艦船是現(xiàn)代海軍系統(tǒng)中海上作戰(zhàn)的中堅力量，戰(zhàn)略威懾能力的重要載體。無論是海洋經(jīng)濟的戰(zhàn)略地位，還是各國之間的戰(zhàn)略角逐，艦船作為建設(shè)海洋強國的主要裝備，已然成為國家實力的重要象征?？紤]到艦船長期處于復(fù)雜多變的海洋環(huán)境中，受溫度、濕度、鹽霧介質(zhì)和溶解氧濃度等多種環(huán)境因素作用，艦船用金屬材料極易受到腐蝕，導(dǎo)致艦船關(guān)鍵部件發(fā)生腐蝕開裂、力學(xué)性能退化等問題，直接影響艦船的服役安全性和作戰(zhàn)能效[1,2]。隨著海洋新材料在艦船上應(yīng)用越來越廣泛、艦船多海域執(zhí)行任務(wù)逐漸常態(tài)化，面對苛刻的海洋腐蝕環(huán)境，艦船用金屬材料的腐蝕防護(hù)工作面臨巨大挑戰(zhàn)。為確保艦船海上航行時關(guān)鍵部件長期的正常運行和安全使用，本文從合金鋼、鈦合金等艦船常用金屬材料著手，總結(jié)分析了典型艦船用金屬材料的應(yīng)用現(xiàn)狀、腐蝕問題以及常用腐蝕防護(hù)方法，提出了艦船用金屬材料表面腐蝕防護(hù)研究未來的發(fā)展方向。

一、金屬材料在艦船上的應(yīng)用

目前艦船用金屬材料種類繁多，其中合金鋼、銅合金、鈦合金和鋁合金是艦船部件使用較為廣泛的金屬材料類型。

1）高強耐蝕合金鋼。鋼材是艦船主體結(jié)構(gòu)建造最主要的金屬材料，須具備足夠的強度、韌性、良好的可加工性和耐腐蝕性[3,4]。美國在20世紀(jì)90年代研制出了高強、低溫可焊的HSLA-80、HSLA-100等低合金系列鋼，逐漸代替了上一代HY系列鋼在驅(qū)逐艦和航母殼體、艦船甲板等部件上的應(yīng)用。俄羅斯主要使用AB系列鋼，日本主要使用Ns系列鋼。我國艦船用鋼的研發(fā)起步相對較晚，但通過研仿和不斷創(chuàng)新，目前也已研制出多種規(guī)格的合金鋼，且屈服強度覆蓋廣，基本滿足艦船建造的需求。

2）高強耐蝕銅合金。銅合金具有良好的耐海水腐蝕性和防止海洋生物生長和附著的性能，加之其優(yōu)良的可加工、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，是目前艦船建造時不可或缺的金屬材料[5,6]。例如，具有高強、耐腐蝕且易于加工的錳青銅、鎳鋁青銅等銅合金常用于艦船螺旋槳；具有高導(dǎo)熱、可焊和耐蝕的B30白銅、HSn錫黃銅是冷凝器的主要材料；具有高導(dǎo)電性和耐蝕性的TU1、T2等銅合金用于艦船上的設(shè)備導(dǎo)線和電纜等。

3）高強耐蝕鈦合金。鈦合金是新一代艦船用金屬材料，其具有較高的比強度、可焊接性和優(yōu)異的耐腐蝕性[7]。在海水環(huán)境下，鈦合金表面鈍化形成的氧化物可以有效對抗氯離子造成的腐蝕，其抗腐蝕能力遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼、鋁合金、銅合金等金屬材料，因此鈦合金被譽為“海洋金屬”[8]。俄羅斯是世界上使用船用鈦合金最多的國家，開發(fā)了多種強度的鈦合金，以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，如應(yīng)用于艦船管路系統(tǒng)的PT-7M鈦合金，用于艦船壓力容器的14鈦合金。我國目前也已形成較為完整的船用鈦合金體系，如應(yīng)用于艦船機械各類部件的TA5A低強鈦合金，應(yīng)用于各種耐壓系統(tǒng)的ZTi60和Ti75中強鈦合金，以及應(yīng)用于高壓容器和螺旋槳等部件的ZTC4和Ti80高強鈦合金。

4）輕質(zhì)高強耐蝕鋁合金。鋁合金具有密度小、比強度高、可成形性和加工性好等特點，在減輕艦船質(zhì)量、提升航速等方面具有重要價值[9]。目前，鋁合金在艦船上的應(yīng)用主要分為三大類：以強度為主要指標(biāo)的受力結(jié)構(gòu)件，例如艦艇的船體、甲板等，通常采用Al-Mg合金（5系）和Al-Mg-Si合金（6系）；受力較小的構(gòu)件，如油箱、水箱、水密門等，主要考慮鋁合金的可加工性，通常采用3003、6082等鋁合金；考慮隔熱、降噪等功能性的功能材料，如發(fā)動機室降噪層。

二、艦船用金屬材料的腐蝕問題

艦船在海上服役時長期受高溫濕、高鹽霧、高溶解氧濃度等苛刻海洋環(huán)境的作用，導(dǎo)致艦船用金屬材料極易發(fā)生腐蝕，嚴(yán)重影響著艦船的安全可靠性和戰(zhàn)技性能。

2.1 腐蝕環(huán)境

根據(jù)艦船結(jié)構(gòu)、設(shè)備和裝置的暴露條件，艦船用金屬材料所處海洋腐蝕環(huán)境從上到下可分為5個區(qū)帶：海洋大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、海水潮差區(qū)、海水全浸區(qū)和海底泥土區(qū)，且不同區(qū)帶具有不同的環(huán)境特征，如圖1所示。處于海洋大氣區(qū)的甲板、艦載武器裝備等用金屬材料常年不接觸海水，但長期受高溫、高濕、高鹽霧和強輻射等環(huán)境因素作用，導(dǎo)致這些材料腐蝕速率是內(nèi)陸大氣腐蝕的2～5倍[10]。浪花飛濺區(qū)位于海水與大氣的交界處，該區(qū)域內(nèi)艦船用金屬材料除了受溫度、濕度和鹽度等環(huán)境因素的影響外，還因海水濺射長期處于干濕交替和高溶解氧濃度的環(huán)境中[11]，在多因素共同作用下，該區(qū)域內(nèi)材料的腐蝕情況最為嚴(yán)峻。海水潮差區(qū)同樣受海水干濕交替的影響，但該區(qū)域內(nèi)氧的擴散速度以及海水對艦船部件的沖擊程度都不及飛濺區(qū)，處于該區(qū)域內(nèi)的艦船用金屬材料的腐蝕情況相對較輕。海水全浸區(qū)內(nèi)離子濃度高，微生物多，且水壓力大，處于該區(qū)帶內(nèi)的螺旋槳、船舵等用金屬材料要同時面對電化學(xué)腐蝕、微生物腐蝕和應(yīng)力腐蝕問題[12]。海泥區(qū)內(nèi)氧濃度低，但存在大量細(xì)菌和生物，在海底沉積物的影響下，該區(qū)域內(nèi)船錨等用金屬材料主要發(fā)生生物腐蝕?？傊?，掌握不同區(qū)帶內(nèi)詳細(xì)的環(huán)境特征，對模擬海洋環(huán)境以加快艦船用金屬材料的腐蝕防護(hù)研究有重大意義。

圖1 艦船所處海洋腐蝕環(huán)境區(qū)帶

2.2 腐蝕類型

受不同海洋腐蝕區(qū)帶內(nèi)溫度、濕度、鹽度、pH值、溶解氧濃度、海水沖擊和微生物含量等環(huán)境因素影響以及外加應(yīng)力、殘余應(yīng)力等作用，艦船用金屬材料服役時會發(fā)生多種腐蝕損傷，主要包括點蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、微生物腐蝕以及應(yīng)力腐蝕開裂等腐蝕行為[13]。

1）點蝕。點蝕是艦船用金屬材料最常見的一種腐蝕形態(tài)，容易發(fā)生在表面鈍化或表面鍍有陰極性鍍層的金屬材料的敏感微區(qū)。如暴露在海洋大氣區(qū)或海水全浸區(qū)的艦船結(jié)構(gòu)、管道等表面。Cui等[14]對7A01鋁合金在高濕熱大氣環(huán)境下的腐蝕行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，7A01鋁合金在該環(huán)境下暴露1個月后就發(fā)生了點蝕。劉建華等[15]基于腐蝕形貌觀察和質(zhì)量損失測試結(jié)果，揭示了AF1410鋼在中性鹽霧中的腐蝕行為，指出該材料暴露在該腐蝕環(huán)境中10 h左右發(fā)生點蝕，并在暴露100 h后就發(fā)展成了全面腐蝕。通常腐蝕小孔形成后，會向深處加速發(fā)展，具有極大的隱患性和破壞性。

2）縫隙腐蝕?？p隙腐蝕是結(jié)構(gòu)縫隙中含氯等鹵素離子的腐蝕介質(zhì)處于滯留狀態(tài)而引起縫內(nèi)金屬加速腐蝕的腐蝕類型，多發(fā)生在法蘭、螺紋等艦船上可拆卸連接部位、復(fù)合金屬層板或有缺陷的金屬材料表面。吳劍[16]討論了幾何因素對2Cr13不銹鋼縫隙腐蝕行為的影響，表明縫隙的寬度和深度以及縫隙內(nèi)、外面積比等幾何參數(shù)決定了氧進(jìn)入縫隙的程度、電解質(zhì)組成的變化、電位的分布，進(jìn)而影響該材料在NaCl溶液中的腐蝕速率。樊玉光等[17]利用Comsol有限元軟件對0Cr18Ni10Ti奧氏體不銹鋼在50℃、3.5%的NaCl溶液中的縫隙腐蝕行為進(jìn)行了仿真模擬研究，獲得了電極表面變形情況、電勢、局部電流密度和離子濃度等隨時間的演化情況，為材料的腐蝕防護(hù)研究提供了參考。

3）電偶腐蝕。電偶腐蝕是指在海水這種強電解質(zhì)的環(huán)境作用下，金屬與另一種金屬或非金屬導(dǎo)體由于電位差的存在會分別作為陽極和陰極，形成電偶對，進(jìn)而加速腐蝕的現(xiàn)象[18]。在海水管路系統(tǒng)及設(shè)備、船體、緊固件等異種金屬接觸部位，電偶腐蝕時常發(fā)生。劉亞鵬等[19]研究了不銹鋼與船體鋼在天然海水中的電偶腐蝕行為，表明由于2種材料的電位差大，導(dǎo)致不銹鋼作為陰極、船體鋼作為陽極發(fā)生了嚴(yán)重的電偶腐蝕。除了異種金屬接觸發(fā)生電偶腐蝕外，合金鋼、鋁合金等艦船用合金材料中固溶體或金屬間化合物的存在同樣會導(dǎo)致材料內(nèi)部出現(xiàn)電位差，進(jìn)而造成微觀電偶腐蝕。例如，在304不銹鋼中，低電位的馬氏體和高電位的奧氏體形成電偶對，導(dǎo)致馬氏體作為陽極發(fā)生溶解[20];7A85鋁合金中的金屬間化合物Al2CuMg作為陰極，與基體形成了微電偶腐蝕對，引起了點蝕[21]。

4）微生物腐蝕。微生物腐蝕是指微生物及其代謝產(chǎn)物的活動直接或間接引起的腐蝕現(xiàn)象。由于微生物腐蝕速率很快，且往往在局部區(qū)域形成突然穿孔或微坑，導(dǎo)致腐蝕破壞難以預(yù)測，是影響艦船用金屬結(jié)構(gòu)安全問題的重大危害之一[22]。艦船服役時，海洋微生物常附著在固體表面（如船體、管道等），形成生物膜層。隨著膜內(nèi)微生物不斷生長發(fā)育，其會直接影響膜內(nèi)的pH值、溶解氧濃度、離子濃度等條件，導(dǎo)致金屬與溶液界面發(fā)生變化，引起不可預(yù)測的腐蝕破壞[23]。海洋中污損生物種類繁多，主要包括細(xì)菌（如硫酸鹽還原細(xì)菌SRB、硫氧化細(xì)菌SOB等）、真菌、水藻等。聶淑坤等[24]研究了SRB對低合金鋼腐蝕行為的影響，指出因微生物腐蝕后產(chǎn)生的含鐵硫化物會作為陰極，與裸露的鋼基體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而加速了陽極腐蝕，導(dǎo)致點蝕快速發(fā)生。在實際海洋環(huán)境中，艦船用金屬材料通常會受到多種微生物作用，在這些微生物的相互作用下，材料的腐蝕行為存在明顯差異。例如，Dong等[25]的研究表明，細(xì)菌和藻類相互作用的腐蝕速率是細(xì)菌或藻類菌株單獨作用的4倍?？梢?，開展多微生物的腐蝕行為研究對控制艦船微生物腐蝕具有重大意義。

5）應(yīng)力腐蝕開裂。除了環(huán)境因素造成的腐蝕類型之外，艦船用金屬材料在環(huán)境和應(yīng)力的共同作用下還會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂、空泡腐蝕、沖刷腐蝕等腐蝕行為[26]。其中，應(yīng)力腐蝕開裂是一種最為常見的環(huán)境與力耦合作用的腐蝕方式，其指在腐蝕環(huán)境中裂紋萌生并擴展，最終造成脆斷的現(xiàn)象[27]。為了保證艦船用金屬材料在海洋腐蝕環(huán)境中安全服役，研究人員針對海洋腐蝕環(huán)境下裂紋萌生和擴展的原因開展了大量的實驗和理論研究[28,29,30]。根據(jù)應(yīng)力腐蝕過程中發(fā)生的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)，造成應(yīng)力腐蝕開裂的機理主要有陽極溶解理論和氫脆理論。居龍等[31]研究了高強度螺栓基材42CrMo鋼在自然鹽霧環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕規(guī)律，建立了高強度螺栓應(yīng)力腐蝕開裂的風(fēng)險判據(jù)。蔡勤等[32]基于氫脆理論分析了金屬表面氫原子的形成及其滲入金屬內(nèi)部的過程，闡述了金屬材料在海洋大氣環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕開裂機理。掌握金屬材料的應(yīng)力腐蝕開裂規(guī)律和機理對尋求防護(hù)措施很有必要。

三、艦船用金屬材料的防護(hù)技術(shù)

艦船系統(tǒng)龐大，且所處腐蝕環(huán)境惡劣，為維持艦船長期的安全運行和戰(zhàn)技能力，提升艦船用金屬材料的腐蝕防護(hù)技術(shù)迫在眉睫。目前，艦船用金屬材料的腐蝕防護(hù)已發(fā)展成主動控制為主、被動防護(hù)為輔，主要從合理選材、有效表面防護(hù)、腐蝕環(huán)境控制等方面入手。

3.1 耐蝕金屬材料的選用

隨著對艦船用金屬材料的腐蝕環(huán)境以及腐蝕行為研究的不斷深入，研究人員致力于開發(fā)新型耐蝕金屬材料。微合金化和組織調(diào)控是目前改善金屬材料本身耐蝕性能的重要技術(shù)手段。其中，微合金化技術(shù)通過在金屬中添加適量Cr、Ti、Ni、Mo、Sn等耐蝕性合金元素來提高金屬的耐腐蝕性。例如，Cr元素能加速腐蝕產(chǎn)物向穩(wěn)定態(tài)發(fā)展，能使合金鋼表面形成穩(wěn)定且致密的銹層，以阻礙海洋環(huán)境中的氯離子通過來提高鋼材的耐蝕性[33]。除了改變合金的化學(xué)成分外，還可以通過調(diào)控合金組織結(jié)構(gòu)來改善材料的耐蝕性，如細(xì)化晶粒、均勻化組織等。宋娓娓[34]采用固溶處理可以使合金材料中第二相充分溶解，促進(jìn)析出的強化相彌散分布，提高材料成分的均勻性，進(jìn)而防止材料中強化相與基體界面處發(fā)生嚴(yán)重點蝕或晶間腐蝕行為。

通過分析艦船用金屬材料的服役環(huán)境特點，以及可能發(fā)生的腐蝕類型和腐蝕速率大小，設(shè)計選擇既能保證艦船部件安全運行，又考慮費效比的材料是艦船主動腐蝕防護(hù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以鋼材為例，根據(jù)不同的服役環(huán)境，國內(nèi)外已研制出了不同海洋環(huán)境區(qū)帶的耐蝕鋼材。例如適用于海洋大氣區(qū)的R-TEN A（美國），適用于海洋全浸區(qū)的MARILOY（日本）等牌號的合金鋼。對于異種金屬連接處，為了避免發(fā)生嚴(yán)重的電偶腐蝕，優(yōu)先選擇電位差較小的電偶對同樣也是主動腐蝕防護(hù)的有效途徑。例如，與TA15鈦合金連接使用時，采用30CrMnSiNi2A結(jié)構(gòu)鋼代替30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼可以大大降低連接處的電偶腐蝕敏感性[35]。

3.2 表面防護(hù)技術(shù)

3.2.1 表面涂鍍層與改性技術(shù)

表面涂鍍層與改性技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的艦船用金屬材料的腐蝕防護(hù)方法，主要采用涂、鍍、滲、化學(xué)轉(zhuǎn)化、形變強化等措施，改變材料表面的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)狀態(tài)等理化和力學(xué)性能，使材料表面獲得保護(hù)性的覆蓋層或強化層，從而將金屬基體與腐蝕介質(zhì)隔離開，達(dá)到防止金屬材料腐蝕的目的[36]。

1）表面涂鍍層技術(shù)。表面涂鍍層不僅對金屬基材起到保護(hù)作用，還具有絕緣、偽裝、裝飾等功能性作用。根據(jù)成分的不同，表面涂鍍層可以分為金屬涂鍍層、有機涂層、無機涂層以及新型復(fù)合涂層。金屬涂鍍層通常通過電鍍、熱浸鍍、熱噴涂、激光熔覆等方法制備，使被保護(hù)金屬表面形成另一種金屬的保護(hù)涂鍍層。金屬涂鍍層通常選用鋅、鋁等較為活潑的金屬材料，通過犧牲表面涂鍍層起到保護(hù)基材的作用，已廣泛應(yīng)用于艦船用金屬材料的腐蝕防護(hù)上[37]。此外，還可以選擇涂鍍高耐蝕和耐磨性的材料，例鎳、鉻、高熵合金等。殷傲宇等[38]采用超音速火焰噴涂在30CrMnSiA鋼表面制備出了低孔隙率的WC-10Co4Cr防護(hù)涂層。經(jīng)過48 h后的鹽霧試驗，WC-10Co4Cr涂層基本完好，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕痕跡，表明該涂層具有良好的長期防護(hù)效果。Li等[39]利用高能激光熔覆工藝在鋁合金表面制備了AlxCrFeCoNiCu高熵合金涂層（見圖2），明顯提升了材料的耐腐蝕和耐磨性能。Luo等[40]采用冷噴涂技術(shù)在410不銹鋼板表面制備了鎳涂層，伴隨著涂層孔隙率的減小，材料的耐腐蝕性能提高。

有機涂層主要是通過在金屬表面涂覆有機涂料，基于其對外界腐蝕介質(zhì)的物理屏蔽、對金屬表面的化學(xué)鈍化或緩蝕等機制，達(dá)到金屬基材的腐蝕防護(hù)作用，是最經(jīng)濟、應(yīng)用最廣泛的涂層防腐方法[41]。常用的有機防腐涂料有瀝青類、橡膠類、有機硅、環(huán)氧類、聚氨酯類等。在實際應(yīng)用中，可以根據(jù)金屬基材服役環(huán)境的不同，合理選擇適宜的有機防腐涂料。對于處于海水全浸區(qū)（如船底）或浪花飛濺區(qū)（如水線區(qū)）的艦船用金屬材料，在使用有機涂層防腐時，要求有機涂層與金屬基材具有良好的附著力，一般采用環(huán)氧厚漿瀝青防腐涂料等，如我國的HZ-1、HZ-2環(huán)氧煤瀝等涂料產(chǎn)品。對于艦船工作艙等，在考慮有機涂料耐蝕性的同時，還需要考慮涂料的安全性，在這些區(qū)域通常采用環(huán)保無有害物質(zhì)的涂料，如HTL92和841環(huán)氧聚酰胺涂料。此外，為了提升有機涂料的耐腐蝕性和力學(xué)性能，研究人員還開展了大量新型有機涂層的研究。例如，李明[42]制備了環(huán)氧改性有機硅涂料，并用其很好地解決了鋼材在高溫、高鹽霧環(huán)境下的腐蝕問題。

無機涂層包括搪瓷涂層、陶瓷涂層、硅酸鹽水泥涂層、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜等，主要通過熱噴涂、直接涂覆、氣相沉積、陽極氧化等工藝制備。其中，微弧氧化工藝是常用的一種直接在金屬表面原位生長陶瓷層的電化學(xué)方法，獲得的氧化物薄膜通常具有耐腐蝕、耐高溫和耐磨等優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于鋁合金、鈦合金等輕金屬的腐蝕防護(hù)[43]。Wang等[44]利用微弧氧化在7075鋁合金表面制備了腐蝕防護(hù)涂層，如圖3所示。

圖2 激光熔覆工藝制FeCoNiCrCu高熵合金涂層的形貌[39]

圖3 微弧氧化工藝制MAO鍍層的微觀結(jié)構(gòu)[44]

結(jié)果表明，形成的氧化鋁涂層與基體結(jié)合良好，并顯著降低了7075鋁合金在模擬海水溶液中的腐蝕速率。周科等[45]采用微弧氧化工藝在TA15鈦合金表面原位生成了氧化鈦陶瓷涂層，生成的陶瓷涂層致密性好，具有良好的阻隔性能，有效地緩解了鈦合金與鋼之間的電偶腐蝕。

除了單一材質(zhì)的防腐涂層外，目前還發(fā)展了多種防腐復(fù)合涂層或涂料，以結(jié)合不同材料的優(yōu)異性能。婁昆鵬[46]采用冷噴涂工藝在Q235碳鋼表面噴涂了Al-Zn-Al2O3復(fù)合涂層，并分析討論了涂層中Al、Zn、Al2O3不同體積比對涂層與基材結(jié)合以及涂層耐蝕性的影響。Yu等[47]利用納米TiO2功能化改性氧化石墨烯，將得到的GO-TiO2作為納米填料引入熱固性環(huán)氧樹脂涂料中，成功制備出功能化石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層，進(jìn)一步提高了環(huán)氧樹脂涂層的耐腐蝕性。文家新等[48]將苯并三氮唑緩蝕劑負(fù)載在pH敏感型聚丙烯酰胺-聚丙烯酸雜化水凝膠中，再將負(fù)載了緩蝕劑的凝膠粉末摻雜進(jìn)醇酸樹脂涂層中，制備出了一種智能防腐涂層。鹽霧試驗和電化學(xué)阻抗譜結(jié)果表明，該涂層在受到損傷時，依然具有良好的腐蝕防護(hù)性能。Peres等[49]開發(fā)了一種基于硅膠和蜂膠提取物的復(fù)合涂料，其中蜂膠具有抗菌和殺菌活性，而TiO2具有高吸附性。這種合成的復(fù)合涂料可以很好地抑制細(xì)菌生長和黏附，展現(xiàn)出良好的防生物污損性能?？梢?，為了彌補單一防腐涂層的不足，未來防腐涂層將向著復(fù)合化、多功能化發(fā)展[50]，對抑制或減緩艦船用金屬材料的腐蝕有重大意義。

2）表面改性技術(shù)。為了改善艦船用金屬材料的耐蝕性能，還可以采用表面機械強化、表面熱流強化、表面合金化、離子注入等技術(shù)對金屬表面進(jìn)行改性。況軍等[51]采用強流脈沖電子束對TA15鈦合金進(jìn)行了表面改性，處理后鈦合金表面發(fā)生固溶強化，使得材料的耐蝕耐磨性性能提高。羅勇等[52]對含Sr的7085鋁合金進(jìn)行了強化固溶處理，通過均勻化合金成分、減少合金中粗大第二相腐蝕裂紋源等改善了材料的抗晶間腐蝕和剝落腐蝕性。金佳瑩等[53]采用熱絲增強等離子體非平衡磁控濺射技術(shù)，對304不銹鋼進(jìn)行了表面滲氮處理，改善了不銹鋼在氯離子環(huán)境中的局部腐蝕性能。

3.2.2 陰極保護(hù)技術(shù)

陰極保護(hù)技術(shù)是指對金屬施加外電動勢，將其電位移向免蝕區(qū)或鈍化區(qū)，以減少或防止腐蝕的方法，常用的有犧牲陽極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法。犧牲陽極保護(hù)法則將被保護(hù)的金屬材料作為陰極被保護(hù)，而把電位較低的金屬作為陽極被犧牲。通常的做法是在合金鋼、鈦合金等金屬表面焊接上鋁、鋅等低電位金屬塊，讓低電位金屬塊首先被腐蝕，進(jìn)而保護(hù)主體材料不被腐蝕。這種方法通常用于保護(hù)浸于水下的艦船用金屬材料。外加電流陰極保護(hù)法通過對被保護(hù)金屬施加一定的外部電流，使其發(fā)生陰極極化，從而降低或防止金屬腐蝕，適用于解決螺旋槳、舵面等復(fù)雜曲面處的金屬材料腐蝕問題。當(dāng)采用外加電流陰極保護(hù)法來減少艦船用金屬材料腐蝕情況時，需要考慮溫度、濕度、鹽度、含氧量等因素對陰陽極電化學(xué)行為的影響，并確保外加電流裝置的安全性和可靠性[54,55]。此外，為了達(dá)到更理想的防護(hù)效果，陰極保護(hù)通常需要與涂鍍層防護(hù)聯(lián)合使用。

3.3 腐蝕環(huán)境控制

由于腐蝕是材料所接觸環(huán)境造成的，合理控制材料的服役環(huán)境是減緩或消除艦船用金屬材料腐蝕的重要技術(shù)途徑[56]。腐蝕環(huán)境控制主要包括2方面。一方面是控制或去除周圍環(huán)境中促進(jìn)腐蝕的有害因素，如建立相應(yīng)的環(huán)境控制系統(tǒng)來控制環(huán)境中的溫度、濕度、氯離子濃度、氧濃度、微生物含量或種類等。例如，為降低微生物腐蝕對船體、管路系統(tǒng)的安全可靠性的影響，通常采用電化學(xué)方法殺菌、超聲波處理等方法，定期減少環(huán)境內(nèi)的微生物含量，從而起到減緩微生物腐蝕的作用[57]。腐蝕環(huán)境控制的另一個方面是強化有利于減緩腐蝕的因素或加入有利的物質(zhì)，如添加緩蝕劑。緩蝕劑技術(shù)由于良好的防腐效果和較高的經(jīng)濟效益，是金屬材料腐蝕防護(hù)技術(shù)中應(yīng)用極為廣泛的方法之一。通常在腐蝕環(huán)境中使用緩蝕劑，可以在金屬表面形成氧化膜、沉淀膜或吸附層，進(jìn)而抑制腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行。緩蝕劑種類主要分為無機、有機、天然和稀土等緩蝕劑，其中天然緩蝕劑、稀土緩蝕劑由于資源豐富、綠色環(huán)保，是目前研究極受關(guān)注的緩蝕劑類型。黃燕等[58]研究了NaCl溶液中多種稀土元素對鋁合金點蝕的緩蝕效果和機理，指出這些稀土元素的加入有助于沉淀膜的形成，都在一定程度上改善了材料的腐蝕情況，其中Ce3+的緩蝕效果最佳。然而，在實際情況中，由于海域遼闊，緩蝕劑無法直接加入使用，因此緩蝕劑主要被應(yīng)用于介質(zhì)相對固定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如艦船管道、發(fā)動機艙等周圍環(huán)境[59]。

四、結(jié)語

隨著現(xiàn)代艦船中新型合金鋼、銅合金、鈦合金、鋁合金等金屬材料的應(yīng)用越來越廣泛，艦船的服役安全性和可靠性須得到確切保障。面對不同海洋區(qū)帶內(nèi)高溫、高濕、高鹽霧、干濕交替等惡劣的腐蝕環(huán)境，艦船用金屬材料時常會發(fā)生點蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、微生物腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂等多種環(huán)境損傷行為。解決艦船用金屬材料的腐蝕問題是一項長期且艱巨的任務(wù)，依賴于材料本身的耐蝕性、表面涂層、電化學(xué)保護(hù)以及腐蝕環(huán)境控制等技術(shù)手段。本文從典型金屬材料在艦船上的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的腐蝕問題出發(fā)，總結(jié)分析了已有的金屬材料腐蝕防腐技術(shù)，結(jié)合艦船用金屬材料腐蝕與防護(hù)的研究現(xiàn)狀，提出了以下幾點未來的研究方向：

1）加強艦船用金屬材料腐蝕環(huán)境、腐蝕行為和機理研究。現(xiàn)代艦船裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、精密程度越來越高，不同艦船部件所處腐蝕環(huán)境迥異，且可能受力、微生物等多因素的耦合作用，導(dǎo)致所呈現(xiàn)出來的腐蝕形式多種多樣。因此，對于艦船的關(guān)鍵部件，需針對性地探究材料的腐蝕機理，以指導(dǎo)防腐設(shè)計。

2）系統(tǒng)開展艦船腐蝕環(huán)境及艦船用金屬材料腐蝕的數(shù)據(jù)庫建立。海洋環(huán)境因地理位置不同、季節(jié)變換等因素呈現(xiàn)出復(fù)雜多變的特征，進(jìn)而直接影響金屬材料的腐蝕行為。隨著新型金屬材料的不斷研制，掌握不同材料在不同腐蝕環(huán)境下的腐蝕規(guī)律對腐蝕防護(hù)設(shè)計很必要。

3）充分利用已有的腐蝕防護(hù)技術(shù)，加強多種防護(hù)技術(shù)的組合使用，發(fā)展新型表面腐蝕防護(hù)技術(shù)。艦船用金屬材料的腐蝕防護(hù)是一項系統(tǒng)工程，需從選材、表面防腐、環(huán)境控制等多方面著手，綜合考慮各種防護(hù)手段的適用條件及實施的可行性和經(jīng)濟性，采用系統(tǒng)方法來解決艦船用金屬材料在海洋環(huán)境中的腐蝕問題。

五、夢能服務(wù)與支持

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夢能對技術(shù)服務(wù)團隊始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時間期限進(jìn)行定期校驗，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

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