張偉，金曦*，左宏鑫，王文玉，李建偉

（1.中海油常州涂料化工研究院有限公司上海海鎧防腐工程技術(shù)分公司，上海 200000；2.珠海經(jīng)海智能科技有限公司，廣東珠海 519085）

惡劣的海洋環(huán)境使得海洋船舶容易受到腐蝕侵害，而傳統(tǒng)的防腐技術(shù)存在著一定的局限性和問題，難以滿足海洋船舶在不同環(huán)境下的防腐蝕需求。海洋船舶腐蝕問題已成為當(dāng)前急需解決的問題，因此如何開發(fā)新型的防腐蝕技術(shù)，提高海洋船舶的防護(hù)能力，延長(zhǎng)使用壽命，成為當(dāng)前海洋船舶行業(yè)的重要研究方向之一。本文就海洋船舶上的新型防腐蝕技術(shù)進(jìn)行探析，旨在提高海洋船舶防腐蝕技術(shù)的水平，促進(jìn)海洋船舶行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 海洋船舶的防腐蝕技術(shù)概述

1.1 防腐蝕技術(shù)的基本原理

防腐蝕技術(shù)是利用物理、化學(xué)、電化學(xué)等原理，采用一系列措施使金屬材料免受腐蝕侵害的技術(shù)。其基本原理是通過在金屬材料表面形成一層保護(hù)層，這層保護(hù)層可以起到隔離金屬材料與外界的聯(lián)系，防止腐蝕因素進(jìn)一步侵蝕金屬材料的作用。防腐蝕技術(shù)主要包括物理防腐、化學(xué)防腐及電化學(xué)防護(hù)等技術(shù)。物理防腐是通過在金屬表面覆蓋一層特殊材料或采用特殊的涂層來保護(hù)金屬表面不被腐蝕，常見的物理防腐技術(shù)包括熱噴涂、冷噴涂、焊接等[1]。化學(xué)防腐是通過在金屬表面形成一層穩(wěn)定的氧化膜或反應(yīng)物質(zhì)來達(dá)到防腐蝕的目的，通常采用化學(xué)涂層等技術(shù)。電化學(xué)防護(hù)是在金屬表面施加電流或在電解液中浸泡金屬以保護(hù)金屬不被腐蝕，通常包括陽(yáng)極保護(hù)、陰極保護(hù)等技術(shù)。防腐蝕技術(shù)的選擇不僅應(yīng)考慮不同的使用環(huán)境，如水質(zhì)、溫度、氧化程度和腐蝕劑等因素，還應(yīng)考慮其經(jīng)濟(jì)性和實(shí)際效果。

1.2 我國(guó)海洋船舶防腐蝕技術(shù)現(xiàn)狀

經(jīng)歷多年的探索和實(shí)踐，目前在我國(guó)海洋船舶防腐蝕中使用的技術(shù)主要包括物理防腐、化學(xué)防腐和電化學(xué)防護(hù)等技術(shù)。其中，物理防腐技術(shù)是我國(guó)海洋船舶防腐蝕的主要手段之一，其特點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單、易操作，但防護(hù)效果不夠穩(wěn)定、持久；化學(xué)防腐技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用較為廣泛，主要包括化學(xué)涂層等技術(shù)，具有防腐蝕效果良好的優(yōu)點(diǎn)，但技術(shù)要求較高，實(shí)施難度大；電化學(xué)防護(hù)技術(shù)是一種新興的防腐技術(shù)，具有防腐蝕效果好、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，但在我國(guó)的應(yīng)用相對(duì)較少。近年來，我國(guó)海洋船舶防腐蝕技術(shù)發(fā)展取得了一定的成果，如在物理防腐技術(shù)方面采用了更加先進(jìn)的技術(shù)手段和材料（高壓噴涂、熱鍍鋅等），在化學(xué)防腐技術(shù)方面采用了新型防腐蝕涂層材料、自修復(fù)防腐技術(shù)等，在電化學(xué)防護(hù)技術(shù)方面采用了全電流陰極保護(hù)、全自動(dòng)控制等技術(shù)，提高了防腐蝕效果和可靠性，延長(zhǎng)了海洋船舶的使用壽命。另外，我國(guó)海洋環(huán)境惡劣，對(duì)船舶的防腐蝕提出了更高的要求，需要進(jìn)一步開發(fā)出更為先進(jìn)、高效的防腐蝕技術(shù)。

2 海洋船舶新型防腐蝕技術(shù)的必要性

2.1 減少海洋環(huán)境對(duì)船舶的腐蝕

海洋環(huán)境通常包括海水、溶解和懸浮于海水中的物質(zhì)、海底沉積物和海洋生物等，在這個(gè)環(huán)境中，高鹽度的海水會(huì)導(dǎo)致船舶金屬表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，而氧氣則加快了這個(gè)反應(yīng)的速率。海洋環(huán)境對(duì)船舶的腐蝕不僅會(huì)降低船舶的使用壽命和可靠性，還會(huì)增加維修和更換成本。

減少海洋環(huán)境對(duì)船舶的腐蝕的技術(shù)手段主要包括改善材料、改變船舶表面狀態(tài)、加強(qiáng)防護(hù)措施和防護(hù)涂料等。改善材料是最為重要的一種方法，目前一些新型材料，如高強(qiáng)度、耐腐蝕的鋼材和合金材料已被廣泛應(yīng)用于海洋船舶建造中。改變船舶表面狀態(tài)也是一種有效減少海洋環(huán)境對(duì)船舶腐蝕的方法，表面狀態(tài)的改變可以通過表面拋光、電解拋光、表面噴砂處理等實(shí)現(xiàn)，這些技術(shù)手段可以有效清除船舶表面的污垢和氧化物，增加表面的平整度和光潔度，從而減少腐蝕的發(fā)生。加強(qiáng)防護(hù)措施包括對(duì)船舶表面進(jìn)行定期檢查、清洗和維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)損壞的防護(hù)層和設(shè)備，保證防護(hù)措施的有效性和可靠性[2]。防護(hù)涂料可以形成一層物理屏障防止海水中的氧氣和鹽分接觸金屬表面，從而有效減少船舶腐蝕的發(fā)生。目前，高分子復(fù)合防護(hù)涂料、納米防護(hù)涂料等新型防護(hù)涂料已經(jīng)成為海洋船舶新型防腐蝕技術(shù)的重要組成部分。這些新型防護(hù)涂料具有良好的防腐蝕性能、低毒低污染、可自修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效減少海洋環(huán)境對(duì)船舶的腐蝕。

2.2 打破傳統(tǒng)防腐技術(shù)的局限性

傳統(tǒng)的物理防腐、化學(xué)防腐和電化學(xué)防護(hù)等技術(shù)手段在防止海洋環(huán)境對(duì)船舶腐蝕方面得到廣泛應(yīng)用，但這些技術(shù)手段在應(yīng)對(duì)現(xiàn)代化的海洋船舶防腐需求時(shí)已經(jīng)表現(xiàn)出一些局限性和不足。首先，傳統(tǒng)防腐技術(shù)的環(huán)保性能存在問題。傳統(tǒng)的物理防腐、化學(xué)防腐和電化學(xué)防護(hù)等技術(shù)手段在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生大量的污染物和廢水，給海洋環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染問題。例如，防腐涂料中常含有有害物質(zhì)，這些物質(zhì)在使用和處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水、廢氣，對(duì)環(huán)境造成危害。而研究開發(fā)環(huán)保型的新型防腐蝕技術(shù)手段，可以減少對(duì)環(huán)境的影響。其次，傳統(tǒng)防腐技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性有待提高。傳統(tǒng)的物理防腐、化學(xué)防腐和電化學(xué)防護(hù)等技術(shù)手段在實(shí)際應(yīng)用中存在較高的成本和維護(hù)費(fèi)用，這也成為限制其廣泛應(yīng)用的重要因素之一。新型防腐蝕技術(shù)手段的防腐性能更好、使用壽命更長(zhǎng)、成本更低，可以提高海洋船舶防腐的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性，因此新型防腐蝕技術(shù)手段的研發(fā)已經(jīng)成為海洋船舶防腐蝕技術(shù)研究的重要方向之一。

3 海洋船舶上的新型防腐蝕技術(shù)

3.1 無機(jī)涂層技術(shù)

無機(jī)涂層技術(shù)是一種采用無機(jī)材料作為主要成分的涂層技術(shù)，其主要原理是利用無機(jī)材料的穩(wěn)定性和抗腐蝕性能，在船舶表面形成一層穩(wěn)定的防護(hù)層，使船舶表面不受腐蝕介質(zhì)的侵蝕。無機(jī)涂層技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其穩(wěn)定性和抗腐蝕性能強(qiáng)，主要成分包括金屬氧化物、硅酸鹽、硫化物、鉬酸鹽等。無機(jī)涂層的耐熱性能和耐化學(xué)性能也非常優(yōu)秀，能夠承受高溫和腐蝕性物質(zhì)的侵蝕，保證船舶表面長(zhǎng)時(shí)間保持防腐蝕效果。目前，無機(jī)涂層技術(shù)主要包括硅酸鹽涂層、氧化物涂層和硫化物涂層等。硅酸鹽涂層的主要材料為硅酸鹽陶瓷，其主要成分是氧化鋁、氧化鋯、氧化鈣等，能夠在船舶表面形成一層穩(wěn)定的防護(hù)層，有效防止船舶受到海洋環(huán)境的侵蝕。氧化物涂層的主要材料為鈦、鋯、鋁等的氧化物，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和高溫穩(wěn)定性。硫化物涂層的主要材料為金屬硫化物，能夠在船舶表面形成一層致密的硫化物保護(hù)層，有效防止船舶受到硫化氫等腐蝕介質(zhì)的侵蝕。無機(jī)涂層技術(shù)也存在一些不足之處，如生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜、成本較高、涂層厚度不易控制等問題。未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)無機(jī)涂層技術(shù)的研究，開發(fā)出更加穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的無機(jī)涂層材料，提高無機(jī)涂層技術(shù)的應(yīng)用水平和經(jīng)濟(jì)性。

3.2 有機(jī)涂層技術(shù)

有機(jī)涂層技術(shù)是指利用有機(jī)材料作為主要成分的一種涂層技術(shù)，其主要原理是利用有機(jī)材料的優(yōu)異的耐腐蝕性能，在船舶表面形成一層具有防腐蝕性能的保護(hù)層。有機(jī)涂層技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋船舶、海上鉆井平臺(tái)、海洋橋梁和海洋石油鉆探設(shè)備等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[3]。有機(jī)涂層技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其防腐蝕性能和施工方便性，主要材料包括丙烯酸、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等有機(jī)材料，這些材料具有優(yōu)異的耐腐蝕性能和涂覆性能，能夠形成一層致密的保護(hù)層，避免船舶表面受到海水、氣候和腐蝕介質(zhì)的侵蝕。有機(jī)涂層技術(shù)施工方便，涂層厚度易于控制，適用于各種形狀和大小的船舶表面。聚氨酯涂層的主要材料為聚氨酯，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、耐化學(xué)性能和耐熱性能，能夠在船舶表面形成一層均勻的保護(hù)層，有效防止船舶受到海水和化學(xué)介質(zhì)的侵蝕；丙烯酸涂層的主要材料為丙烯酸樹脂，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能、耐紫外線性能和耐水性能，可在船舶表面形成一層堅(jiān)韌的保護(hù)層，有效避免船舶受到海水、氣候和腐蝕介質(zhì)的侵蝕。

3.3 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)是一種在海洋船舶上廣泛應(yīng)用的新型防腐蝕方法，其基本原理是將金屬或非金屬材料加熱至高溫使其熔化或半熔化，然后通過噴涂設(shè)備將涂料以高速噴射到船舶表面，形成均勻、致密的保護(hù)層。這種保護(hù)層可以有效隔絕水分、氧氣和其他腐蝕介質(zhì)，從而延緩船舶表面的腐蝕過程，延長(zhǎng)船舶的使用壽命。熱噴涂技術(shù)具有多種優(yōu)勢(shì)。首先，熱噴涂技術(shù)可以處理各種類型的材料，如金屬、陶瓷、塑料及復(fù)合材料等，具有很高的適用性。其次，熱噴涂層具有較高的附著力、密度和耐磨損能力，能夠承受惡劣的海洋環(huán)境和復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)。最后，熱噴涂技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)較厚的涂層，提供更強(qiáng)大的防護(hù)性能，具有較高的生產(chǎn)效率，可實(shí)現(xiàn)快速、連續(xù)的涂覆，降低生產(chǎn)成本。然而熱噴涂技術(shù)在海洋船舶防腐蝕領(lǐng)域也面臨一些挑戰(zhàn)，如高溫噴涂過程中可能導(dǎo)致涂料的氧化、燃燒或分解，降低涂層的性能。為解決這一問題，研究人員正努力優(yōu)化噴涂設(shè)備和工藝參數(shù)，以降低氧化損失。熱噴涂層的性能受制于噴涂材料的質(zhì)量和純度，為提高噴涂材料的性能，研究人員正在開發(fā)新型高性能材料，如納米級(jí)、功能梯度材料等。熱噴涂過程中，涂料與基材間的熱應(yīng)力可能導(dǎo)致涂層開裂、剝離等缺陷，為保證涂層的結(jié)構(gòu)完整性，研究人員正探索新的預(yù)處理方法和后處理技術(shù)，如表面粗化、機(jī)械處理等。

3.4 電化學(xué)防護(hù)技術(shù)

電化學(xué)防護(hù)技術(shù)是一種利用金屬在電化學(xué)反應(yīng)中的自我保護(hù)性能來達(dá)到防腐蝕目的的技術(shù)，其由于具有防腐蝕效果好、使用成本低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)在船舶防腐蝕中得到了廣泛應(yīng)用[4]。電化學(xué)防護(hù)技術(shù)不僅可以延長(zhǎng)船舶的使用壽命，還可以減少船舶的維護(hù)成本和停航時(shí)間，提高船舶的運(yùn)行效率。常用的電化學(xué)防護(hù)技術(shù)包括陰極保護(hù)、陽(yáng)極保護(hù)和電化學(xué)微生物防護(hù)等技術(shù)。陰極保護(hù)技術(shù)是一種施加電流或電位于金屬表面形成電化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)防腐蝕的技術(shù)，陰極保護(hù)技術(shù)可以利用外部電源或使用外部陰極材料，通過與金屬表面形成電化學(xué)電池來達(dá)到防腐蝕的目的。陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)是一種利用金屬在陽(yáng)極區(qū)域處發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)達(dá)到防腐蝕目的的技術(shù)，陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)可以利用外部電源施加電流，使得金屬在陽(yáng)極區(qū)域處發(fā)生氧化反應(yīng)，從而使金屬表面不受腐蝕。電化學(xué)微生物防護(hù)技術(shù)是一種利用電化學(xué)原理對(duì)微生物進(jìn)行控制的防腐蝕技術(shù)，電化學(xué)微生物防護(hù)技術(shù)可以通過施加電流或電位來控制微生物的生長(zhǎng)和繁殖，從而減少微生物對(duì)金屬表面的腐蝕。電化學(xué)防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用需要考慮多種因素，如金屬種類、海水成分、氧氣含量、溫度、濕度等，在具體實(shí)踐中需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇和優(yōu)化。

3.5 生物防護(hù)技術(shù)

生物防護(hù)技術(shù)是一種利用生物學(xué)原理控制和減少海洋生物對(duì)船舶腐蝕的技術(shù)，包括天然生物抑制劑、生物防污涂料、生物質(zhì)防護(hù)等[5]。天然生物抑制劑是一種從海洋自然環(huán)境中分離出的具有生物抗菌能力的微生物，可以抑制各種腐蝕菌、生物膜菌等有害微生物的生長(zhǎng)，從而減少海洋生物對(duì)船舶的腐蝕。生物防污涂料是一種具有生物防護(hù)功能的特種涂料，主要通過添加抗菌劑、生物降解劑、抗氧化劑等物質(zhì)達(dá)到防腐蝕和防污染的目的。生物質(zhì)防護(hù)技術(shù)是一種利用生物質(zhì)材料覆蓋船舶表面的防腐蝕技術(shù)，生物質(zhì)材料可以通過不同的處理方法和添加物質(zhì)增強(qiáng)抗菌、抗氧化等特性，從而有效減少海洋生物對(duì)船舶的腐蝕。生物防護(hù)技術(shù)具有無毒、環(huán)保、可持續(xù)等很多優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)防腐技術(shù)相比，生物防護(hù)技術(shù)不僅可以減少對(duì)環(huán)境的影響，還可以降低船舶的維護(hù)成本和停航時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中生物防護(hù)技術(shù)需要根據(jù)不同的船舶類型、使用環(huán)境、生物種類等因素進(jìn)行選擇和優(yōu)化。未來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，生物防護(hù)技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更加高效、智能化和可持續(xù)的發(fā)展，為海洋船舶防腐蝕提供更多的選擇。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)海洋船舶上的新型防腐蝕技術(shù)進(jìn)行了探析，闡述了海洋船舶防腐蝕技術(shù)的基本原理和分類，重點(diǎn)介紹了無機(jī)涂層技術(shù)、有機(jī)涂層技術(shù)、熱噴涂技術(shù)、電化學(xué)防護(hù)技術(shù)和生物防護(hù)技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，防腐技術(shù)也將得到不斷優(yōu)化和提升，其中新型材料和新工藝技術(shù)的出現(xiàn)將為海洋船舶防腐蝕技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供重要支持，人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用也將推動(dòng)防腐技術(shù)的智能化和數(shù)據(jù)化發(fā)展，提升防腐技術(shù)的效率和精準(zhǔn)度。同時(shí)，要關(guān)注防腐技術(shù)的環(huán)保性和可持續(xù)性，在技術(shù)的發(fā)展過程中盡可能減少對(duì)環(huán)境的影響。