一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法
【专利摘要】本发明涉及一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，属于舰船及民用船舶压载水舱的防腐方法【技术领域】，该方法针对船舶压载舱部位的结构、环境和工况特点，联合采用多种腐蚀防护方法和措施，针对压载水舱自身特点和腐蚀现象，从防腐选材、防腐设计、环境因素、阴极保护、涂料保护、绝缘隔离、腐蚀检测技术等众多方面采用先进的防腐材料和技术集成解决其腐蚀问题，选用高性能重防腐涂层体系、高活性牺牲阳极材料及优化布置方案、保护效果检测技术和异种金属电偶腐蚀防护技术，使其协同作用，形成最优化的防腐蚀集成技术体系，达到防腐有效期可达10年以上，保护度大于90％，确保压载水舱的安全使用性能。
【专利说明】一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种舰船及民用船舶压载水舱的防腐方法，具体地说是一种复杂结构 压载水舱的集成防腐蚀方法。
【背景技术】
[0002] 船舶压载水舱经常处于海水干湿交替的恶劣工况状态，因而腐蚀非常严重，特别 是有的压载水舱结构非常复杂，舱室由各种不同的材料构成。例如，有的舱壁是耐压壳体的 一部分，采用高强钢制造，而另外的舱壁则采用普通结构钢。同时舱内往往还会有一些铜合 金（如紫铜、BlO和B30铜镍合金等）、不锈钢、甚至是钛合金材料的管路系统，它们和钢结 构之间易产生由异种金属接触而导致的电偶腐蚀。另外舱壁结构采用焊接方式成型，焊缝 热影响区以及本体金属之间会存在电化学不均匀性。舱内还有很多用于加强结构的肋骨， 形成了分割的局部结构区间，易对阴极保护电流产生屏蔽作用。以往是采用普通的环氧沥 青涂层和锌合金牺牲阳极或普通铝合金牺牲阳极（如AL-Zn-In-Cd牺牲阳极）来保护，由 于这些牺牲阳极在海水干湿交替工况下表面结壳，极易产生钝化失效，而环氧沥青涂层使 用寿命短，且含有沥青，存在环保问题。因此压载水舱的现有防护方法不能提供有效的长 寿命保护，此外，目前对压载水舱内的保护状况缺少监测，而这些复杂结构的压载水舱人员 很少进入，有的甚至难以到达，不易及时发现存在的保护不足问题，存在腐蚀损伤及安全隐 患。
【发明内容】
[0003] 本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种复杂结构压载水舱的集成防 腐蚀方法。该方法针对船舶需保护部位的结构、环境和工况特点，联合采用多种腐蚀防护方 法和措施，通过综合协同作用获得最终保护效果的最优化，同时对保护状况进行监测，实现 压载水舱安全、可靠、有效的长寿命保护。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，采用了适于干湿交替工况环境的专用 高活化性能的多元铝合金牺牲阳极材料和压载水舱专用涂层，对铜、不锈钢和钛管路及部 件采用包覆绝缘涂层的重防腐蚀方法，通过阴极保护数值模拟技术进行牺牲阳极数量和位 置的优化，实现涂层和阴极保护之间的协同作用，使不同的结构材料均处于最佳保护范围， 从而获得优化的防腐蚀效果；同时采用了腐蚀状况监测装置，及时了解复杂结构压载水舱 的保护状态，确保压载水舱的安全使用性能。
[0006] 所述多元铝合金牺牲阳极材料以铝为原料，添加锌、铟、镓、锰、镁、铁合金元素，通 过多种合金元素协同活化作用，形成六元铝合金牺牲阳极材料，其组成为（以质量％计）： 锌 2 ?7%、铟 0· 01 ?0· 05%、镓 0· 01 ?0· 04%、镁 0· 3 ?L 5%、铁 0· 03 ?0· 2%，余量 为铝。
[0007] 所述压载水舱专用涂层（详见专利号ZL 201110376683. 7)，包括甲组分和乙组 分，甲组分和乙组分按照质量比4.3 : 1组合而成，甲组分组成为（以质量％计）：环氧树 脂25?50%、缩水甘油醚活性稀释剂10?15%、有机膨润土 0. 3?2%、聚酰胺蜡0. 2? 1. 5%、附着力促进剂、0. 3?0. 9%、含酸性基团共聚体润湿分散剂0?0. 5%、超细云母粉 10?25%、纳米级防锈颜料5?15%、三聚磷酸铝防锈颜料5?15%、二甲苯3?6%、正 丁醇3?6%;乙组分组成为（以质量％计）：腰果壳油改性酚醛胺固化剂60?80%、二甲 苯15?30%、正丁醇5?10%。
[0008] 所述对铜、不锈钢和钛管路及部件采用包覆绝缘涂层的重防腐蚀方法，无需对铜、 不锈钢、钛等管路表面采用喷砂或打磨处理，在仅进行表面清洁并保留表面钝化膜的情况 下，先采用涂有缓蚀剂油脂的聚合物胶带进行包覆处理，然后在其上再采用玻璃纤维增强 环氧树脂进行包覆，形成绝缘包覆层，不仅对这些管道本身有保护作用，而且显著减少了对 钢结构的电偶腐蚀效应，同时也可有效减小牺牲阳极阴极保护所需消耗的电流，改善电位 分布，延长牺牲阳极的寿命，获得更经济的保护效果。
[0009] 所述牺牲阳极数量和位置的优化采用阴极保护优化设计软件测试边界条件，基于 边界元数值计算各种不同的结构材料在海水干湿交替工况下的极化特征以及涂层退化及 破损状况的仿真模拟，用以实现阴极保护优化，使得压载水舱从保护初期一直到设计的保 护期效的末期均可获得良好的保护；同时，牺牲阳极采用支架式空间优化布置，以改善肋骨 等分割结构相互遮挡的电流屏蔽效应，避免牺牲阳极直接焊接在高强钢结构上，以消除高 强钢结构、钛管等因保护电位过负而产生氢脆危险。通过这种综合的阴极保护优化设计和 牺牲阳极优化布置，不是要让压载水舱所有表面均获得均匀的电位分布，而是要使复杂结 构压载水舱中的各种不同材料表面均处于各自的最佳保护电位范围内。
[0010] 所述腐蚀状况监测装置设在压载水舱内，其包括传感器、数据采集装置及分析软 件。传感器包括电位传感器、温度传感器、牺牲阳极发生电流传感器、涂层极化电流密度传 感器，传感器布置在压载水舱内代表性位置；数据采集装置具有至少12个通道，用于电位 检测的不少于8个通道，数据采集频率可以依据需要调节；分析软件可以获得压载水舱表 面的保护电位分布状态及其随时间的变化，牺牲阳极发生电流随时间的变化，涂层极化电 流密度随时间的变化以及环境温度和压载周期随时间的变化。通过分析可以了解牺牲阳极 的工作状态、压载水舱不同部位的保护效果、涂层保护性能随时间的退化规律、压载水舱环 境温度和工况及其对防腐保护效果的影响。
[0011] 上述复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，通过监检测装置所获得的保护状况及 其参数反馈到前面所述的阴极保护优化设计软件中，通过反演计算以及对输入的边界条件 进行修正，可以提升数值模拟优化设计的精度，进一步改进在下一次坞修或维护时的保护 方案，实现循环优化，持续改进。
[0012] 上述复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法不仅可用于船舶复杂结构的压载水舱， 而且可以用于船舶其他内舱，或是海洋工程的压载水舱以及其他类似工况的结构和设备。
[0013] 本发明的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法与现有技术相比，所产生的有 ?效果是：
[0014] 本发明针对压载水舱自身特点和腐蚀现象，从防腐选材、防腐设计、环境因素、阴 极保护、涂料保护、绝缘隔离、腐蚀检测技术等众多方面采用先进的防腐材料和技术集成解 决其腐蚀问题，选用高性能重防腐涂层体系、高活性牺牲阳极材料及优化布置方案、保护效 果检测技术和异种金属电偶腐蚀防护技术，使其协同作用，形成最优化的防腐蚀集成技术 体系，达到防腐有效期可达10年以上，保护度大于90%，确保压载水舱的安全使用性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 附图1为本发明压载水舱检测装置及其电位探头的安装部位模拟图。
[0016] 附图2为本发明实船牺牲阳极布置图。
[0017] 附图3为本发明实船牺牲阳极优化后的阳极布置图。
[0018] 附图4为本发明实船未采取集成防腐技术时压载水舱阴极保护实测效果图。
[0019] 附图5为本发明实船采取本发明集成防腐技术后压载水舱阴极保护实测效果图。
[0020] 图中，1代表牺牲阳极。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图1-5对本发明的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法作以下 详细地说明。
[0022] 本发明的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，采用了适于干湿交替工况环 境的专用高活化性能的多元铝合金牺牲阳极材料和压载水舱专用涂层，对铜、不锈钢和钛 管路及部件采用包覆绝缘涂层的重防腐蚀方法，通过阴极保护数值模拟技术进行牺牲阳极 数量和位置的优化，实现涂层和阴极保护之间的协同作用，使不同的结构材料均处于最佳 保护范围，从而获得优化的防腐蚀效果；同时采用了腐蚀状况监测装置，及时了解复杂结构 压载水舱的保护状态，确保压载水舱的安全使用性能。
[0023] 该复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，以多元铝合金牺牲阳极材料，采用合金 化控制技术，通过多种合金元素协同活化作用，形成六元铝合金牺牲阳极材料，其组成为 (以质量％计）：锌2?7%、铟0· 01?0· 05%、镓0· 01?0· 04%、镁0· 3?1. 5%、铁 0.03?0.2%，余量为铝。该压载水舱专用涂层指标除应达到GB/T 6822-2007标准规范要 求外，还具备耐海水冲刷、耐磨、耐碰撞性能，在与阴极保护系统配套使用时其耐阴极电位 值达到-I. IV以上（相对于银/氯化银电极），压载水舱专用涂层与基体材料的附着力大于 3. OMpa，防腐有效期不少于10年。其在5?15°C施工条件下，能很快干燥，施工安全、能减 少溶剂对人体的伤害。该牺牲阳极材料主要特征在于能耐海水干湿交替的工况，在干湿间 浸交替条件下的工作电位仍负于-I. OV (vs SCE)，电流效率仍能大于90 %以上，显著优于普 通铝合金牺牲阳极材料和在用的三元锌合金牺牲阳极材料（详见表1)。
[0024] 表1、各系列牺牲阳极材料在间浸工况下的主要特性
[0025]
【权利要求】
1. 一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，其特征在于，采用了适于干湿交替工况 环境的专用高活化性能的多元铝合金牺牲阳极材料和压载水舱专用涂层，对铜、不锈钢和 钛管路及部件采用包覆绝缘涂层的重防腐蚀方法，通过阴极保护数值模拟技术进行牺牲阳 极数量和位置的优化，实现涂层和阴极保护之间的协同作用，使不同的结构材料均处于最 佳保护范围，从而获得优化的防腐蚀效果；同时采用了腐蚀状况监测装置，及时了解复杂结 构压载水舱的保护状态，确保压载水舱的安全使用性能。
2. 根据权利要求1所述的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，其特征在于，所 述多元铝合金牺牲阳极材料以铝为原料，添加锌、铟、镓、锰、镁、铁合金元素，通过多种合金 元素协同活化作用，形成六元铝合金牺牲阳极材料，其组成为（以质量％计）：锌2?7%、 铟 0? 01 ?0? 05%、镓 0? 01 ?0? 04%、镁 0? 3 ?1. 5%、铁 0? 03 ?0? 2%，余量为铝。
3. 根据权利要求1或2所述的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，其特征在于， 所述压载水舱专用涂层，包括甲组分和乙组分，甲组分和乙组分按照质量比4.3 : 1组合而 成，甲组分组成为（以质量％计）：环氧树脂25?50%、缩水甘油醚活性稀释剂10?15%、 有机膨润土 0. 3?2%、聚酰胺蜡0. 2?1. 5%、附着力促进剂、0. 3?0. 9%、含酸性基团共 聚体润湿分散剂0?0. 5%、超细云母粉10?25%、纳米级防锈颜料5?15%、三聚磷酸铝 防锈颜料5?15%、二甲苯3?6%、正丁醇3?6% ;乙组分组成为（以质量％计）：腰果 壳油改性酚醛胺固化剂60?80%、二甲苯15?30%、正丁醇5?10%。
4. 根据权利要求3所述的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，其特征在于，所 述对铜、不锈钢和钛管路及部件采用包覆绝缘涂层的重防腐蚀方法，无需对铜、不锈钢、钛 管路表面采用喷砂或打磨处理，在仅进行表面清洁并保留表面钝化膜的情况下，先采用涂 有缓蚀剂油脂的聚合物胶带进行包覆处理，然后在其上再采用玻璃纤维增强环氧树脂进行 包覆，形成绝缘包覆层。
5. 根据权利要求4所述的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，其特征在于，所 述牺牲阳极数量和位置的优化采用阴极保护优化设计软件测试边界条件，基于边界元数值 计算各种不同的结构材料在海水干湿交替工况下的极化特征以及涂层退化及破损状况的 仿真模拟，且牺牲阳极采用支架式空间优化布置。
6. 根据权利要求5所述的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，其特征在于，所 述腐蚀状况监测装置设在压载水舱内，其包括传感器、数据采集装置及分析软件；通过监检 测装置所获得的保护状况及其参数反馈到阴极保护优化设计软件中，通过反演计算以及对 输入的边界条件进行修正，提升数值模拟优化设计的精度，进一步改进在下一次坞修或维 护时的保护方案，实现循环优化，持续改进。
7. 根据权利要求6所述的一种复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法，其特征在于，上 述复杂结构压载水舱的集成防腐蚀方法不仅可用于船舶复杂结构的压载水舱，而且可以用 于船舶其他内舱，或是海洋工程的压载水舱以及其他类似工况的结构和设备。
【文档编号】C23F13/02GK104498961SQ201410723225
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】李相波, 许立坤, 蔺存国, 程文华 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所