舰船的电化学腐蚀及其外加电流阴极保护法应用状况 

文 | 江炎兰 曲亮生 海军航空工程学院基础部

一、前言

舰船在海上航行时，舰船壳体、推进器、内舱、冷凝器和海水管路系统等部位都会发生腐蚀。舰船腐蚀的原因比较复杂，是多种不同腐蚀形态共存的。其中最主要的原因是由于海水的含盐度高（一般在 33% ～ 37%），舰船的金属材料与海水接触时，会形成无数个微小原电池而引起舰船的金属腐蚀。腐蚀的后果是严重的，受到海水及海面盐雾的侵蚀后，舰艇的甲板及舰体，每年需涂几次涂料进行防护。南海地区舰艇每次小修更换的腐蚀钢板达 1/3, 中修换板率超过 1/2, 甚至新舰艇尚未服役即出现腐蚀等问题，既增加了维修工作量，降低了航率，又造成了巨大的经济损失，严重地影响了部队的战斗力。因此，采用外加电流阴极保护有效地防止海洋环境下的舰船腐蚀破坏，是当今世界各国的普遍做法。

舰船的阴极保护历史悠久，应用广泛。从 20 世纪 60 年代开始，阴极保护技术已经成为世界各国舰船必不可少的防腐蚀技术，各国的科研人员正在对阴极保护系统的设备和材料及阴极保护理论和设计技术进行深入研究，以期达到延长保护年限、提高阴极保护系统的可靠性和自动化程度、降低保护费用的目的。

阴极保护根据阴极给电流的方式不同可分为牺牲阳极法和外加电流法。对于舰船，往往采用外加电流阴极保护系统，这是因为：（1）智能化的恒电位仪能随着外界环境的变化，如不同海区的温度、盐度、风浪及动静态等的变化，给出参比电极的信号，自动调整保护电流，使舰船始终处于良好的保护状态，有利于缩短坞修日期，延长进坞的间隔；（2）外加电流阴极保护系统安装阳极数量少，对水流的阻力可忽略；节约燃料和涂料；（3）对于潜艇来说，在外壳装牺牲阳极以后，航行时会产生可测得的声响，影响其隐蔽性；（4）外加电流系统使用寿命长，甚至可与舰船同寿命，而牺牲阳极的使用寿命一般只有 l ～ 2a, 消耗完后必须更换。外加电流的阴极保护系统在舰船上应用越来越广泛。

二、外加电流阴极保护法

1.原理

外加电流阴极保护利用电化学腐蚀的原理，由连接外部直流电源的阳极直接向被保护的舰船施加阴极电流，不间断地提供电子，进而在金属表面富集电子，并通过控制舰船船体电位或电流密度，使船体发生阴极极化，达到降低甚至完全抑制船体水下部位金属腐蚀的目的。外加电流保护系统由辅助阳极、参比电极、智能控制的直流电源以及相关连接电缆组成，当电路接通后，电流将从阳极经海水至船壳构成闭合回路，这样使船壳免遭腐蚀。舰船外加电流阴极保护系统可以有效防止舰船浸水部分的电化学腐蚀。

2.应用状况

过去，国外对舰船的腐蚀防护主要是采用牺牲阳极和油漆涂层防护相结合的办法，效果并不理想。有鉴于此，20世纪 50 年代，美国、英国及加拿大在海军舰船开始试验外加电流阴极保护系统。1954 年，加拿大海军在舰船上采用手控外加电流系统，辅助阳极采用消耗性钢板。20 世纪 50 年代末期，美国开始在潜艇上进行外加电流阴极保护的试验，后来美国海军核潜艇“海狼号”、“渔号”均采用了自动控制外加电流阴极装置，根据潜艇的不同状态（停泊、航行、下潜、上浮及不同的航速），自动调节所需的保护电流，使潜艇始终处于给定的保护电位。多次进坞检查证明，防蚀效果显着，水下部分无明显锈层，钢板未发现凹坑，焊缝基本上完好无蚀，壳板比较光滑，油漆脱落的地方也无黄斑，乌黑发亮，无锈蚀痕迹，取得了良好的保护效果。

随着微电子技术、计算机技术和信息技术的不断发展，外加电流系统的各部件，如辅助阳极、参比电极、控制电源等都已逐渐成熟。现在，国外海军的预备役及许多现役舰艇都采用外加电流保护系统来防腐蚀，而海军潜艇则以多种防护方法相结合，如用牺牲阳极重点保护压载舱、指挥台围壁内的结构浸水区，用外加电流阴极保护着重保护整个艇的外壳浸水部分及推进器，这种防腐蚀方法对潜艇实用而有效。

大型高速运输船只多数也是安装外加电流保护系统。某些国家在修造船手册规范中也注明安装外加电流阴极保护装置的船舶，进坞间隔可以延长为 25a。

目前，国外阴极保护技术的发展主要表现在：（1）采用计算机辅助优化设计，使阴极保护技术向着智能化、高效率、长寿命的方向发展；（2）系统各部件材料的不断改进和性能不断提高，如辅助阳极从早期的废钢铁、高硅铁发展到铅银合金、铂复合阳极以及混合金属氧化物阳极等，其可控电源由磁饱和、大功率晶体管、可控硅 3 大系列的恒电位仪向 GBT 电子电力模块、开关电源数字化方向发展。

过去，我国舰船所用材料为较高强度的低合金钢，海水中腐蚀速率较高（大于 0.14mm/a），在无任何保护或只有涂层保护的情况下，3 ～ 5a 就腐蚀穿孔。于是，1964 年 9 月首次在渔轮上进行了舰船的外加电流系统试验，所采用的辅助阳极为高硅铸铁，参比电极为锌电极，电源为硒整流器；1969 年开始研制核潜艇外加电流保护系统；1970 年在第一艘驱逐舰上，采用可控硅恒电位仪和粉压型银 / 氯化银参比电极，1974 年在所有的导弹驱逐舰均安装了这套外加电流系统。1975 年在第一代核潜艇上安装了外加电流保护系统，其电源设备为可控硅恒电位仪，辅助阳极为镀铂钛阳极，参比电极为银 / 氯化银电极和锌电极；1982 年制订了“舰船外加电流阴极保护系统”的国家标准。现在，我国研制生产的外加电流阴极保护装置已在舰船上大量安装应用。

三、结语

我国的舰船阴极保护技术发展较快，基本解决了海军舰船壳体等部位的腐蚀问题，但在许多技术领域和应用的广度和深度上与发达国家相比仍存在一定的差距。就外加电流阴极保护来说具体表现在：外加电流系统中恒电位仪的可靠性和自动化程度与国际水平有一定的差距；辅助阳极的单支排流量较小，对大型舰船的保护所需的阳极数量过多，不能满足要求；参比电极的使用寿命和长期工作的稳定性有待进一步提高；阴极保护设计技术的水平与国际先进水平有相当大的差距，在 CAD 技术的应用方面几乎是空白，影响了阴极保护系统的可靠性和保护效果。

虽然如此，我国舰船阴极保护拥有相当的研究机构和专业人员，各有关部门对舰船的腐蚀与防护问题也非常重视，“九五”期间建立了海洋环境腐蚀与防护国防科技重点试验室，开展舰船腐蚀与防护的基本理论和应用研究。上述工作的开展将大大缩小我国舰船阴极保护技术与国际先进水平的差距，不久的将来即可达到国际同期的先进水平，为进一步提高舰船的战斗力提供强有力的技术支持。