和安裝》1999進行。

　　船體外加電流陰極保護系統(tǒng)主要由恒電位儀、輔助陽極、參比電極等所組成。為使螺旋槳、舵與船體一起獲得保護,還需加裝軸接地裝置和舵接地電纜,以使它們與船體間保持良好電性連接。我國已有船體外加電流陰極保護的系列標準,對整個系統(tǒng)和主要部件的技術條件均作了詳細的規(guī)定。

　　為了保證船體陰極保護的效果,應注意犧牲陽極的化學成分或電化學性能應符合國家標準的規(guī)定。安裝好的犧牲陽極表面應保持清潔,嚴禁沾染油漆或油污。犧牲陽極消耗完后應及時予以更換，船體陰極保護設計應合理，符合標準和規(guī)范的要求。外加電流系統(tǒng)與部件應具有良好的可靠性,并應有專人維護,出現(xiàn)故障應及時修復，定期檢測船體的保護電位,應處在-0.85～-1.00V(相對于Cu/CuS04參比電極)。

　　二、壓載水艙陰極保護

　　船舶壓載水艙應采用涂層和陰極保護的聯(lián)合方法。陰極保護只有在壓載海水或有沉積(鹽)水的條件下才能起作用。艙內涂層應和所載貨物具有相容性,涂層應具有耐海水、原油、成品油等介質的作用。

　　基于安全上的考慮,船舶壓載艙的陰極保護通常只采用犧牲陽極保護系統(tǒng)。外加電流系統(tǒng)有析出氯氣的危險,另外當艙內有易燃氣體集聚時,容易產生火花并引起燃燒。犧牲陽極材料中,鋅陽極最安全,鋁陽極在油艙中安裝的勢能應小于280N?m,而鋅陽極則由于易產生火花而在油輪的貨艙中禁用。犧牲陽極材料的選擇取決于安全性、經濟性以及與可能裝載的各種貨物的相容性。

　　船舶壓載艙陰極保護設計目前尚無相應的標準,但其程序與船體犧牲陽極保護設計類似。由于艙內處于間浸狀態(tài),即交替地處于壓載/空艙(或裝貨)狀態(tài),而且壓載期和壓載率經常發(fā)生變化,有的壓載時間可以小到30～40h,這就要求在每次裝壓載水時,陰極保護系統(tǒng)能夠使艙內快速極化,并且在避免析氫情況下,保護電位應盡量偏負,以便在鋼結構物的表面上形成鈣質沉積層。因此,壓載艙的保護電流密度應比長期浸海水結構物大得多,而且壓載時間越短、壓載率越低,所需保護電流密度越大。由于艙內陰極保護的影響因素很復雜,因此,為了保證保護效果,陰極保護設計應由有經驗的專業(yè)人員完成。

　　三、結束語

　　(一)船舶的腐蝕會導致巨大的經濟損失并影響其使用安全,因此必須采取有效的防護措施。

　　(二)陰極保護和油漆涂層相結合是防止船體腐蝕的有效方法,船體陰極保護可采用犧牲陽極或外加電流保護系統(tǒng),對大型船舶,采用外加電流陰極保護系統(tǒng)更為有利。

　　(三)海水壓載艙可采取犧牲陽極陰極保護,涂層和陰極保護應與所載貨物具有相容性。

　　(四)為保證陰極保護效果,在船舶陰極保護設計、陰極保護系統(tǒng)的生產、安裝和運行中均應遵循相應的標準或規(guī)范,并進行有效的質量控制。

　　參考文獻

　　[1] 胡士信主編.陰極保護工程手冊[Z]，北京：化學工業(yè)出版社，1999:129-147。

　　[2] 鮑戈拉德等著.海船的腐蝕與保護[M]，王曰義等，譯.北京：國防工業(yè)出版社，1983:271。
 

責任編輯：田雙

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