SEBF涂层技术在船舶通海系统设备上的应用

刘洪生 李晓东 曹海娇

（1. 海装沈阳局驻鞍山地区军事代表室，辽宁 鞍山 114003；2. 中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016）

0 引言

现代船舶是一个庞大和复杂的系统， 集中了先进尖端科技成果，是一个汇聚现代化工业水平的缩影。舰船上大量海洋新材料的广泛使用，成百上千复杂功能系统的运行，且长期处于恶劣的海洋腐蚀环境，那些形式多样、复杂多变的如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、杂散电流腐蚀等典型形式在内的船舶腐蚀现象随处可见。

船舶上各种设备、装置、系统长期处于高温、高湿、高盐雾的恶劣海洋环境，腐蚀相当严重，而且材料体系匹配性引起的电偶腐蚀现象仍然不容忽视，经常引发船体、管路、设备故障及事故的发生，直接影响船舶的使用和安全，导致维修工程量和经费的大量增加，使用寿命缩短等问题，给船舶使用带来隐患和风险。

综合起来看，腐蚀的影响主要表现在：一是腐蚀造成的船舶使用、安全等方面的问题，经常引发船舶装备故障和事故的发生，防不胜防；二是腐蚀导致的船体结构、管路系统、装设备等性能下降，影响船舶综合操控性能的提高；三是腐蚀引起的船舶维修工程范围扩大、修理周期延长、全寿期费用增加等，已经成为制约船舶建设和发展的重要因素之一。

目前，采用常规涂料难以解决船舶通海设备长期腐蚀防护问题，选择各种相对耐蚀金属材料在船舶通海系统中关键设备上使用，用来解决海水严重腐蚀问题[1]。同时，由于通海系统中采用不同的金属材料，又导致产生严重的电偶腐蚀现象。

总的来看，船舶上的腐蚀情况与设计、材料、使用、管理等方面有相关性。针对船舶通海系统设备腐蚀与防护现状、特点、需求、差距等，首先研究并提出舰船通海系统设备腐蚀预防与控制的总体思路、构想及对策，努力提高船舶防腐蚀整体水平。为此，选择在船舶通海系统海水泵、海水滤器设备上采用了SEBF高性能熔结环氧涂层技术，解决这些基材为硅黄铜的通海系统设备严重的海水腐蚀及电偶腐蚀问题。通过近3年多的试用及监察表明，已完全解决了通海系统中海水泵、海水滤器设备长期存在严重的海水腐蚀问题。由于SEBF涂层具有优异的抗海水渗透性能和绝缘性能，同时也使通海系统中那些包括电偶腐蚀、缝隙腐蚀、杂散电流腐蚀等典型形式在内的船舶腐蚀问题得到有效阻止或减缓。

1 SEBF熔结环氧涂装技术

1.1 SEBF高性能熔融结合环氧粉末涂料

上世纪90年代前期，我国主要使用有溶剂体系涂料涂层，这类涂层技术耐久性很低。上世纪90年代后期，国外的熔结环氧防护技术进入我国，防腐涂层耐久性有了明显提高。但是, 原有技术在初期存在一定问题，无论是性能还是耐久性有一定局限性，主要是没有掌握控制这类无溶剂涂层失效规律，不能充分发挥这类涂层的防腐效果。

近30年来，通过大量的研究和开发工作，从中发现了无溶剂环氧涂层防腐失效的的基本规律，研究开发出耐久性较好的高性能屏蔽型环氧涂层，以适应我国高速发展经济建设的需求[3]。

随着人们对自然开发的深度和广度不断加强，特别是海洋资源利用和开发，一般防腐涂料已很难满足耐久性的需要。而要求在严酷的海洋腐蚀环境或介质中，能在相当长的时期对基材进行有效防护的涂料，这就是SEBF高性能熔结环氧涂料的目标，由此可知该SEBF熔结环氧粉末涂料应较一般防腐涂料具备更高的防腐性能，较一般防腐涂装技术具有更强的防护效果。

SEBF熔结环氧粉末涂料能达到海洋环境重腐蚀防护耐久性的效果，除了它本身必须具有较好的化学稳定性外，还具备如下主要三个方面的性能要求：

（1）涂层与基体有很强的结合力。避免涂层材料在应用过程中因环境因素的侵入而剥落，使得基体暴露而腐蚀；

（2）涂层本身具有一定的机械强度，不会受外力的作用而破裂，保持防护效果；

（3）涂层具有较强的抗渗透能力，一些活性介质（如O2、Cl-、H2O、SO42-等）不容易扩散到基材与涂层的界面处，使得基材得到有效的防护。

SEBF熔结环氧粉末涂料主要由环氧树脂、填料、流平剂、固化剂、偶联剂等组成。环氧树脂是粉末涂料的基料，为高分子的固体树脂，其分子量大小、分布和杂质等直接影响了涂层的质量；填料是关系到涂层的耐化学腐蚀性能和抗渗透性能，是调整涂层的硬度、强度、耐磨性等而加入的无机物，它也是涂料的主要的原料；流平剂是增加树脂在熔融过程中的流动性，增加涂层的平面度和减少针孔、桔皮等缺陷；固化剂是使树脂在熔融状态下交联成网状的物质，固化反应的程度直接决定了涂层的性能，因此选择固化剂相当重要；偶联剂是起促进原料中界面的活性，增加各种原料之间，尤其是填充料与树脂之间的结合力，虽数量少，但对涂层的性能作用显著。

1.2 SEBF涂装工艺

用于海洋腐蚀环境下的SBEF粉末涂料为单组份热固性的熔融结合改性环氧粉末涂料，采用其特殊涂装工艺可在金属构件表面熔融涂敷固化成膜，形成一层厚度均匀、表面光洁耐腐蚀涂层。

SBEF涂装技术应用于腐蚀环境中各种金属构件，特别是对异型复杂工件涂装更有其独特之处，需按图1的工艺流程严格执行。方式；

（5）熔融涂装指将SEBF粉末涂料涂敷在预热后金属构件表面，经熔融成膜并控制一定厚度的工艺过程。根据工件的大小、尺寸、形态等条件可采用静电涂装、流化床、摩擦静电涂装等方法；

（6）涂层固化是指在一定温度条件下涂层中高分子在固化剂的作用下形成空间的网络结构，使涂层具有良好的物化性能，SEBF粉末涂料固化温度一般在180～220℃之间；

（7）涂层检测为最后对涂层厚度、针孔进行检测，对外观进行目测，涂层表面应光滑、平整、无裂纹、无流挂、无漏涂等，达到涂层防腐要求，关键是用电火花检漏仪进行检测，要求被涂件无一漏点存在。

2 通海系统设备腐蚀现状

（1）表面修整指在涂装前对被涂金属表面进行的外观检测、局部补焊、打磨等。要求焊道平滑，无缺肉、气孔、缝隙、焊渣等。对飞溅、尖点、凸凹不平处打磨清除，将棱角打磨成圆角过渡；

（2）表面处理为涂装前重要的一道工序，表面处理质量直接影响到涂装后涂层的质量和使用寿命。去污去油并喷砂除锈达到SEBF涂装要求的Sa 2.5级表面清理标准；

（3）转化膜制作是为了提高涂层与有色金属材料基体表面的附着力，采用的一种表面化学处理特殊方法；

（4）工件预热为把工件加热到要求的温度。预热温度取决于粉末涂料融熔温度、环境温度及工件热容量大小，一般控制在230～260℃范围内。根据不同条件可采用电炉、燃气炉、感应加热的

舰船腐蚀典型形式有电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、杂散电流腐蚀等，这些腐蚀也可以交互作用，对机体造成损伤同时也表现出不同的表面腐蚀形态[2]。电偶腐蚀多发生在海水管路系统及设备法兰紧固件等异金属接触及焊接部位；点腐蚀多发生在暴露于潮湿海洋大气或海水中的舰船结构、管道、设备等表面；缝隙腐蚀多发生在法兰面接触部位、螺栓螺帽等有结构缝隙的部位；应力作用下的腐蚀包括应力腐蚀断裂、氢脆、腐蚀疲劳、空泡腐蚀、冲击腐蚀等；晶间腐蚀通常是船舶用铝合金、不锈钢、铜合金等金属特定条件下发生的腐蚀。

通海系统管道设备直接与海水接触，管路及海水泵及海水滤器等设备海水腐蚀相当严重。有个别设备仅使用一年多时间就已腐蚀严重影响运行安全而被迫更换，其中海水泵腐蚀情况如图2所示，泵体、泵盖、叶轮等过流部位都存在不同程度的腐蚀情况，局部腐蚀和点蚀较为严重，点蚀导致出现很深的腐蚀凹坑。

图3为海水滤器腐蚀情况，呈现腐蚀状态是均匀腐蚀和局部点蚀，有些仅使用了一个船检周期，由于局部腐蚀严重，出于安全考虑只能跟换新的滤器。通海系统管路中弯管腐蚀如图4所示，多部位局部蚀较为严重，接近法兰边缘表面的许多点蚀已出现凹坑，弯管内表面过流部位点蚀也很严重，可见点蚀部位返出绿色铜氧化物。

目前，常规涂料防护方法已难以满足自然环境腐蚀分类为最高级别的高热、高湿、高盐的海洋大气环境下使用的需要，因此船舶装备上的金属材料要采用有效的腐蚀防护技术，以应对海洋气候下恶劣的腐蚀环境，这就为SEBF重腐蚀防护技术应用在船舶装备上解决海洋环境下的腐蚀问题提供了契机。

3 SEBF涂层性能试验

为满足和保证SEBF涂层技术在通海系统设备上使用的耐久性，采用与通海系统设备相同的硅黄铜材质为基材，对SEBF涂层进行了相关性能试验。

实验室对SEBF涂层进行基本性能试验样件及应用性能试验评定，在进行涂层试验件制作时，SEBF涂装厚度控制在350～600μm范围内。

表1为采用硅黄铜基材进行的SEBF涂层基本性能指标实验室检测结果。

同时还对SEBF涂层进行了应用性能试验检测，包括SEBF涂层的表面粗糙度、平整度、密封适配性、法兰振动密封性、紧固抗压性、充压疲劳性能，试验检测结果表明SEBF涂层上述应用性能均满足相关使用要求。

表1 SEBF涂层基本性能测试结果

4 应用情况

SEBF 涂层技术目前已成功地应用在海洋重腐蚀环境下船舶通海系统的设备上，解决许多用常规防腐方法长年得不到解决的严重海水腐蚀问题。如图5～图7分别为海水泵、海水滤器、弯管过流部位采用SEBF 涂层技术后实物。

船舶通海系统设备受海水严重腐蚀，海水泵、海水滤器、弯管等设备腐蚀严重，直接影响通海系统安全运行，为解决海水对设备严重腐蚀问题，在2017年6月首先在一条船舶的海水滤器设备上采用SEBF涂装技术。通过一年时间的试用考核，SEBF涂层对海水滤器的腐蚀防护效果非常明显，滤器过流部位SEBF涂层完好且无海生物附着现象。随后在多条船舶的海水滤器、海水泵、弯管设备上应用，很好解决了通海系统中这些设备的海水严重腐蚀问题。在使用过程中实施跟踪检测，经过三年多的使用，SBEF涂层未发现有剥落、起皮、失效等现象，受涂装保护部位无腐蚀现象发生。

5 结语

（1）应用结果表明SEBF涂层具有优异的抗海水腐蚀性能，明显提高船舶通海系统设备的腐蚀防护能力，可有效防止各类型腐蚀现象产生，如在法兰面上采用可有效防止因使用不同材质在接触部位产生的电偶腐蚀；

（2）通过对SEBF涂装工艺研究改进，研发出适合复杂异型结构件的涂装工艺，以及可保证海水泵叶轮动平衡要求的涂装工艺技术，具有常规防腐方法达不到的腐蚀防护效果；

（3）SEBF涂装技术可广泛应用海洋环境中各类船舶海水腐蚀防护上，对解决腐蚀问题提高设备使用寿命发挥其明显优势，对降低运行成本，减少检修次数具有明显效果，可节约大量设备更换和维修资金。