韓恩厚， 陳建敏， 宿彥京， 劉 敏

(1. 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所 國(guó)家金屬腐蝕控制工程技術(shù)研究中心，遼寧 沈陽(yáng) 110016)(2. 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所 中科院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室浙江省海洋材料與防護(hù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 寧波 315201)(3. 北京科技大學(xué) 腐蝕與防護(hù)中心，北京 100083)(4. 廣州有色金屬研究院，廣東 廣州 510650)

1 前 言

海洋是人類資源的寶藏、國(guó)家安全的重地和科學(xué)考察的前沿。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和科技水平的提高，以及對(duì)能源的強(qiáng)勁需求，海洋資源引起了國(guó)家的高度重視。根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》(國(guó)發(fā)(2010)32號(hào))、《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》和《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，國(guó)家工業(yè)和信息化部會(huì)同國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家科學(xué)技術(shù)部、國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)、國(guó)家能源局、國(guó)家海洋局共同制定了《海洋工程裝備制造業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》(2011～2020年)以及《海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》(2011～2020年)。高技術(shù)船舶及海洋工程裝備被列入《重大技術(shù)裝備自主創(chuàng)新指導(dǎo)目錄》。近年來(lái)，國(guó)家工業(yè)和信息化部每年都發(fā)布高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目指南和海洋工程裝備科研項(xiàng)目指南，以加速我國(guó)海洋工程技術(shù)的發(fā)展。總之，國(guó)家把發(fā)展海洋科技、經(jīng)略海洋、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)放在了國(guó)家戰(zhàn)略的高度。

2 海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶的腐蝕現(xiàn)狀

2.1 海洋腐蝕的危害和損失

海洋約覆蓋了71%的地球表面，航海和海洋產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。國(guó)際貿(mào)易中90%以上的運(yùn)力靠海洋運(yùn)輸。海洋平臺(tái)是油氣資源開發(fā)的重要支柱，海上風(fēng)電是近年來(lái)大力發(fā)展的新能源。

腐蝕是導(dǎo)致各種基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)設(shè)備破壞和報(bào)廢的主要原因。我國(guó)每年由于腐蝕造成的損失約為GDP的5%[1]，遠(yuǎn)高于美國(guó)的3.4%和日本的不足3%。國(guó)際公認(rèn)，腐蝕損失超過(guò)所有自然災(zāi)害損失的總和。以2012年為例，按照GDP的5%估算，我國(guó)當(dāng)年的腐蝕損失高達(dá)2.6萬(wàn)億元，是所有自然災(zāi)害損失(0.42萬(wàn)億)的6倍多。即使在2008年發(fā)生汶川大地震(損失為0.85萬(wàn)億)的特殊自然災(zāi)害的情況下，當(dāng)年的腐蝕損失(1.57萬(wàn)億)也高于所有自然災(zāi)害損失之和(1.18萬(wàn)億)。國(guó)內(nèi)外公認(rèn)，如果采取有效的腐蝕防護(hù)措施，25%～40%的腐蝕損失可以避免。

雖然我國(guó)尚缺乏海洋腐蝕損失量具體的數(shù)據(jù)，但海洋腐蝕環(huán)境的苛刻性，海水中的鹽濃度高(一般在3.5%左右)、富氧，并存在著大量海洋微生物和宏生物，加之海浪沖擊和陽(yáng)光照射，海洋腐蝕環(huán)境較為嚴(yán)酷,有理由相信海洋的腐蝕損失十分嚴(yán)重。在ISO-12944中把大氣腐蝕分為6類，海洋環(huán)境的腐蝕等級(jí)最高。受海水飛沫中含有的氯化鈉顆粒的影響，近海200 m以內(nèi)的陸地環(huán)境上的腐蝕也屬于海洋環(huán)境腐蝕的范疇。在海洋環(huán)境中服役的基礎(chǔ)設(shè)施和重要工業(yè)設(shè)施的腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重，特別是船舶與海洋平臺(tái)的腐蝕問(wèn)題更加突出，腐蝕已經(jīng)成為影響船舶、近海工程、遠(yuǎn)洋設(shè)施服役安全、壽命、可靠性的最重要因素，引起世界各國(guó)政府和工業(yè)界的高度重視。因此，大力發(fā)展海洋工程防腐材料和技術(shù)，對(duì)于保障海洋工程和船舶的服役安全與可靠性，降低重大災(zāi)害性事故的發(fā)生，延長(zhǎng)海洋構(gòu)筑物的使用壽命具有重大意義。

2.2 海洋污損的危害和損失

海洋中約有2 000～3 000種污損海生物，其中植物性約有600種，動(dòng)物性約有1 300種，常見的海洋污損生物約有50～100種[2]，包括固著生物(如藤壺、牡蠣、苔蘚蟲、水螅類、花筒螅、石灰蟲、海鞘等)、粘附微生物(如細(xì)菌、硅藻、真菌和原生動(dòng)物等)、附著植物(如藻類，滸苔、水云、絲藻)等。這些海洋生物附著在船底生長(zhǎng)和繁殖會(huì)使船底污損和發(fā)生腐蝕，造成船底粗糙，摩擦力增大，從而降低船舶航行的速度，增加燃耗。

據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)分析，海洋生物污損每年給全球造成的經(jīng)濟(jì)損失為[2]：船舶燃料增耗40%以上，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)75億美元；沿海發(fā)電廠的生物污損損失高達(dá)160億美元；海洋養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)10億美元。僅美國(guó)海軍每年為應(yīng)對(duì)海洋生物污損就要耗費(fèi)約10億美元。此外，海洋生物污損還會(huì)對(duì)環(huán)境和健康造成嚴(yán)重的影響。據(jù)分析其每年向海洋排放2 000 t有毒固體污垢沉積物；每年污損船只的燃料將額外增耗約7.06 Mt；每年產(chǎn)生CO2氣體210 Mt、SO2氣體5.6 Mt；而中毒的牡蠣與發(fā)生性畸變的海洋生物對(duì)海洋生物鏈也會(huì)造成影響。

2.3 海洋腐蝕的規(guī)律和特點(diǎn)

海洋環(huán)境按照腐蝕性劃分為大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、海泥區(qū)。不同區(qū)域的腐蝕速率存在著明顯差別(如圖1所示)[3]。浪花飛濺區(qū)的腐蝕速率最高，潮差區(qū)次之。

圖1 海洋不同腐蝕環(huán)境區(qū)帶腐蝕速度圖[3]Fig.1 Corrosion velocity diagram of different marine corrosion environment zone[3]

在全浸區(qū)內(nèi)，海水的溫度、鹽度、溶解氧濃度和pH值隨深度而變化(如圖2所示)[4]。由于腐蝕環(huán)境的變化，材料的腐蝕速率隨海深的變化而明顯不同。

圖2 不同海水深度的環(huán)境參數(shù)變化[4]Fig.2 Environmental parameter changes with different sea water depth[4]

浪花飛濺區(qū)通常是指海水的飛沫能夠噴濺到材料表面，但在漲潮時(shí)又不能被海水所浸沒的部位。國(guó)內(nèi)外大量研究表明，海洋腐蝕最嚴(yán)重的部位約位于平均海平面以上的0.6～1.4 m左右。同一種材料在浪花飛濺區(qū)的腐蝕速率比全浸區(qū)高3～10倍[3]。雖然海洋工程在浪花飛濺區(qū)所占面積很小，以直徑1 m的海洋鋼樁為例，其飛濺區(qū)腐蝕區(qū)域約為2 m，腐蝕表面積約12 m2(與不同海區(qū)等有關(guān))，但由于該區(qū)域腐蝕最為嚴(yán)重，如果不加以有效防護(hù)，將導(dǎo)致該部位的嚴(yán)重腐蝕，造成整個(gè)海工設(shè)施出現(xiàn)嚴(yán)重事故。

2.4 我國(guó)海洋工程和防腐的現(xiàn)狀

我國(guó)有1.8萬(wàn)公里海岸線，約300萬(wàn)平方公里的海洋面積。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，海洋油氣平臺(tái)、海底管線、海上風(fēng)電、船舶運(yùn)輸、跨海大橋、海洋交通設(shè)施等不斷增加。沿海更擁有大量的海港碼頭、濱海電廠等設(shè)施。

圖3 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)中的腐蝕現(xiàn)象[5]Fig.3 Corrosion on ocean platform[5]

圖4 海岸工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象[6-8] Fig. 4 Corrosion on coastal engineering of reinforced concrete structure[6-8]

海洋工程設(shè)施通常由金屬材料(特別是鋼鐵)、鋼筋混凝土材料等制造而成。如果沒有有效的腐蝕防護(hù)措施，海洋工程設(shè)施在幾年內(nèi)就會(huì)因腐蝕而嚴(yán)重破壞。因此，認(rèn)識(shí)海洋腐蝕防護(hù)的重要性，并大力發(fā)展海洋工程設(shè)施專用防腐材料，推進(jìn)海洋工程設(shè)施的全壽命周期維護(hù)，具有極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。然而，我國(guó)海洋工程的防腐措施薄弱，亟需加強(qiáng)腐蝕保護(hù)。

3 海洋腐蝕防護(hù)技術(shù)的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)

海洋工程構(gòu)筑物大致分為：海岸工程(鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土)、近海工程(海洋平臺(tái)、鉆井、采油、儲(chǔ)運(yùn))、深海工程(海洋平臺(tái)、鉆井、采油、儲(chǔ)運(yùn))、海水淡化、艦船(船體、壓載艙、水線以上)，簡(jiǎn)稱為船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)。船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的主要失效形式包括：均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕/磨損、海生物(宏生物)污損、微生物腐蝕、H2S與CO2腐蝕等等。控制船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)失效的主要措施包括：涂料(涂層)、耐腐蝕材料、表面處理與改性、電化學(xué)保護(hù)(犧牲陽(yáng)極、外加電流陰極保護(hù))、緩蝕劑、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)、安全評(píng)價(jià)與可靠性分析及壽命評(píng)估。

圖5 浪花飛濺區(qū)的腐蝕現(xiàn)象[6-8]Fig.5 Corrosion on splash zone[6-8]

圖6 海洋結(jié)構(gòu)表面的海生物污損現(xiàn)象[9]Fig.6 Biofouling on marine structure surface[9]

從腐蝕控制的主要類型看(表1)[1]，涂料(涂層)是最主要的控制方法、耐腐蝕材料次之，表面處理與改性是常用的腐蝕控制方法，電化學(xué)保護(hù)(犧牲陽(yáng)極與外加電流)是海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的常用手段，緩蝕劑在介質(zhì)相對(duì)固定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上經(jīng)常使用，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)是判定腐蝕防護(hù)效果、掌握腐蝕動(dòng)態(tài)以及提供進(jìn)一步腐蝕控制措施決策和安全評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，腐蝕安全評(píng)價(jià)與壽命評(píng)估是保障海洋工程結(jié)構(gòu)安全可靠和最初設(shè)計(jì)時(shí)的重要環(huán)節(jié)。建立全壽命周期防護(hù)理念，結(jié)合海洋工程設(shè)施的特點(diǎn)及預(yù)期耐用年數(shù)，在建設(shè)初期就重視防腐蝕方法，通過(guò)維修保養(yǎng)實(shí)現(xiàn)耐用期內(nèi)整體成本最小化并保障安全性，是重大海洋工程結(jié)構(gòu)值得重視的問(wèn)題。

表1 腐蝕防護(hù)方法及中國(guó)的防腐蝕費(fèi)用比例[1](Uhlig方法，從生產(chǎn)、制造方面計(jì)算的直接累加防蝕費(fèi))

3.1 防腐涂料(涂層)

涂料是船舶和海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的首要手段。海洋涂料分為海洋防腐涂料和海洋防污涂料兩大類。按防腐對(duì)象材質(zhì)和腐蝕機(jī)理的不同，海洋防腐涂料又可分為海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料和非鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料。海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料主要包括船舶涂料、集裝箱涂料、海上橋梁涂料和碼頭鋼鐵設(shè)施、輸油管線、海上平臺(tái)等大型設(shè)施的防腐涂料；非鋼結(jié)構(gòu)海洋防腐涂料則主要包括海洋混凝土構(gòu)造物防腐涂料和其他防腐涂料。

海洋防腐蝕涂料包括車間底漆、防銹涂料、船底防污涂料、壓載艙涂料、油艙涂料、海上采油平臺(tái)涂料、濱海橋梁保護(hù)涂料以及相關(guān)工業(yè)設(shè)備保護(hù)涂料。海洋防腐涂料的用量大，每萬(wàn)噸船舶需要使用4～5萬(wàn)升涂料。涂料及其施工的成本在造船中占10%～15%，如果不能有效防護(hù)，整個(gè)船舶的壽命至少縮短一半，代價(jià)巨大。

海洋防腐領(lǐng)域應(yīng)用的重防腐涂料主要有：環(huán)氧類防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料、橡膠類防腐涂料、氟樹脂防腐涂料、有機(jī)硅樹脂涂料、聚脲彈性體防腐涂料以及富鋅涂料等，其中環(huán)氧類防腐涂料所占的市場(chǎng)份額最大，具體見表2[10]。

表2 我國(guó)重防腐涂料的種類與比例[10]

實(shí)際上，從涂料使用的分類看，涂料可以分為：底漆、中間漆和面漆。其中，底漆主要包括富鋅底漆(有機(jī)：環(huán)氧富鋅；無(wú)機(jī)：硅酸乙酯)、熱噴涂鋁鋅；中間漆主要有環(huán)氧云鐵、環(huán)氧玻璃鱗片；面漆包括聚氨酯、丙烯酸樹脂、乙烯樹脂等。

我國(guó)重防腐涂料增長(zhǎng)率較快，2012年我國(guó)涂料總產(chǎn)量1 270萬(wàn)t，居世界第一位，但企業(yè)數(shù)量多，單產(chǎn)低。我國(guó)涂料生產(chǎn)企業(yè)有上萬(wàn)家，但產(chǎn)量在5 000 t以上的涂料企業(yè)不足10%。美國(guó)涂料年生產(chǎn)總量約700萬(wàn)t,廠家只有400多個(gè)。日本是世界第3大涂料生產(chǎn)國(guó)，總產(chǎn)量200萬(wàn)t，生產(chǎn)企業(yè)只有167家。我國(guó)涂料公司的產(chǎn)值低：從企業(yè)銷售額來(lái)看，我國(guó)最大的涂料公司的年銷售額不足AkzoNobel(阿克蘇諾貝爾)公司的1/50。此外，我國(guó)許多涂料公司的產(chǎn)品質(zhì)量還有待進(jìn)一步提高。我國(guó)雖有先進(jìn)的納米復(fù)合涂料技術(shù)，但其產(chǎn)量還需要進(jìn)一步擴(kuò)大。

到現(xiàn)在為止，全世界主要重防腐涂料已全部進(jìn)入中國(guó)。在技術(shù)要求較高的集裝箱和船舶涂料領(lǐng)域，外資和合資企業(yè)的產(chǎn)品占據(jù)了我國(guó)80%以上的市場(chǎng)份額(表3)[10]；20世紀(jì)90年代末，國(guó)際著名的船舶涂料公司基本上都已進(jìn)入中國(guó)，并在中高端市場(chǎng)占據(jù)相當(dāng)大的份額，例如海上石油鉆井平臺(tái)和海上設(shè)施所用的重防腐涂料被Jotun(佐敦)、Hempel(赫普)、AkzoNobel、PPG和日本關(guān)西等公司所壟斷，其中Jotun公司就占有海洋工程領(lǐng)域60%的市場(chǎng)份額；到目前為止，我國(guó)95%的船舶涂料市場(chǎng)均為國(guó)外公司所壟斷。值得欣慰的是，由于中國(guó)有先進(jìn)的納米技術(shù)[11-15]，最近國(guó)外兩大海洋涂料公司(Jotun、Hempel)開始批量采購(gòu)我國(guó)的納米氧化物濃縮漿[12]，并按照指定的工藝制備先進(jìn)的船舶用納米復(fù)合涂料，已開始應(yīng)用到船舶中。

表3 2009年國(guó)外涂料企業(yè)等在我國(guó)重防腐蝕涂料各領(lǐng)域中的市場(chǎng)份額[10]

在我國(guó)重防腐涂料市場(chǎng)里，曾經(jīng)我國(guó)最大的國(guó)營(yíng)重防腐涂料廠——上海涂料公司麾下的開林造漆廠，采取合資的方法經(jīng)營(yíng)，2009年，該廠在這一領(lǐng)域銷售額增加10%，其中包括鋼結(jié)構(gòu)涂料60%，船舶涂料40%。

值得指出的是：船舶涂料不僅技術(shù)要求高[16-29](例如：壓載艙涂料在苛刻環(huán)境下工作，且屬于關(guān)鍵部位，要符合國(guó)際海事組織(IMO)的PSPC標(biāo)準(zhǔn)、有船級(jí)社的證書，目前都采用國(guó)外產(chǎn)品)，更要求滿足5年維修壽命，生產(chǎn)企業(yè)的資質(zhì)和認(rèn)證齊全；同時(shí)，船舶涂料的種類多，配套性要好；還需要建立全球售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(24 h到位)，方便維護(hù)。我國(guó)一般的涂料企業(yè)都難以達(dá)到這些要求，導(dǎo)致我國(guó)涂料企業(yè)難以進(jìn)入船舶涂料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，這是我國(guó)海洋涂料幾乎全面被國(guó)外占領(lǐng)的主要原因。

未來(lái)海洋重防腐涂料的發(fā)展方向是：環(huán)保、節(jié)能、省資源、高性能和功能化。例如：①低表面處理防銹涂料不但可以減輕表面處理的壓力，避免預(yù)處理對(duì)環(huán)境造成的污染，并可節(jié)約大量維修費(fèi)用；②無(wú)鉛無(wú)鉻化是無(wú)公害高性能防銹顏料和填料的發(fā)展方向；③水性無(wú)機(jī)富鋅涂料作為零VOC的環(huán)保型水性防腐涂料被廣泛應(yīng)用；④無(wú)溶劑涂料是研究的熱點(diǎn)，主要有無(wú)溶劑環(huán)氧涂料、無(wú)溶劑聚脲和聚氨酯涂料；⑤納米粒子的引入可以改善涂料流變性，提高涂層附著力、涂膜硬度、光潔度和抗老化性能，是重要的發(fā)展方向之一；⑥超耐候性面漆——氟碳樹脂及含氟聚氨酣等改性材料是面漆基料的極佳選擇，除用于船殼漆外，還可用于接觸強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的內(nèi)艙涂料等。換句話說(shuō)，高固體化、無(wú)溶劑化(包括粉末涂料化)或弱溶劑化、水性化、無(wú)重金屬化、高性能化、多功能化、低表面處理化、省資源化以及智能化等是涂料發(fā)展的國(guó)際趨勢(shì)。

3.2 防污涂料

海水全浸環(huán)境中，船舶和鋼樁、平臺(tái)、管線等移動(dòng)和固定工程設(shè)施都不可避免遭受海洋污損生物附著影響，造成生物污損。船體附著的藤壺等污損生物，能使船舶航行阻力增加15%，燃油費(fèi)上升40%～50%。

防污涂料是海洋涂料中的一個(gè)特殊品種，其主要目的是阻止海洋生物對(duì)海洋構(gòu)筑物的附著、污損，保持船底或海洋結(jié)構(gòu)的光滑、清潔[9, 30-35]。防污涂料無(wú)論是基于低表面能、還是自拋光概念，都要在涂料中添加“毒素”——防污劑。傳統(tǒng)的防污毒料種類很多，其中無(wú)機(jī)類包括氧化亞銅(也有其他的銅化合物，如硫氰酸亞銅等)、氧化汞(雖有效但污染環(huán)境，早已禁用)、氯化鋅(輔助防污劑)等，有機(jī)類包括有機(jī)錫化合物(三丁基錫TBT或三苯基錫化合物TPT，已被禁用)、有機(jī)氧化合物(DDT，它對(duì)藤壺有特效，但DDT太穩(wěn)定，不易降解，污染環(huán)境，已在全世界被禁用)。

我國(guó)對(duì)海生物污損的防護(hù)研發(fā)起步晚，1966年成立了全國(guó)性攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)組(跨行業(yè)、跨地區(qū)，科研、生產(chǎn)、使用3結(jié)合)，歷經(jīng)15年，縮小了有機(jī)錫(TBT)類防污涂料與國(guó)外技術(shù)水平的差距，但基礎(chǔ)材料與關(guān)鍵技術(shù)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外。我國(guó)擁有30余萬(wàn)艘近海船舶，過(guò)去一直普遍使用含TBT、DDT防污涂料，嚴(yán)重污染了海洋環(huán)境。隨著世界海洋工業(yè)的迅速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)法對(duì)船舶工業(yè)的影響，高污染的涂料將會(huì)逐步禁止使用，我國(guó)履行國(guó)際公約，2008年全面禁止生產(chǎn)和使用含三丁基錫TBT防污涂料，2009年全部停止溶劑法氯化橡膠生產(chǎn)線，2010年全面禁止使用含DDT船底防污涂料，并逐步限制含鉻防銹涂料，同時(shí)把含氧化亞銅防污涂料列入“高污染、高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”名單，規(guī)定氧化亞銅作防污濟(jì)是過(guò)渡性措施。到2025年，北美的小型船舶將禁止使用防污涂料。所以，發(fā)展防污涂料的環(huán)境友好的替代防污技術(shù)顯得十分緊迫。

我國(guó)對(duì)于生物污損的發(fā)生機(jī)制及基于仿生原理進(jìn)行防污控制的材料方面開展了一系列研究。先后探討了硫酸鹽還原菌(SRB)為主要構(gòu)成的生物膜的形成機(jī)制，并篩選出了可以對(duì)該膜進(jìn)行溶解破壞的蛋白酶，溶解消除率可達(dá)85%以上；研究了表面能、表面結(jié)構(gòu)特征、彈性模量等對(duì)生物附著的影響規(guī)律，利用化學(xué)分子自組裝的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿生表面微結(jié)構(gòu)的制備，建立了對(duì)防污表面微結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行表征的方法，可以同時(shí)滿足對(duì)石莼孢子和硅藻在不同結(jié)構(gòu)特征表面的附著情況進(jìn)行預(yù)測(cè)的要求。

從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，探清影響生物附著發(fā)生時(shí)與材料表面作用的內(nèi)在本質(zhì)因素并發(fā)展環(huán)境友好防污材料是重點(diǎn)。從本質(zhì)上看，生物的附著是其分泌的黏附蛋白和材料表面之間的化學(xué)結(jié)合的過(guò)程，所以探清這種吸附界面間的化學(xué)作用機(jī)理是未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。污損生物存在種類多樣和附著機(jī)制復(fù)雜的特點(diǎn)，但是與材料表面接觸并通過(guò)黏附蛋白與表面結(jié)合作用達(dá)到足夠的附著力是其中的必要條件，因此對(duì)環(huán)境友好材料的發(fā)展應(yīng)從抑制生物與材料表面的接觸，降低黏附蛋白活性結(jié)構(gòu)的吸附作用，使之無(wú)法形成足夠的附著力等方面來(lái)進(jìn)行考慮。

我國(guó)學(xué)者利用天然辣素的固有環(huán)境友好特性、異噻唑啉酮防污劑的防污活性以及含辣素功能結(jié)構(gòu)樹脂(高分子)和丙烯酸鋅/銅樹脂體系，研發(fā)出了環(huán)境友好型自拋光防污涂料[9]，在黃渤海、東海、南海3個(gè)海區(qū)使用，達(dá)到12～24個(gè)月防污期效，該涂料從技術(shù)上打破了國(guó)外壟斷。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者通過(guò)把納米材料添加到涂料中也表現(xiàn)出良好的耐污性。

目前，防污涂料的壽命已經(jīng)從3年提高到5年，甚至最近進(jìn)一步提高到7.5年。從防污涂料的應(yīng)用狀況看，無(wú)論樹脂體系、防污劑體系、復(fù)配技術(shù)及市場(chǎng)，國(guó)外公司均處于主導(dǎo)地位。我國(guó)南海平臺(tái)容易生長(zhǎng)海生物，目前沒有特效的長(zhǎng)效防污防腐配套體系，有待國(guó)內(nèi)自主開發(fā)。

3.3 耐腐蝕材料

海洋中使用的耐腐蝕材料包括：耐海水腐蝕鋼、耐腐蝕鋼筋、雙相不銹鋼、鈦合金、銅合金、復(fù)合材料、高分子材料、高性能混凝土[36-41]等。金屬和鋼筋混凝土的使用量最大。

耐腐蝕金屬材料是通過(guò)調(diào)整金屬材料中的化學(xué)元素成分、微觀結(jié)構(gòu)、腐蝕產(chǎn)物膜的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)降低電化學(xué)腐蝕的反應(yīng)速度，從而可以顯著改善金屬材料的耐腐蝕性。

美國(guó)從1936年開始研制耐海水腐蝕鋼，到1951年研制成功了“Mariner”鋼。法國(guó)研制出Cr-Al系的耐海水腐蝕鋼APS系列。日本的幾大鋼廠也已研制出不同的系列，如新日鐵Mariloy系列鋼、JFE海洋系列鋼、三菱制鋼NEP-TEN50與60、神戶制鋼所TAICOR M50 A.B.C。德國(guó)研發(fā)出HSB55C鋼(Ni-Cu-Mo系)。我國(guó)從1965年起開始研制耐海水腐蝕鋼，主要有Cu系、P-V系、P-Nb-Re系和Cr-Al系等類型，如08PV、08PVRe、10CrPV等，但與國(guó)外比較，我國(guó)的耐海水腐蝕鋼還有待進(jìn)一步研發(fā)。近年來(lái)日本已經(jīng)在船舶上使用免涂裝的耐腐蝕鋼，已有20多條船采用了耐腐蝕鋼，日本在極力推薦使之成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)用鋼。此外，運(yùn)動(dòng)部件還需要考慮耐腐蝕性與耐磨損性能的相互協(xié)調(diào)，同時(shí)具有耐腐蝕磨損的能力。

3.4 浪花飛濺區(qū)包覆技術(shù)

為了有效控制浪花飛濺區(qū)的嚴(yán)重腐蝕，基于把腐蝕介質(zhì)與材料隔離的原理，日本提出采用局部包覆耐腐蝕蒙乃爾合金、中間填充緩蝕油膏的方法，隨后又進(jìn)一步改進(jìn)包覆材料，現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化應(yīng)用。我國(guó)侯保榮院士通過(guò)引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新，把浪花飛濺區(qū)包覆技術(shù)成功用于我國(guó)青島區(qū)域的海洋大橋、近海平臺(tái)以及海上風(fēng)電基礎(chǔ)部位浪花飛濺區(qū)的示范工程中[3, 6-8]，采用氧化聚合型包覆防腐技術(shù)用于螺栓與法蘭等異型結(jié)構(gòu)、橋梁的拉索與防水套、風(fēng)電大氣區(qū)的焊接部位等的示范工程中，實(shí)現(xiàn)了不依靠日本獨(dú)立使用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行水下施工。浪花飛濺區(qū)保護(hù)罩-復(fù)層礦脂包覆防腐材料技術(shù)采用優(yōu)良的緩蝕劑成分和能隔絕氧氣的密封技術(shù)，系統(tǒng)由4層緊密相連的保護(hù)層組成，即礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、緩沖層和防蝕保護(hù)罩，分成若干個(gè)系列，對(duì)規(guī)則和非規(guī)則設(shè)施均可以實(shí)施保護(hù)，目前已制定出企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)的有效腐蝕防護(hù)效果達(dá)30年以上。防蝕保護(hù)罩主要是采用玻璃鋼或者增強(qiáng)玻璃鋼防護(hù)材料。如果采用更耐蝕的金屬材料(例如鈦合金)，將使該技術(shù)具有更好的防腐性能和耐沖擊性能，也將具有更便捷的施工流程。

在眾多防腐材料中，鈦合金無(wú)疑是最佳的選擇之一[42]。鈦合金強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐海水腐蝕性好。我國(guó)在鈦合金的研究、生產(chǎn)和加工制造方面也都有豐富的經(jīng)驗(yàn)，特別是近年來(lái)，鈦合金的價(jià)格趨于下降。日本已將鈦合金應(yīng)用于羽田機(jī)場(chǎng)跑道鋼樁的浪花飛濺區(qū)保護(hù)[3, 6-8]。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)鈦合金保護(hù)罩在材質(zhì)、模具和耐腐蝕性等方面的深入研究，完全有可能應(yīng)用于復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)。此外，也初步研發(fā)了一種防污膠帶材料，這種防污膠帶可以直接貼到船舶等設(shè)施表面，替代防污涂料。

3.5 表面處理與改性

表面改性或稱為表面處理，是采用化學(xué)物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高部件的耐腐蝕性?；瘜W(xué)熱處理(滲氮、滲碳、滲金屬等)、激光重熔復(fù)合、離子注入、噴丸、納米化、軋制復(fù)合金屬等是比較常用的表面處理方法。前3種是改變表層的材料成分，中間兩種是改變表面材料的組織結(jié)構(gòu)，后者則是在材料表面復(fù)合一層更加耐腐蝕的材料。

雖然對(duì)于大面積的海上構(gòu)筑物可以采用重防腐涂料等防護(hù)技術(shù)，但對(duì)于許多形狀復(fù)雜的關(guān)鍵部件，如管件、閥門、帶腔體、鋼結(jié)構(gòu)螺栓、接頭等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件，在其內(nèi)部刷涂層比較困難，傳統(tǒng)的防腐涂料無(wú)法進(jìn)行有效保護(hù)并很難達(dá)到使用要求。因此一方面通過(guò)提高材料等級(jí)來(lái)防腐，例如：使用黃銅、哈氏合金、蒙乃爾合金、鈦等金屬材料來(lái)制作復(fù)雜的零部件。另一方面，亟需發(fā)展先進(jìn)的低成本表面處理等防腐技術(shù)。例如：隨著超深、高溫、高壓、高硫、高氯和高二氧化碳油氣田尤其是海上油氣田的相繼投產(chǎn)，傳統(tǒng)單一的材料及其防腐技術(shù)已不能滿足油氣田深度開發(fā)的需要，雙金屬?gòu)?fù)合管的應(yīng)用正在迅速擴(kuò)大[43]，即采用更耐腐蝕的材料作為管道的內(nèi)層金屬實(shí)現(xiàn)抗腐蝕。

鈦合金密度小、比強(qiáng)度高、可加工性好及耐海水腐蝕性強(qiáng)，是一種優(yōu)異的船舶材料[42]。常?？捎米鲝?fù)合材料的頂層(當(dāng)然也可以單獨(dú)使用)以耐腐蝕。然而鈦合金較低的耐磨性能、耐高溫氧化性能及其對(duì)異種金屬的電偶腐蝕等制約了其在船舶中的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)微弧氧化在鈦合金表面原位生長(zhǎng)氧化物陶瓷層，可顯著改善鈦合金的以上性能。

對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件，常采用化學(xué)鍍鎳進(jìn)行表面處理。近年來(lái)銀/鈀貴金屬納米膜化學(xué)鍍是一種新的方法，它與基體形成化學(xué)電偶，銀/鈀將誘使基體金屬陽(yáng)極鈍化或在鈍化膜被破壞時(shí)在鈀提供的陽(yáng)極電流作用下將有更好的自修復(fù)能力，從而起到較好的防護(hù)作用。

海洋工程中使用的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件，如柴油機(jī)汽缸套、燃機(jī)輪機(jī)葉片、傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱、齒輪、蝸輪、蝸桿、各類傳動(dòng)軸、鉆鋌、鉆頭、井下打孔工具、穩(wěn)定器、推進(jìn)器、滾軸等，常服役于高溫、高壓、高濕、高磨損、高沖蝕等惡劣環(huán)境條件下，其腐蝕、磨損速率比陸地嚴(yán)重?cái)?shù)倍以上[44-47]。這些關(guān)鍵部件發(fā)生故障，除了要負(fù)擔(dān)新件的高額成本外，還要承擔(dān)由此造成的重大停工、停產(chǎn)損失甚至包括人員傷亡損失。關(guān)鍵部件的安全運(yùn)行與高可靠性往往標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家海洋工程裝備技術(shù)的先進(jìn)程度。這些部件通常都需要進(jìn)行表面處理或改性。

以先進(jìn)熱噴涂技術(shù)、先進(jìn)薄膜技術(shù)、先進(jìn)激光表面處理技術(shù)、冷噴涂為代表的現(xiàn)代表面處理技術(shù)，是提高海洋工程裝備關(guān)鍵部件性能的重要技術(shù)手段。

超音速火焰噴涂(HVOF)是20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的一種熱噴涂方法，它克服了以前的熱噴涂涂層孔隙多、結(jié)合強(qiáng)度不高的弱點(diǎn)。HVOF制備耐磨涂層替代電鍍硬鉻層是其最典型的應(yīng)用之一，已應(yīng)用在球閥、艦船的各類傳動(dòng)軸、起落架、泵類等部件中。近年來(lái)，低溫超音速火焰噴涂(LT-HVOF)以其焰流溫度低、熱量消耗少、沉積效率高而成為HVOF的發(fā)展趨勢(shì)。應(yīng)用LT-HOVF可獲得致密度更高、結(jié)合強(qiáng)度更好的金屬陶瓷涂層、金屬涂層。如：在鋼表面制備致密的鈦涂層，提高鋼的耐海水腐蝕性能；在艦船螺旋槳表面制備NiTi涂層，提高螺旋槳的抗空蝕性能。

等離子噴涂是以高溫等離子體為熱源，將涂層材料融化制備涂層的熱噴涂方法。由于等離子噴涂具有火焰溫度高的特點(diǎn)，非常適合制備陶瓷涂層，如Al2O3、 Cr2O3涂層，從而提高基體材料的耐磨、絕緣、耐蝕等性能。但是，等離子噴涂制備的涂層存在孔隙率高、結(jié)合強(qiáng)度低的不足。近年來(lái)發(fā)展的超音速等離子噴涂技術(shù)克服了這些不足，成為制備高性能陶瓷涂層的極具潛力的新方法。

氣相沉積薄膜技術(shù)主要包括物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積。利用氣相沉積薄膜技術(shù)可在材料表面制備各種功能薄膜。如起耐磨、耐沖刷作用的TiN、TiC薄膜，兼具耐磨與潤(rùn)滑功能的金剛石膜，耐海水腐蝕的鋁膜等。

激光表面處理是用激光的高輻射亮度、高方向性、高單色性特點(diǎn)作用于金屬材料特別是鋼鐵材料表面，可顯著提高材料的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性等一系列性能，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命并降低成本，如利用激光熔敷技術(shù)對(duì)扶正器進(jìn)行表面強(qiáng)化來(lái)提高其表面耐磨、耐蝕性能。激光技術(shù)的另一個(gè)重要應(yīng)用則是對(duì)廢舊關(guān)鍵部件進(jìn)行再制造，即以明顯低于制造新品的成本，獲得質(zhì)量和性能不低于新品的再制造產(chǎn)品，如對(duì)船用大型曲軸和扶正器的再制造等。

冷噴涂是俄羅斯發(fā)明的一種技術(shù)，由于噴涂溫度低，在海洋工程結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

總之，現(xiàn)代表面工程技術(shù)是提高海洋工程裝備關(guān)鍵部件表面的耐磨、耐腐蝕、抗沖刷等性能，滿足海洋工程材料在苛刻工況下的使役要求，延長(zhǎng)關(guān)鍵部件使用壽命與可靠性、穩(wěn)定性的有效方法，也是提升我國(guó)海洋工程裝備整體水平的重要途徑。

3.6 電化學(xué)保護(hù)

金屬-電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時(shí)，電位負(fù)移，金屬陽(yáng)極氧化反應(yīng)過(guò)電位減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護(hù)效應(yīng)。電化學(xué)(陰極)保護(hù)法分兩種：外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)。

犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型(電流一般小于1A)金屬結(jié)構(gòu)。對(duì)于犧牲陽(yáng)極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，失敗的主要原因是陽(yáng)極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽(yáng)極的電流輸出。

外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，迫使電流從介質(zhì)中流向被保護(hù)金屬，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護(hù)大型金屬結(jié)構(gòu)。

近些年來(lái)，深海環(huán)境下材料及構(gòu)件陰極保護(hù)的研究受到了格外的重視。陰極保護(hù)可以采用犧牲陽(yáng)極方式，也可以采用外加電流方式。從可靠性和管理維護(hù)等方面來(lái)看，以犧牲陽(yáng)極型的陰極保護(hù)居多。

腐蝕、生物侵蝕和污染使海洋建筑物付出極大代價(jià)。世界近海工程的發(fā)展推動(dòng)了這方面的研究工作。新的陰極防護(hù)系統(tǒng)和先進(jìn)的保護(hù)涂料得到了發(fā)展，后者包括特殊的抗污染的化合物和防腐摻合劑。腐蝕作用隨環(huán)境不同而呈現(xiàn)出巨大差異。

世界各國(guó)對(duì)艦船的腐蝕問(wèn)題給予了高度重視，如美國(guó)海軍艦船通用規(guī)范等都提出了采用陰極保護(hù)與涂層聯(lián)合防腐蝕的措施，并對(duì)方案設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、系統(tǒng)安裝、調(diào)試驗(yàn)收、日常維護(hù)進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。

目前，國(guó)外艦船陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個(gè)方向：一是陰極保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)的提高，如采用計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)；二是外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)各部件材料的不斷改進(jìn)和性能的不斷提高，如輔助陽(yáng)極以及混合金屬氧化物陽(yáng)極等[48-51]。

我國(guó)也早在20世紀(jì)60年代就開始了外加電流陰極保護(hù)實(shí)船試驗(yàn)，并在20世紀(jì)70年代初就在第一艘驅(qū)逐艦上成功安裝了外加電流系統(tǒng)。我國(guó)1982年制定了“船體外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)”的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目前研制出的外加電流陰極保護(hù)裝置也已在艦船上大量安裝使用。

外加電流陰極保護(hù)的關(guān)鍵首先在于電流分布場(chǎng)的計(jì)算，國(guó)外發(fā)展了大型標(biāo)準(zhǔn)軟件，目前我國(guó)的相關(guān)軟件都需要進(jìn)口；其次是施加電流的設(shè)備，這方面我國(guó)雖然能生產(chǎn)一部分小電流設(shè)備，但大電流設(shè)備幾乎完全依賴進(jìn)口，即使我國(guó)能生產(chǎn)同等較低電流的設(shè)備，由于國(guó)外設(shè)備的可靠性高，即使價(jià)格高出30%，國(guó)外船商仍然不采用我國(guó)生產(chǎn)的設(shè)備。

20世紀(jì)60年代開始，我國(guó)開發(fā)了一系列的常規(guī)犧牲陽(yáng)極材料，目前無(wú)論船舶還是海洋工程結(jié)構(gòu)的常規(guī)陰極保護(hù)都大多采用了國(guó)產(chǎn)陽(yáng)極，幾乎完全實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并且已大量出口。近年來(lái)我國(guó)也開發(fā)了深海犧牲陽(yáng)極(深海環(huán)境)、低電位犧牲陽(yáng)極(高強(qiáng)鋼等氫脆敏感材料)和高活化犧牲陽(yáng)極(干濕交替環(huán)境)材料，但這類關(guān)鍵部位的犧牲陽(yáng)極材料還是主要國(guó)外進(jìn)口。

3.7 緩蝕劑

具有表面活性的化學(xué)物質(zhì)在金屬表面上首先進(jìn)行物理吸附，然后轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸附，占據(jù)金屬表面的活性點(diǎn)，從而達(dá)到抑制腐蝕的作用。緩蝕劑的類別有：無(wú)機(jī)類緩蝕劑、有機(jī)類緩蝕劑、復(fù)配緩蝕劑、其他緩蝕劑等。緩蝕劑在封閉場(chǎng)合經(jīng)常使用，包括油井、輸油氣的船舶等。因此，緩蝕劑也與阻垢劑、殺菌滅藻劑、清洗劑等聯(lián)用，又發(fā)展出緩蝕阻垢劑等。

3.8 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)

無(wú)論是鋼結(jié)構(gòu)還是混凝土中的鋼筋，監(jiān)測(cè)與檢測(cè)是掌握腐蝕狀態(tài)的關(guān)鍵手段，其可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的提前預(yù)警，同時(shí)也是壽命評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，從而保證裝備及人員的安全。監(jiān)測(cè)的參數(shù)主要包括：腐蝕電位、陰極保護(hù)效果、結(jié)構(gòu)的腐蝕速度、海生物污損情況、涂層狀況、結(jié)構(gòu)厚度變化、材料中的氫含量、環(huán)境參數(shù)等單參數(shù)以及多參數(shù)，參數(shù)監(jiān)測(cè)和智能化的實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)[52]可實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)全壽期內(nèi)的腐蝕狀態(tài)分析和壽命評(píng)估。我國(guó)的海洋腐蝕監(jiān)測(cè)/檢測(cè)設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控比較薄弱。目前，海洋腐蝕監(jiān)測(cè)手段也僅僅在200 m以上的海域應(yīng)用比較成熟，在200 m以下水深的腐蝕判斷標(biāo)準(zhǔn)不明確、腐蝕環(huán)境數(shù)據(jù)匱乏，造成了腐蝕監(jiān)測(cè)的不確定性。海洋平臺(tái)和海洋油氣儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)、腐蝕掛片和腐蝕探針全部采用國(guó)外產(chǎn)品。

3.9 安全評(píng)價(jià)、可靠性分析、壽命評(píng)估

保障船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性是一項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù)。由于較嚴(yán)重的腐蝕，服役過(guò)程中結(jié)構(gòu)是否安全可靠需要進(jìn)行評(píng)價(jià)；設(shè)計(jì)壽命到達(dá)后，考慮到結(jié)構(gòu)的可用性和工程的實(shí)際需求，開展壽命評(píng)價(jià)和延壽更是當(dāng)前的重要課題。積累各種服役條件下的材料環(huán)境性能數(shù)據(jù)、發(fā)展監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)、提出壽命模型，以期開展工程結(jié)構(gòu)的安全評(píng)價(jià)、可靠性分析、壽命評(píng)估。

我國(guó)從“六五”至“九五”期間[53]，積累了大量在大氣、土壤、海水和淡水環(huán)境中的材料腐蝕數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)20個(gè)，共計(jì)6大類材料(黑色金屬、有色金屬、混凝土、高分子材料、保護(hù)層、電纜和光纜)，353種材料，試樣93 237片。2006年補(bǔ)投黑色金屬、有色金屬、高分子材料、涂鍍層材料、建材5大類材料，積累了材料腐蝕數(shù)據(jù)近萬(wàn)個(gè)，環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)約8萬(wàn)個(gè)，建立了腐蝕庫(kù)43個(gè)。2007年針對(duì)西沙典型大氣環(huán)境，進(jìn)行了黑色金屬、有色金屬、高分子、涂鍍層和建筑材料共計(jì)7 435件樣片的投試工作，并開展了數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工作。

壽命評(píng)價(jià)方法包括經(jīng)驗(yàn)法、類比法、快速試驗(yàn)法、數(shù)學(xué)模型法等。雖然針對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)和海底管道，從研究的角度我國(guó)也已提出自己的疲勞評(píng)價(jià)方法，但在實(shí)際應(yīng)用中，我國(guó)一直是直接引起國(guó)外軟件，對(duì)其中的模型、試驗(yàn)依據(jù)完全不了解。實(shí)際上國(guó)外也缺乏成熟的理論方法[54-61]。特別是隨著鋼的強(qiáng)度級(jí)別的提高，高強(qiáng)鋼應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞和氫脆問(wèn)題更為突出；高強(qiáng)鋼在深海中的氫脆問(wèn)題可能會(huì)嚴(yán)重，且陰極保護(hù)升高氫脆敏感性。我國(guó)導(dǎo)管架平臺(tái)壽命期已到，如果需要平臺(tái)繼續(xù)服役，陽(yáng)極消耗殆盡，采用何種方法延壽是緊迫課題，國(guó)外已有相關(guān)技術(shù)。

3.10 不同材料的防護(hù)差異

海洋工程中使用的材料體系眾多，包括鋼鐵材料、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、有色金屬材料(鋁合金、鈦合金、銅合金、鎂合金等)、復(fù)合材料等。從使用量上看，鋼鐵、鋼筋混凝土用量最大。就腐蝕防護(hù)技術(shù)而言，前述的多種防護(hù)技術(shù)在不同材料上都可應(yīng)用，然而，不同材料防護(hù)技術(shù)相互之間存在差異。復(fù)合材料的輕量化特點(diǎn)，在海洋工程中的使用有望進(jìn)一步加大，其防護(hù)技術(shù)還有待深入探討。

目前，我國(guó)沒有海洋鋼筋混凝土平臺(tái)，海工用鋼筋混凝土主要用于海岸工程、海外大橋。海工鋼筋混凝土的長(zhǎng)效防護(hù)是國(guó)際上非常重要的課題。如何保障我國(guó)眾多的跨海大橋長(zhǎng)期壽命至關(guān)重要。高性能、長(zhǎng)壽命的海工鋼筋混凝土對(duì)我國(guó)南海及島礁工程的建設(shè)具有重要價(jià)值。鋼筋混凝土破壞的主要原因是海洋中的氯離子滲透、接觸到鋼筋，導(dǎo)致鋼筋發(fā)生腐蝕。為了有效控制氯離子的滲透，除了提高混凝土本身抵抗氯離子滲透的性能外，在混凝土表面施加防護(hù)涂料是常用辦法，國(guó)外已經(jīng)廣泛使用，我國(guó)近年來(lái)已開始重視。

4 存在的問(wèn)題與差距[41, 62]

(1)我國(guó)海洋涂料市場(chǎng)幾乎完全被國(guó)外壟斷，特別是遠(yuǎn)洋船只涂料、海洋平臺(tái)涂料、防污涂料等完全采用國(guó)外涂料。就技術(shù)水平而言，國(guó)內(nèi)的部分涂料技術(shù)已達(dá)到可應(yīng)用的水平，但缺少實(shí)際工程應(yīng)用機(jī)會(huì)，這不僅影響國(guó)內(nèi)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也影響我國(guó)建造的海洋平臺(tái)在國(guó)外的應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)防腐涂料含有重金屬和一些難降解的有機(jī)物，其無(wú)論在生產(chǎn)或使用過(guò)程中，均會(huì)危害環(huán)境。

(2)在船舶與海洋平臺(tái)的電化學(xué)保護(hù)方法中，我國(guó)常規(guī)犧牲陽(yáng)極占世界份額的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但高檔穩(wěn)定化犧牲陽(yáng)極仍然進(jìn)口，而且我國(guó)目前沒有生產(chǎn)大電流陰極保護(hù)系統(tǒng)這類裝備的能力。

(3)我國(guó)嚴(yán)重缺乏海洋工程與船舶的材料表面改性等特殊防護(hù)技術(shù)，特別是關(guān)鍵重要部件的防護(hù)技術(shù)，從設(shè)備、材料到技術(shù)，主要依賴進(jìn)口，受到國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的制約。目前，我國(guó)部分國(guó)產(chǎn)化技術(shù)缺乏系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究和高端開發(fā)，只限于較低端的應(yīng)用，特別是表面處理裝備幾乎大多是從國(guó)外進(jìn)口。我國(guó)應(yīng)該推動(dòng)在陸地和航空行業(yè)中取得成功的表面處理技術(shù)在海洋工程中的應(yīng)用。

(4)我國(guó)海洋油氣田及船舶用緩蝕劑大多屬于國(guó)內(nèi)提供，但由于缺乏嚴(yán)格的評(píng)判體系，造成了巨大的腐蝕損失浪費(fèi)。

(5)我國(guó)海洋工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)系統(tǒng)主要依靠國(guó)外，國(guó)內(nèi)的相關(guān)系統(tǒng)只有在近海橋梁和海底隧道有初步應(yīng)用，使用量很低。

(6)我國(guó)海洋工程和船舶設(shè)計(jì)中關(guān)于材料和防護(hù)方法選擇的評(píng)價(jià)系統(tǒng)和軟件幾乎完全依靠國(guó)外；在保障海洋平臺(tái)、海底管道等安全可靠工作的評(píng)價(jià)技術(shù)方面雖有不少研究結(jié)果，但急需與應(yīng)用部門有機(jī)結(jié)合，加速其應(yīng)用以改變應(yīng)用方也完全依靠國(guó)外的局面。

(7)我國(guó)許多海洋防護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失。例如：海上風(fēng)電目前采用的防腐技術(shù)大多采用其他海洋環(huán)境下設(shè)備及設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)參考執(zhí)行，針對(duì)海上風(fēng)電的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚未建立[63]，我國(guó)首臺(tái)海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中相關(guān)的防腐蝕數(shù)據(jù)也未建立。

(8)我國(guó)缺乏海洋防腐涂層的工業(yè)適應(yīng)性檢驗(yàn)權(quán)威機(jī)構(gòu)，目前應(yīng)用部門都送國(guó)外進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定，國(guó)外收費(fèi)相當(dāng)昂貴，而且對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的應(yīng)用帶來(lái)很大隱患。

5 結(jié) 論

腐蝕防護(hù)的實(shí)質(zhì)是降低材料與環(huán)境條件之間的電化學(xué)反應(yīng)速度。因此，改善材料、改變環(huán)境、把兩者隔離、或者減少離子、氧、水在材料與環(huán)境之間的交換是相應(yīng)的措施。每種腐蝕控制措施(防腐涂層、電化學(xué)保護(hù)、表面處理、緩蝕劑等)各有其優(yōu)/缺點(diǎn)，選擇何種腐蝕防護(hù)措施，要視具體的使用條件而定。腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)是采取何種腐蝕控制技術(shù)和何時(shí)采用腐蝕控制的重要環(huán)節(jié)；安全評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)是確保安全的關(guān)鍵步驟。環(huán)保、低成本、安全、易施工、高性能是腐蝕防護(hù)技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。

致謝感謝中國(guó)工程院的項(xiàng)目支持，感謝項(xiàng)目負(fù)責(zé)人周廉院士、薛群基院士、翁宇慶院士的鼓勵(lì)和支持，感謝柯偉院士、侯保榮院士、周克崧院士的指導(dǎo)，感謝王媛、方璐提供的部分文獻(xiàn)資料。

參考文獻(xiàn) References

[1] Ke Wei(柯 偉).SurveyofCorrosioninChina(中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告)[M]. Beijing：Chemical Industry Press，2003.

[2] Diego Meseguer Yebra, S?ren Kiil, Kim Dam-Johansen. Antifouling Technology-Past, Present and Future Steps towards Efficient and Environmentally Friendly Antifouling Coatings[J].ProgressinOrganicCoatings, 2004, 50: 75-104.

[3] Hou Baorong(侯保榮).CorrosionControlTechnologyforSplashZoneofOrsionStructure(海洋鋼結(jié)構(gòu)浪花飛濺區(qū)腐蝕控制技術(shù))[M]. Beijing: Science Press, 2011.

[4] Venkatesan R, Venkatasamy M, Bhaskaran T,etal. Corrosion of Ferrous Alloys in Deep Sea Environments[J].BritCorrosJ, 2002,37:257-266.

[5] Liu Fuguo(劉福國(guó)).StatusofCorrosionProtectionTechnologyApplicationonMarineStructure(海工結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀)[R]. Ningbo：Offshore Oil Engineering Co. Ltd.，2013.

[6] Hou Baorong(侯保榮).MarineSteelStructureCorrosionControlTechnology(海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕控制技術(shù))[R]. Beijing:Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, 2013.

[7] Hou Baorong(侯保榮).CorrosionandControlofMarineEngineering(海洋工程腐蝕與控制)[R]. Ningbo：Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences，2013.

[8] Li Yantao(李言濤).MarineSteelStructureCorrosionControlTechnology(海洋鋼結(jié)構(gòu)腐蝕控制技術(shù))[R]. Shenyang：Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences，2013.

[9] Yu Liangmin(于良民).ResearchandDevelopmentofEnvironmentalFriendlyMarineAntifoulingCoatings(環(huán)境友好型海洋防污涂料的研發(fā))[R]. Shenyang：Ocean University of China，2013.

[10] Zhao Jinbang(趙金榜). 我國(guó)的重防腐蝕涂料現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].ShanghaiDyestuffs(上海染料)，2011, 39 ( 6 ): 1-7.

[11] Han Enhou(韓恩厚).Status,ProblemsandTrendofMarineEngineeringStructureCorrosionControlTechnology(海洋工程結(jié)構(gòu)腐蝕控制技術(shù)——現(xiàn)狀、問(wèn)題與趨勢(shì))[R]. Shenyang：Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences，2013.

[12] Zhong Guangyi(鐘廣義).ApplicationofNanotechnologyonCoatinginMarineEngineering(納米技術(shù)在海洋工程涂料中的應(yīng)用)[R]. Shenyang：Yuxiang Chemical (Dalian) Co. Ltd.,2013.

[13] Liu Fuchun (劉福春)，Han Enhou(韓恩厚)，Ke Wei(柯偉).納米復(fù)合涂料的研究進(jìn)展[J].MaterialsProtection(材料保護(hù))，2001:34(2): 1-4.

[14] Liu Fuchun (劉福春)，Han Enhou(韓恩厚)，Ke Wei(柯偉).抗紫外納米TiO2/ZnO復(fù)合丙烯酸酯涂料[J].JournalofMaterialsResearch(材料研究學(xué)報(bào))，2003, 17(2): 138-144.

[15] Yang L H, Liu F C, Han E H. Effects of P/B on the Properties of Anticorrosive Coatings with Different Particle Size[J].ProgressinOrganicCoatings, 2005,53(2):91-98.

[16] Shi Hongwei(史洪微)，Liu Fuchun (劉福春)，Wang Zhenyu(王震宇)，etal. 海洋防腐涂料的研究進(jìn)展[J].CorrosionScienceandProtectionTechnology(腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù))，2010，22(1): 43-46.

[17] Gui Taijiang(桂泰江).DevelopmentandApplicationStatusofMarineAnticorrosiveCoatings(海洋防腐涂料的研發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀)[R]. Ningbo：Marine Chemical Research Institute，2013.

[18] Xiao Yide(蕭以德).TheDurabilityofReinforcedConcreteStructureControl——WaterborneFluorocarbonProtectionSystem(鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性控制-水性氟碳防護(hù)涂裝體系)[R]. Ningbo：Wuhan Research Institute of Materials Protection，2013.

[19] 《Coatings Technology & Abstracts》 Editorial office(《涂料技術(shù)與文摘》編輯部).我國(guó)海洋涂料市場(chǎng)現(xiàn)狀[J].CoatingsTechnology&Abstracts(涂料技術(shù)與文摘)，2009, 30 (3): 4-15, 20.

[20] Masashi Ono(尾野真史). 海洋涂料發(fā)展趨勢(shì)[J].ChinaCoatings(中國(guó)涂料)，2005, 20 (3): 4-5.

[21] Xu Guoqiang(徐國(guó)強(qiáng))，Li Rongjun(李榮俊)，Lin Shaoji(林紹基). 中國(guó)防腐蝕涂料市場(chǎng)與發(fā)展簡(jiǎn)析[J].CoatingsTechnology&Abstracts(涂料技術(shù)與文摘)，2004, 25 (4): 8-12.

[22] Lu Xiaodong(陸曉東)，Qin Tienan(秦鐵男). 海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料及其在天津港的應(yīng)用[J].ChinaHarbourEngineering(中國(guó)港灣建設(shè))，2012, (2): 84-86.

[23] Lin Zhijian(林志堅(jiān)). 重防腐蝕涂料在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].DevelopmentandApplicationofMaterials(材料開發(fā)與應(yīng)用)，2003, 18 (5): 39-41.

[24] Li Minfeng(李敏風(fēng)). 重防腐蝕涂料及其涂裝施工[J].CorrosionandProtection(腐蝕與防護(hù))，2004, 25 (12): 543-547.

[25] Zhang Jianling(張建苓). 海洋機(jī)械設(shè)備的防腐蝕處理技術(shù)[J].ChinaPetroleumandChemicalStandardandQuality(中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量)，2011, 31 (3): 27.

[26] Han Yongqi(韓永奇). 從目前我國(guó)涂料產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)的新變化看其未來(lái)對(duì)策選擇[J].ModernPaintandFinishing(現(xiàn)代涂料與涂裝)，2007, 10 (3): 31-40.

[27] Wu Xuedong(烏學(xué)東).StudyonHighRetentionofThickFilmProtectionTechnologyonSteelPipePileinMarineEnvironment(海洋環(huán)境鋼管樁高固厚膜防護(hù)技術(shù)的研究)[R]. Ningbo：Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy of Sciences，2013.

[28] S?rensen P A, Kiil S, Dam-Johansen K,etal. Anticorrosive Coatings: a Review[J].JournalofCoatingsTechnologyandResearch, 2009, 6 (2): 135-176.

[29] Yeh Jui-Ming, Chang Kung-Chin. Polymer/Layered Silicate Nanocomposite Anticorrosive Coatings[J].JournalofIndustrialandEngineeringChemistry, 2008, 14: 275-291.

[30] He Tengyun(何騰云)，Luo Zhenghong(羅正鴻)，Lin Cunguo(藺存國(guó))，etal. 海洋防污涂料的研究進(jìn)展[J].Paint&CoatingsIndustry(涂料工業(yè))，2007，37(5): 59-62.

[31] Iwona B Beech, Jan Sunner. Biocorrosion: towards Understanding Interactions between Biofilms and Metals[J].CurrentOpinioninBiotechnology, 2004, 15: 181-186.

[32] Shobhana Chongdar, Gunasekaran G, Pradeep Kumar. Corrosion Inhibition of Mild Steel by Aerobic Biofilm[J].ElectrochimicaActa, 2005, 50: 4 655-4 665.

[33] Iwona B Beech. Corrosion of Technical Materials in the Presence of Biofilms——Current Understanding and State-of-the Art Methods of Study[J].InternationalBiodeterioration&Biodegradation, 2004, 53: 177-183.

[34] Maureen E Callow, James A Callow. Marine Biofouling: a Sticky Problem[J].Biologist, 2002, 49 (1): 1-5.

[35] Brenda J Little, Jason S Leeb, Richard L Ray. The Influence of Marine Biofilms on Corrosion: a Concise Review[J].ElectrochimicaActa, 2008, (54): 2-7.

[36] Hairil Mohd M, Jeom Kee Paik. Investigation of the Corrosion Progress Characteristics of Offshore Subsea Oil Well Tubes[J].CorrosionScience, 2013, (67): 130-141.

[37] Katkar V A, Gunasekaran G, Rao A G,etal. Effect of the Reinforced Boron Carbide Particulate Content of AA6061 Alloy on Formation of the Passive Film in Seawater[J].CorrosionScience, 2011, (53): 2 700-2 712.

[38] Venkatesan R, Venkatasamy M A, Bhaskaran T A,etal. Corrosion of Ferrous Alloys in Deep Sea Environments[J].BritishCorrosionJournal, 2002, 37 (4): 257-266.

[39] Robert E Melchers. Long-Term Corrosion of Cast Irons and Steel in Marine and Atmospheric Environments[J].CorrosionScience, 2013(68): 186-194.

[40] Machuca L L, Bailey S I, Gubner R. Systematic Study of the Corrosion Properties of Selected High-Resistance Alloys in Natural Seawater[J].CorrosionScience, 2012 (64): 8-16.

[41] Han EnHou(韓恩厚).StatusandChallengesofShipbuildingandMarineEngineeringEquipmentCorrosionProtectionTechnologyDevelopmentandApplication(我國(guó)船舶和海洋工程裝備腐蝕防護(hù)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn))[R]. Ningbo：Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences，2013.

[42] Hua Yunfeng(華云峰).StudyontheProtectionofTitaniumAlloysintheOcean(海洋中鈦合金的防護(hù)研究)[R]. Shenyang：Northwest Institute For Non-Ferrous Metal Research,2013.

[43] Ding Yi(丁 毅).MetallurgicalBondingBimetalCompositeMaterial(冶金結(jié)合雙金屬?gòu)?fù)合材料)[R]. Shenyang：Nanjing University of Technology,2013.

[44] Chen Jianmin(陳建敏).ResearchonMaterialandProtectionTechnologyofOceanEngineering(海洋工程材料及防護(hù)技術(shù)的研究)[R]. Beijing:Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy of Sciences, 2013.

[45] Yan Fengyuan(閻逢元).AntiwearCompositePolymerMaterialsinSeawaterandAntifrictionPropertiesandItsApplicationinEngineering(聚合物復(fù)合材料在海水環(huán)境中的抗磨減摩特性及其工程應(yīng)用)[R]. Ningbo：Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences，2013.

[46] Lin An(林 安).TheProtectionSchemeofComplexPartsinMarineCorrosionEnvironment(海洋腐蝕環(huán)境下復(fù)雜零部件的防護(hù)方案)[R]. Ningbo：Wuhan University，2013.

[47] Shaury Prakash, Karacor M B, Banerjee S. Surface Modification in Microsystems and Nanosystems[J].SurfaceScienceReports, 2009, 64: 233-254.

[48] Wang Hongren(王洪仁).SacrificialAnodeCathodicProtectionTechnologyinMarineEngineering(海洋工程犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)技術(shù))[R]. Shenyang：Sunrui Marine Environment Engineering Co. Ltd.，2013.

[49] Hartt W H. 2012 Frank Newman Speller Award: Cathodic Protection of Offshore Structures——History and Current Status[J].Corrosion, 2012, 68 (12): 1 063-1 075.

[50] Kuz’mina Yu L, Troschenkoa V N, Medyanika T E,etal. Electrode Materials for Cathodic Corrosion Protection Systems for Ships and Marine Constructions[J].RussianJournalofGeneralChemistry, 2010, 80 (10): 2 143-2 150.

[51] Shehadeh M, Hassan εt I. Study of Sacrificial Cathodic Protection on Marine Structures in Sea and Fresh Water in Relation to Flow Conditions[J].ShipsandOffshoreStructures, 2013, 8 (1): 102-110.

[52] Murawski L, Opoka S, Majewska K,etal. Investigations of Marine Safety Improvements by Structural Health Monitoring Systems[J].InternationalJournalonMarineNavigationandSafetyofSeaTransportation, 2012, 6 (2): 223-229.

[53] Li Xiaogang(李曉剛).CorrosionTestsandDatabaseConstructionofMaterialsinMarineEnvironment(材料海洋環(huán)境腐蝕試驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè))[R]. Ningbo：University of Science and Technology Beijing，2013.

[54] Su Yanjing(宿彥京).MarineHighStrengthSteelCorrosionSafetyAssessment(海洋高強(qiáng)鋼腐蝕安全性評(píng)價(jià))[R]. Shenyang：University of Science and Technology Beijing，2013.

[55] Melchers R E, Pape T M.TheDurabilityofReinforcedConcreteStructuresinMarineEnvironments[C]. Perth, Western Australia: Australasian Structural Engineering Conference, 2012.

[56] Zhang Aman , Zeng Lingyu, Cheng Xiaoda,etal. The Evaluation Method of Total Damage to Ship in Underwater Explosion[J].AppliedOceanResearch, 2011, 33: 240-251.

[57] Wood Robert J K. Erosion-Corrosion Interactions and Their Effect on Marine and Offshore Materials[J].Wear, 2006, 261: 1 012-1 023.

[58] Wang J. A Review of Design for Safety Methodology for Large Marine and Offshore Engineering Systems[J].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartE:JournalofProcessMechanicalEngineering, 1998, 212: 251-261.

[59] Ma Jin, Zhang Bo, Xu Daokui,etal. Effects of Inclusion and Loading Direction on the Fatigue Behavior of Hot Rolled Low Carbon Steel[J].InternationalJournalofFatigue, 2010, 32: 1 116-1 125.

[60] Melchers Robert E. Modeling and Prediction of Long-Term Corrosion of Steel in Marine Environments[J].InternationalJournalofOffshoreandPolarEngineering, 2012, 22(4): 257-263.

[61] Du X S, Su Y J, Li J X,etal. Stress Corrosion Cracking of A537 Steel in Simulated Marine Environments[J].CorrosionScience, 2012, 65: 278-287.

[62] Han Enhou(韓恩厚).StatusandTrendofCorrosionProtectionTechnologyforMarineEngineeringStructures(海洋工程結(jié)構(gòu)用腐蝕防護(hù)技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢(shì))[R]. Beijing：Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences，2013.

[63] Xu Qunjie(徐群杰).ResearchandApplicationStatusofCorrosionProtectionforOffshoreWindPower(海上風(fēng)電的防腐蝕研究與應(yīng)用現(xiàn)狀)[R]. Ningbo：Shanghai University of Electric Power)，2013.