海船长期漂泊在海洋上，海水对于钢质材料来说是一种非常强的腐蚀性介质，停泊和航行在海上的钢制船舶就存在腐蚀问题。腐蚀不仅增加了维护、维修的费用,缩短船舶的使用寿命,而且严重时会造成海损事故，危及船舶的安全。采取合适的防蚀措施,可以有效地减轻和抑制船舶的腐蚀。阴极保护就是防止船舶海水腐蚀的有效方法，目前已在国内外获得广泛的应用。

图1注：钢质海船的腐蚀与阴极保护

　　一、船体的腐蚀与阴极保护

　　船体钢板长期浸泡在海水中，由于其焊缝、焊接热影响区以及油漆涂层破损处构成了腐蚀电池的阳极而产生严重的局部腐蚀，最终形成蚀坑甚至穿孔。船舶艏部和艉部区域的腐蚀通常更为严重，因为艏部油漆更易破损,并且经常受到波浪抨击，艉部受到紊流冲击作用及其与铜螺旋桨构成异种金属电偶的腐蚀。船舶轻重水线间区域由于氧的浓差电池作用，受海浪冲击和经常处于干湿交替状态，腐蚀也比较严重。船体如不采取有效的防腐蚀措施，可以在短短几年内就造成腐蚀穿孔。

　　船体的防腐蚀措施主要是油漆涂层和阴极保护，二者相辅相承。油漆涂层首先起到物理隔离作用，将船体钢板和海水隔离开。由于油漆涂层在涂装和使用过程中不可避免地会存在漏涂、孔隙、破损等缺陷,腐蚀将先在这些地方产生、加速而造成孔蚀。因此，还必须采取阴极保护措施。它是通过向船体施加阴极电流，使船体金属产生极化，从而抑制腐蚀的发生。阴极保护可有效抑制涂层缺陷处的孔蚀，而涂层又可降低阴极保护所需电流密度，使阴极保护变得更为经济，同时还可改善保护电流的分布，使保护效果更好。

　　船体的阴极保护可以采用牺牲阳极或外加电流保护系统,这两种方法本质上是一样的,并且可获得同样的保护效果,但两者提供保护电流的方式不一样。前者是将一种电位更负的金属或合金与船体电性连接,通过阴极材料的自身消耗来提供保护电流;而后者是通过外部直流电源来提供保护所需的电流。牺牲阳极方法安装简便,不用维护,但其寿命较短,而且安装较多的阳极块会增大船舶的航行阻力。外加电流系统相对复杂一些,但使用寿命长。两种方法特点的对比见表。通常,小型船舶或低速船采用牺牲阳极保护,大型船舶或航速较高的船,外加电流系统更为合适。

图2注：船体阴极保护两种系统的特点对比

　　船体阴极保护用牺牲阳极材料主要有锌合金和铝合金阳极。早期主要采用锌-铝-镉三元锌合金阳极,这种阳极电流效率高,溶解性能好,保护效果可靠;后来又开发了性能优异的铝合金牺牲阳极,其应用也越来越多,有取代锌合金阳极的趋势。铝阳极比重小,电化学当量大(为锌的3.6倍),做成长寿命阳极比采用锌阳极更经济,但铝阳极的电流效率和溶解性能稍差一些。关于海船牺牲阳极阴极保护的设计和安装,可参照国家标准GB/T3855-1999,《海船牺牲阳极阴极保护设计和安装》1999进行。

　　船体外加电流阴极保护系统主要由恒电位仪、辅助阳极、参比电极等所组成。为使螺旋桨、舵与船体一起获得保护,还需加装轴接地装置和舵接地电缆,以使它们与船体间保持良好电性连接。我国已有船体外加电流阴极保护的系列标准,对整个系统和主要部件的技术条件均作了详细的规定。

　　为了保证船体阴极保护的效果,应注意牺牲阳极的化学成分或电化学性能应符合国家标准的规定。安装好的牺牲阳极表面应保持清洁,严禁沾染油漆或油污。牺牲阳极消耗完后应及时予以更换，船体阴极保护设计应合理，符合标准和规范的要求。外加电流系统与部件应具有良好的可靠性,并应有专人维护,出现故障应及时修复，定期检测船体的保护电位,应处在-0.85～-1.00V(相对于Cu/CuS04参比电极)。

　　二、压载水舱阴极保护

　　船舶压载水舱应采用涂层和阴极保护的联合方法。阴极保护只有在压载海水或有沉积(盐)水的条件下才能起作用。舱内涂层应和所载货物具有相容性,涂层应具有耐海水、原油、成品油等介质的作用。

　　基于安全上的考虑,船舶压载舱的阴极保护通常只采用牺牲阳极保护系统。外加电流系统有析出氯气的危险,另外当舱内有易燃气体集聚时,容易产生火花并引起燃烧。牺牲阳极材料中,锌阳极最安全,铝阳极在油舱中安装的势能应小于280N・m,而锌阳极则由于易产生火花而在油轮的货舱中禁用。牺牲阳极材料的选择取决于安全性、经济性以及与可能装载的各种货物的相容性。

　　船舶压载舱阴极保护设计目前尚无相应的标准,但其程序与船体牺牲阳极保护设计类似。由于舱内处于间浸状态,即交替地处于压载/空舱(或装货)状态,而且压载期和压载率经常发生变化,有的压载时间可以小到30～40h,这就要求在每次装压载水时,阴极保护系统能够使舱内快速极化,并且在避免析氢情况下,保护电位应尽量偏负,以便在钢结构物的表面上形成钙质沉积层。因此,压载舱的保护电流密度应比长期浸海水结构物大得多,而且压载时间越短、压载率越低,所需保护电流密度越大。由于舱内阴极保护的影响因素很复杂,因此,为了保证保护效果,阴极保护设计应由有经验的专业人员完成。

　　三、结束语

　　(一)船舶的腐蚀会导致巨大的经济损失并影响其使用安全,因此必须采取有效的防护措施。

　　(二)阴极保护和油漆涂层相结合是防止船体腐蚀的有效方法,船体阴极保护可采用牺牲阳极或外加电流保护系统,对大型船舶,采用外加电流阴极保护系统更为有利。

　　(三)海水压载舱可采取牺牲阳极阴极保护,涂层和阴极保护应与所载货物具有相容性。

　　(四)为保证阴极保护效果,在船舶阴极保护设计、阴极保护系统的生产、安装和运行中均应遵循相应的标准或规范,并进行有效的质量控制。

　　参考文献

　　[1] 胡士信主编.阴极保护工程手册[Z]，北京：化学工业出版社，1999:129-147。

　　[2] 鲍戈拉德等著.海船的腐蚀与保护[M]，王曰义等，译.北京：国防工业出版社，1983:271。
 

责任编辑：田双

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