舰船防腐蚀涂料应用及进展

邹正宇， 宋胜利， 赵 明

(中国人民解放军理工大学野战工程学院，江苏 南京 210007)

综述与论坛

舰船防腐蚀涂料应用及进展

邹正宇， 宋胜利， 赵 明

(中国人民解放军理工大学野战工程学院，江苏 南京 210007)

对于舰船不同区域腐蚀的特点及原理进行了分析，介绍了当前舰船水线以下、水线区域、水线以上以及上层建筑的防腐蚀要求，综述了各区域所用的不同类型的防锈涂料的性能和制备方法，并根据当前涂料的研究进展和趋势对今后舰船防腐涂料发展走向进行了探讨。

水性涂料；舰船涂料；防腐涂料

引 言

长期在海洋中行驶的钢质舰船，会受到海洋中各种腐蚀介质的侵蚀。腐蚀会破坏舰船结构，对船体的强度造成很大威胁，给舰船船体和设备造成极大的损伤。当船体及舰上设备的腐蚀达到一定程度时，将无法正常工作，从而导致各种故障，严重时会使舰船在航行中失去控制，甚至造成严重的海难事故。在高盐雾海洋环境中，对舰船船体和设备的防护直接关系到舰船的的寿命和安全。舰船的防腐蚀以2种方式为主，一是涂料物理隔绝保护，二是阴极电化学保护法。由于电化学防护成本较高，因此，使用防腐涂料对舰身及设备进行防护最为常见[1]。

1 舰船腐蚀的特点及原理

舰船结构材料以低碳合金钢为主，在条件恶劣的海洋环境中极易受到腐蚀，根据海洋环境以及特点，腐蚀区域可划分为4部分：水线以下、水线区、水线以上及上层建筑及船舱内部。对于不同腐蚀区域，腐蚀方式有明显差异，腐蚀速率也有很大区别[2]。在水线以下区域，船底长期处于海水浸泡状态，常常会附着有微生物，从而发生电化学与微生物一同产生的腐蚀，同时，在航行中，水线以下区域还会受到海水的冲刷，船体所受的应力及磨损会加快腐蚀进程；在水线区，船体受海水冲刷和日晒辐射的作用，处于富氧状态，干湿交替的环境，同时，又有海上污染物的侵蚀碰撞，因而，船体腐蚀情况最为严峻；水线以上及上层建筑主要包括甲板及上层建筑和管路等，其长期处于海洋大气环境之中，甲板及其上的设备处于高盐雾环境，覆有一层富氧电解液膜，使其遭受强烈的腐蚀；船舱内部主要受到舱内高湿环境影响，腐蚀现象没有其他区域明显，不易被发现，容易留下安全隐患。

舰船腐蚀的主要形式为由外向内并向其他部位不断扩展。其腐蚀原理可分为以下三类，即，化学腐蚀、电化学腐蚀和微生物腐蚀[3]。化学腐蚀：舰船与接触物质直接发生氧化还原反应，此类腐蚀不常见，只有在特定条件产生，如，铁的高温氧化、钢的脱碳等；电化学腐蚀：海水中含有大量的Cl-以及氧气，船体与海水会形成腐蚀微电池，阳极失去电子被氧化发生溶解，阴极发生还原反应，消耗氧气；微生物腐蚀：海生物与微生物相互依存，附着在船体上破坏防腐蚀涂层，加速金属材料的腐蚀。

2 舰船常用防腐蚀涂层

2.1 水线以下船壳部位专用涂料

水线以下区域完全浸没在海水之下，其专用防腐蚀涂料的性能要求有以下几点 ：1) 有良好的物理隔绝性能，能够防止富氧的海水及海水中的离子与舰船船体接触；2) 需具有防锈作用；3) 还要有一定的防污作用。水线以下防锈涂料的作用是保护船底免受海水腐蚀和微生物腐蚀的破坏。现常用的涂料种类为纯环氧涂料、环氧沥青涂料及氯化橡胶涂料[4]。

表1为水线以下涂料及其特点。

表1 水线以下涂料及特点

2.2 水线专用涂料

水线涂料与水线以下涂料相似，水线部位由于经常受冲刷和日光曝晒，对防锈涂料的性能要求更高，目前，使用的底漆主要有以下几种 ：1) 对舰体先进行热喷铝工艺，然后，使用高固含量环氧树脂涂层进行覆盖。可使用时间为10年以上，但是该工艺成本高，一般用于大型舰船的涂装[5]。2) 环氧铬酸盐磷酸盐作为防腐蚀底漆，加上环氧沥青涂料覆盖，铬酸盐磷酸盐常用作防闪锈剂。该涂层具有良好的防水性能和耐盐雾性[6]。3) 玻璃鳞片改性树脂涂料。其优点是有良好的物理隔绝性能和较好的工艺性能[7]。4) 氯化橡胶改性环氧水线防锈涂料。水线面漆由于水线区域环境苛刻，因此对于涂料性能要求更高。目前，使用水线区域面漆有：1) 氯化橡胶水线涂料，即，以氯化橡胶为基料，添加云母粉、钛白粉、金红石等进行改性补强[8]；2) 环氧面漆，通过对双酚A环氧树脂进行改性，并添加光吸收剂和抗氧化剂纳米粒子等助剂合成[9]；3) 水线区域防污面漆，水线区处于干湿交替区，其环境易滋生腐蚀性微生物，因此，防污漆十分必要。

2.3 水线以上船壳及上层建筑专用涂料

水线以上区域所用防腐涂料要求涂料不仅具备足够的防腐性能，还要具有一定的耐候性。防锈涂料底漆性能指标要求如下 ：高性能，使用寿命长，具有良好的附着力能够吸附面漆防止脱落。防锈底漆主要有以下2类 ：一是氯化橡胶防锈涂料，主要以氯化橡胶改性树脂为基体，加固流平剂、滑石粉、云贝母及磷酸锌等助剂，使用时间3年左右。二是纯改性环氧树脂防锈底漆，添加改性剂和助剂后可使用5年。面漆的作用是对抗阳光照射等气候影响，以及隔绝空气和液体，从而保护防锈底漆。防腐耐候面漆主要有以下几类：1) 有机硅改性醇酸树脂，可以使用3年以上[10]；2) 纳米改性聚氨酯涂料，多为溶剂型，水性品种还没有普及，其有优异的耐候性、耐紫外老化性及耐腐蚀性，是一种常用的舰体防护面漆[11]；3) 氟碳树脂是近年来的研究焦点，它具有极其优异的耐候性、防污性、耐化学性，是舰船重防腐涂料的优良基体，不仅可以用于船体，还可用于与腐蚀介质接触的船舱[12]。

2.4 舰船内舱专用涂料

舰船内舱是舰船工作人员平时工作和生活的场所，要求涂料无毒、无VOC或低VOC排放。目前，有2个主要方向 ：一种是水性涂料，即，用水作溶剂，改性水性树脂作为主要成分，其特点是安全、环保，但由于海洋环境是一种高湿环境，而水性涂料的耐水性没有溶剂涂料高，因此，水性涂料的使用寿命相对于溶剂型或者无溶剂型涂料要短，常见的水性涂料有纳米改性水性环氧涂料、改性水性聚氨酯涂料及水性丙烯酸涂料等[13]。水性涂料的最大优点是水作为溶剂实现零排放、零污染，其缺点是耐水性差成膜较慢，有时会发生闪蚀现象[14]。另一种为无溶剂型涂料，例如，树脂粉末涂料，其优点是成膜厚、不易产生裂纹，相对于水性涂料其涂料消耗量少，但是对涂装施工要求较高，湿度高或者通风不佳会对涂膜力学性能造成很大影响，而且，无溶剂型涂料往往黏度很大，因此，需使用性能较高的高压喷涂设备。

3 总结与展望

当前，防腐蚀涂料技术向高耐蚀性能，便于施工涂装，经济型，节省能源和环保或低VOC这5个方向发展[15]。舰船涂料同样向这5个方向发展，具体来说，即，采用高固含量涂料或无溶剂涂料来达到高效节能的目的；采用高压喷涂取代刷涂提高涂装效率；使用不含铅、铬等重金属以及挥发性有机物的的涂料助剂，减少涂料中有机溶剂及挥发性固化剂含量或者使用水性涂料，从而达到环保要求。目前，我国即将制定《绿色产品评价涂料产品》国家标准，可见涂料无溶剂化、水性化是大势所趋，高端环保涂料产品在日后定将取代传统有机溶剂涂料成为主流[16]。

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[2] 孙建红，郑炜，王晓鹏.水面舰艇船体防腐和阴极保护的优化设计方法[J].中国舰船研究,2007,2(4):60-63，67.

[3] 平洋，周佳.关于舰船防腐涂料应用现状的几点思考[J].船舶标准化与质量,2006(4):15-16.

[4] 付大海，曹京宜.舰船涂料的发展趋势[J].中国涂料,2003,18(1):14-17.

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[14]张丽芳，赵弘韬，王浩琛，等.舰船外板长效无毒防腐防污涂料研究[J].化学工程师,2006(12):6-7，10.

[15]刘登良，赵君.海洋重防腐涂料及涂装体系现状及发展趋势[J].中国涂料,2014,29(1):19-22.

[16]熊金平，左禹.船舶防腐蚀涂料的研究发展方向[J].现代涂料与涂装,2006(6):23-27.

Application and development of anti-corrosion coatings for ships

ZOU Zhengyu, SONG Shengli, ZHAO Ming

(Field Engineering College,PLA University of Science and Technology, Nanjing Jiangsu 210007, China)

The characteristics and principle of corrosion in different regions of the ship are analyzed, and the current corrosion protection requirements of the regions below the waterline, above the waterline area, the waterline and the superstructure are introduced. The properties and preparation process of various anti-corrosion coatings in different regions are summarized, and the development trend of marine anti-corrosive coatings in the future are discussed according to the current research progress and trend of coatings.

waterborne coatings; marine coatings; anti-corrosive coatings

2016-10-22

邹正宇，男，1991年出生，中国人民解放军理工大学野战工程学院在读硕士。研究方向：工程装备防护技术。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.07

TQ637.2

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1004-7050(2017)01-0023-03