一文读懂船舶防腐涂料研究进展

海洋环境是一种非常严酷的材料服役环境，由于海水天然的电解质溶液属性，金属材料极易发生电化学腐蚀，造成金属构件的可靠性大幅降低，同时也造成了巨大的经济损失。据统计，因金属腐蚀而导致的经济损失每年达到了4 000亿元。在海洋环境中服役的船舶，受到复杂海洋介质、严苛气候环境的作用和影响，面临着严重的腐蚀问题。多重腐蚀作用的结果，导致了船舶结构强度的下降、螺旋桨推进效率的降低、机动性能变差、噪声增大、声纳受到干扰、仪表灵敏度下降甚至失灵等严重问题。这些问题不仅缩短了船舶的服役寿命，降低了在航率，还增大了航行阻力而大幅增加了燃油消耗;而且针对腐蚀而进行的进坞重涂，将花费巨额维护维修费用。为了防止金属材料腐蚀，延长其使用寿命，应用高性能防腐蚀涂料是一种简便有效的方法。船舶用高性能防腐涂料一直是国内外海洋材料研究的热点，也是海洋强国重点发展的技术领域。本文对防腐涂料的防腐机理进行了阐述，介绍了几种典型的船舶高性能防腐涂料，展望了高性能防腐涂料的发展趋势。

防腐涂料的防腐机理

有机涂料的防腐蚀作用主要有以下4个方面：(1)屏蔽作用有机涂层涂覆于金属表面，使电解质（水、氧、氯离子等）与金属界面无法直接触，从而阻止或减缓了金属的电化学腐蚀。屏蔽效果与有机涂层的抗电解质渗透性和厚度密切相关。(2)湿附着力由于溶剂挥发或制备工艺影响，有机涂层总存在孔隙等缺陷，其成为电解质渗入的主要通道，研究发现有机涂层透水和氧的速率往高于钢铁表面腐蚀消耗水和氧的速率。因此有机涂层的防护作用不只有屏蔽作用。涂料与钢铁表面间的湿附着力对防腐蚀起着重要作用。湿附着力是指在水存在下的附着力，其保证水和氧不能在金属表面快速扩散，进而减缓金属腐蚀。(3)颜填料缓蚀作用在水存在的情况下，涂料中含有的防锈颜料会解离释放出缓蚀离子，抑制金属腐蚀的进程。(4)牺牲阳极的阴极保护作用涂料中含有的活泼金属粉体（如锌粉），还能作为牺牲阳极，起着保护阴极金属基体的作用。

分类

1.石墨烯重防腐涂料

石墨烯的小尺寸效应、二维片层结构、疏水性和导电性，使其可作为填料用于防腐涂料中改善涂层防腐性能。小尺寸的石墨烯可以填充到涂料的孔洞中，同时石墨烯的二维片层结构在涂料中层层叠加，形成了致密的物理隔绝层。而石墨烯的表面效应使其对水的浸润性差，当涂料中加入石墨烯后，其疏水性阻止和减轻了水分子穿透涂层到达金属表面进而发生腐蚀的行为，从而降低了腐蚀发生的几率和程度。同时，石墨烯所具有的优异导电性能迅速地将阳极反应中Fe失去的电子传递到涂层表面，从而防止Fe3+沉淀，减缓电化学腐蚀速率。石墨烯重防腐涂料受到人们的高度关注，成为防腐涂料研究的热点。

 2.无溶剂低表面处理重防腐蚀涂料

船舶舱室种类众多，空间狭窄，维修时表面处理达不到GB8923—88标准要求的Sa2.5级，通常处理后仍带有不同程度的锈蚀物，并经常处于高度潮湿及带油(油舱维修时)的状态。普通防腐涂料的防腐期效难以达到设计要求，急需一种可以在这种低处理表面上直接进行涂装的高性能涂料。这种涂料不但减轻了表面处理的压力，避免了预处理对环境造成的污染，而且节约了很多维修费用。此外普通溶剂型涂料施工要求通风良好，否则容易产生安全事故。近年来，出于对船舶人员健康和安全的重视，各国已限制船舶内舱用涂料的挥发性有害物质的含量，普通的溶剂型涂料也难以满足要求，高固体份或无溶剂型防腐涂料成为发展方向。中船重工七二五所研发了一种无溶剂低表面处理重防腐蚀涂料725-HF-018，该涂料可应用于船舶内舱积水严重部位，结合阴极保护技术，对舱室积水部位腐蚀进行综合治理，对提高船舶服役性能具有重要的作用。

3.高湿态附着耐压长效重防腐涂料

船舶水下部位所处环境特殊，具有海水压力交变作用、高温、高湿、高盐分、高氧等，而且受海水压力的作用，腐蚀粒子在涂层内的渗透加速，加剧了腐蚀。此外，水下部位腐蚀情况难以检查和涂层修复难度大。因此，急需开发一种耐压长效重防腐涂料。中船重工七二五所通过树脂强韧性化高湿态附着力改性技术和涂层致密化及界面腐蚀扩展抑制技术，研发了一种高湿态附着耐压长效重防腐涂料725-H44-66，经实船涂装验证，能够适应船厂苛刻的涂装工艺条件和实海应用需求。

4.无溶剂快速固化长效防腐蚀涂料

船舶上舱室数量多、结构复杂，据统计，大型远洋船舶舱室超过1000个，舱室大小和结构差异很大。这些舱室一旦维修，涂装面积是外壳面积的数十倍，防腐蚀费用是十分庞大的。据统计，单个舱的平均检查费用为8000～15000美元。每个舱在每次定期进坞时进行检查，或通常根据服役和船舶等级至少每5～7a检查一次。一旦决定翻修，其维修舱的费用每年高达2.5亿美元以上。

目前舱室所用涂料仍以传统溶剂型涂料为主，其固化速度较慢，在涂装时，往往因等待涂料固化和涂装多道涂层就需要几天时间，施工期长；另外，传统溶剂型涂料的涂装费用有90%～95%用在诸如环境温度、相对湿度、通风设备等施工环境条件的控制上，特别是溶剂的挥发需要有很好的防火和人员安全保护措施。由于传统溶剂型涂料固化速度慢，需多道涂装，施工周期较长，在整个维修过程，因其他维修工序造成层间涂层附着力下降，涂层易被破损，施工质量难以保证，据统计，传统溶剂型涂料在实际使用中，涂层提前失效的原因大约有50%以上是施工质量不高引起的，而不是涂料本身质量造成的。中船重工七二五所研发了一种无溶剂快速固化长效防腐蚀涂料725-KG-14，实干时间＜6 h，具有15 a防护寿命，可应用于中型和大型船舶内舱，能缩短防腐涂料涂装时间，避免内舱腐蚀，保障船舶安全性，延长坞修间隔，节约维修时间和成本。

结语

随着科学技术日新月异的发展和绿色造船理念的不断推进，船舶高性能防腐涂料将朝着无溶剂、防锈颜填料无毒化、低成本、多功能化、智能化的方向发展，船舶高性能防腐涂料的发展前景必将越来越广阔。