金属表面处理技术保海洋装备“腐蚀不侵”

                               
登录/注册后可看大图

$ v8 H, w5 J- t  V   国务院2015年5月19日发布了《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。其中，海洋工程装备及高技术船舶被“圈定”为十大重点领域之一，这将对船舶及海洋工程装备制造业发展产生深远影响。
  未来十年海洋工程装备和高技术船舶发展方向与重点主要在以下几个方面：(1)海洋资源开发装备；(2)海洋空间资源开发装备；(3)综合试验检测平台；(4)高技术船舶；(5)核心配套装备。
  而想要实现《中国制造2025》的战略目标，加快提升我国海洋工程装备及高技术船舶的工业技术水平，必须重视海洋装备的防腐蚀能力，保证海洋装备的品质性能。
5 A. R0 n5 f* ], {6 f' V  海洋是一个严苛的腐蚀环境，这主要是因为海水当中蕴藏着丰富的矿物质盐，因此极易和金属制成的海洋装备形成原电池，出现微观腐蚀。另外海洋中的许多生物会附着在装备机体上，不但降低了装备的运行速度，还会分泌有机酸或还原形成二氧化硫、硫化氢等强腐蚀性物质，从而对装备机体造成从微观到介观、再到宏观的跨尺度复合损伤。
0 G0 \0 K7 T/ o7 v) p: u  腐蚀区域不同，腐蚀特点也不尽相同。主要的腐蚀形式有均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、冲击腐蚀、空泡腐蚀、磨蚀、电偶腐蚀等等，这些腐蚀类型往往与海洋装备的结构设计或冶金因素有关。而造成装备在海洋腐蚀现象的因素主要有化学因素、物理因素、生物因素、区域因素、压力因素以及冲蚀因素等。
7 C, @  A3 e% ]/ f1 j  除了腐蚀因素外，由于海洋装备还可能需在不同海洋区域进行不断的下潜和上浮，因此还面临着许多不同形式的力学损失问题。例如随着下潜深度的增加，交变载荷的幅值也会越来越大，基体材料出现低周疲劳的情况在所难免。而由于点蚀等因素存在，基体材料出现力学损伤的临界条件则会变得越来越低。
  因此，为了保证海洋装备的安全运行和服役，通过必要的技术手段对装备基体材料进行保护就显得格外重要。
  对于海洋装备基体材料的表面防护，主要通过3个途径加以实现：
  (1)表面处理增强基体的防腐蚀性能和耐疲劳性能；
  (2)利用阴极保护法对基体材料进行耐蚀保护；
  (3)通过涂层的方法对基体材料进行综合保护。
  1、基材表面处理的应用
! |9 A+ Z% ^, a( r0 k$ x, i  在基体材料应用方面，如我国的深潜器，所使用的是一种屈服强度不小于785MPa的高强度、高韧性、可焊接耐压壳体用钢。通过特殊的金属表面处理技术大大提升了钢材的耐海水腐蚀和抗压力性能。
  2、阴极保护法的应用
5 z( L( F8 G) ^( ?! i  由于钢材自身的性能特点，即使能在一定程度和范围内抵抗腐蚀，但终究不能满足防腐的要求、因此，必须对钢材基体进行其他必要的防腐措施。阴极保护法就是从电化学的角度对材料基体实施保护的一种方法，其基本原理是向被保护金属上输入一定数量的电子，使其保持在还原态从而得到保护。
  3、涂层防护法的应用
5 v& W" a' Q* }, b. Y9 T  阴极保护法虽在一定程度上减轻电化学的腐蚀，但很多时候无法避免来自海洋生物的化学腐蚀，无法完全隔离基体材料与腐蚀介质。因此，外加涂层就显得尤为重要。现在的舰船保护措施也主要是利用阴极保护和涂层保护相结合的方法。
  随着海洋污染程度的不断增加，使得海水环境更加复杂化，也使得海水环境中的金属腐蚀问题更加突出。未来，必然对海洋装备的防腐蚀性提出更高的要求。
  案例延伸：
  照明手电筒是深海潜水者必备的装备，由于深海潜水在海底几百米以下，对照明设备的要求是非常严格和苛刻的。而在深圳电镀厂行业的杰昌电镀厂，研发了一种可应用于深海潜水的低温硬质氧化技术。通过对铝质的手电筒表面进行低温硬质氧化处理，可以获得高达40~60um左右的硬质氧化膜，膜层具有HV400以上高硬度，高耐腐蚀性能，可通过1000小时以上的中性盐雾试验。