船舶腐蚀及防护

船舶腐蚀与防护江苏科技大学高延敏目录•船舶腐蚀•船舶涂料与存在的问题•船舶防护技术难题•船舶涂料检测与方法•江苏科技大学研究情况与产品(一)船舶腐蝕現象，是業界必須面對的問題。(二)避免或延緩船舶腐蝕是重要的技術課題，也是船東從洽談新船規範開始應重視的問題。(三)除依賴船廠的技術外，船東更應吸取本身現成船的維修經驗，规划新船的防蝕措施。必要時可能追加合理的船價。(四)法規目前僅關切嚴重影響船舶安全區域的腐蝕(五)有些防蝕措施，祗要在船舶建造階段稍加用心即可獲得效果，並不須花費太多成本。(六)本文旨在介紹船舶可能遭遇的腐蝕，並提供一些防蝕的觀念，作為新船建造及日後船舶管理的參考。前言腐蝕意義(一)腐蝕(Corrosion)：金屬與周圍環境發生反應所造成的破壞現象。(二)銹(Rust)：鐵或鋼腐蝕的產物。(三)防蝕：阻止腐蝕現象的發生。(四)耐蝕性：指腐蝕速度緩慢，並非指不生腐蝕現象。依發生的原因分類，一般有以下4類：(一)電化學腐蝕(ElectrochemicalCorrosion)(二)化學腐蝕(ChemicalCorrosion)(三)微生物腐蝕(MicrobialCorrosion)(四)冲刷腐蝕腐蝕分類(一)電化學腐蝕(ElectrochemicalCorrosion)1.必備條件：(1)陽極(Anode)：遭受腐蝕的金屬。(2)陰極(Cathode)：金屬或電子導體，提供還原反應的位置(3)電解質(Electrolyte)：一般為水溶液，與陽極及陰極相接觸，以提供離子傳導的路徑。(4)兩極之間電路(MetallicPath)：為陽極及陰極間之電子傳導路徑。电化学腐蚀电化学腐蚀2.水溶液中加速腐蝕之因素：(1)足量的氧氣(2)足量的水(3)足量的離子(4)兩極間電位(Potential)差大(如銅閥鐵座造成閥失效)(5)陽極面積小、陰極面積大(6)兩極距離小(7)兩極間電阻小(如鋼板表面塗以漆膜，可增加其間電阻)(8)電解質流速大(9)較高的溫度(10)較高的氣壓电化学腐蚀3.電化學腐蝕典型途徑(2)要件：(a)陽極(Anode)(b)陰極(Cathode)(c)電解質(Electrolyte)(d)兩極之間電路(MetallicPath)(3)加速腐蝕因素：(a)足量：氧氣、水、離子(b)兩極之間：電位差大、距離小、電阻小(c)陽極面積小、陰極面積大(d)電解質流速大(e)較高：溫度、氣壓海水约含3.5%NaCl是对钢铁腐蚀速度最大的浓度。船舶腐蚀部位特点：海水+生物腐蚀上层建筑压载舱船体的管路船壳船舶的腐蚀部位由于海水导电性好，腐蚀电池的欧姆电阻很小，因此异金属接触能造成阳极性金属发生显著的电偶腐蚀破坏。海水中含大量氯离子，容易造成金属钝态局部破坏。碳钢在海水中发生吸氧腐蚀，凡是使氧极限扩散电流密度增大的因素，如流速增大，都会使碳钢腐蚀速度增大。海洋环境的腐蚀分为几个区域：海洋大气区、飞溅区、潮汐区、全浸区和海泥区。海水腐蚀的特点耐海水钢Mariner与碳钢的试验结果（九年暴露，美国）距试样上端距离（米）654321海泥区Mainer钢碳钢全浸区飞溅区潮汐区0.61.21.82.43.13.74.34.95.56.1船舶和海洋设施的保护（1）材料低合金海水用钢与碳钢的比较环境腐蚀速度(mm/y)低合金钢碳钢海洋大气区0.040.050.20.5飞溅区0.10.150.30.5潮汐区0.10.1全浸区0.150.20.20.25海泥区0.060.1电化学腐蚀4.電位(電勢)(Potential)(1)意義：金屬釋放電子的趨力。(2)標準電勢序列或標準還原電位序列可解釋電化學(腐蝕)現象；若干金屬之電勢序列如下：(釋放電子的難易程度)金(Au)、鉑(Pt)、銀(Ag)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鋅(Zn)、鋁(Al)(3)加凡尼序列(GalvanicSeries)：較實用，但環境不同，各加凡尼系列順序亦不盡相同。例如在海水中若干常用金屬的加凡尼序列如下：金、鉑、銀、銅、黑皮(millscale)、鐵、鋁、鋅化学腐蚀(二)化學腐蝕(ChemicalCorrosion)：金屬溶解於有機溶劑、熔融鹽液中。(三)微生物腐蝕(MicrobialCorrosion)：因細菌、黴菌、酵母等微生物的參與而衍生的局部腐蝕現象。(1)海水壓載艙內存在硫酸根還原菌(SRB)時，可將硫酸鹽還原成硫化物，具黑色/臭蛋味，而加速鋼板的腐蝕。(2)細菌存在貨油艙底的沈澱水中或壓水艙底的沈澱物內。(四冲刷腐蝕：指金屬表面因介質相對速度而產生的金屬損耗。金屬腐蝕型態以水為媒介或溫度高低來分，可為溼蝕及乾蝕兩種：(一)溼蝕：1.全面腐蝕(GeneralorUniformCorrosion)2.局部腐蝕(LocalCorrosion)3.速度效果腐蝕：磨動腐蝕、沖蝕、空蝕(二)乾蝕：1.氧化(Oxidation)2.硫化(Sulphidizing)3.氫侵蝕(HydrogenAttack)或脫碳(Decarburizing)4.釩侵蝕(VanadiumAttack)5.硫酸露點腐蝕(DewpointCorrosionofSulfuricAcid)金屬腐蝕型態(一)溼蝕：金屬與水接觸情況下所產生的腐蝕1.全面腐蝕(GeneralorUniformCorrosion)：金屬處在大氣、海水、酸液、或鹼類等侵蝕性環境中所受的全面性腐蝕。(1)現象：鋁合金表面氧化皮膜、中間軸表面生銹等。(2)碳鋼銹蝕率：可以0.1-0.2mm/年計(常溫海水中)。(3)航行中船舶：全面腐蝕＋動力負荷而加速腐蝕。某3萬載重噸單船殼油輪航行24年後甲板出現大裂縫，經檢查斷裂附近甲板，發現其厚度(16mm)平均每年減少約0.17-0.38mm，最深處則每年可達0.46mm。金屬腐蝕型態(4)鋼板在不同成份大氣中的銹蝕：(a)相對溼度(RH)在70%以下，形成見不到的氧化保護膜。(b)空氣乾淨，RH達到99%，銹蝕亦可忽視。(c)鹽水的存在會加速銹蝕(因離子增加)。(5)鋼板表面有黑皮(millscale)：腐蝕速度可達無黑皮者的數十倍(如約80倍)。黑皮是鋼熱延壓加工時，從高溫急冷下過程中受到不完全氧化所形成。這層黑皮看似結實，實際上因有很多空隙存在，使得大氣中氧氣與水份很容易浸透而形成激烈腐蝕。金屬腐蝕型態2.局部腐蝕(LocalCorrosion)：金屬局部發生腐蝕的現象(1)異金屬接觸腐蝕(BimetallicorGalvanicCorrosion)(2)脫合金腐蝕(Dealloyingcorrosion,Selectiveleaching,Parting)(3)粒界腐蝕(IntergranularCorrosion)(4)應力腐蝕(StressCorrosion)(5)金屬離子濃淡電池(MetalIonConcentrationCell)(6)間隙腐蝕(CreviceCorrosion,depositattack)(7)孔蝕(PittingCorrosion)(8)腐蝕疲勞(CorrosionFatigue)(9)氫損害(HydrogenDamage)(10)弥散電流腐蝕(StrayCurrentCorrosion)金屬腐蝕型態2.局部腐蝕(LocalCorrosion)(1)異金屬接觸腐蝕：(BimetallicorGalvanicCorrosion)金屬與另一金屬或導電非金屬以電路連接，且同浸在電解液中，產生電化作用，而使低電位金屬腐蝕。(2)脫合金腐蝕：(Dealloyingcorrosion,Selectiveleaching,Parting)合金中較活潑金屬成分易發生溶解。如黃銅(brass)脫鋅(dezincification)使得合金顏色由黃色變成帶有紫紅色，並使其機械性能減弱，且呈多孔性。金屬腐蝕型態(3)粒界腐蝕(IntergranularCorrosion)：高溫下金屬產生滲碳(carburizing)或氮化(Nitriding)現象的結果。如沃斯田(含鉻鎳)不銹鋼在電銲熱影響區(HeatAffectedZone)內或於高溫下(如SUS304在425-870oC之間)徐冷後，其結晶粒界之鉻與碳(大部份沈積在晶粒界處)結合成鉻碳化物，其近鄰因缺乏鉻成分而易產生腐蝕。電銲所發生的粒界腐蝕亦可稱為銲接衰弱(welddecay)。金屬腐蝕型態(4)應力腐蝕(StressCorrosion)：(a)金屬局部受應力而變形，不僅破壞其表面保護膜，且受力部份變成陽極而產生腐蝕，稱為應力腐蝕。(b)金屬受內(residual)應力或施加之外力(容許應力內)情況下，若放置於腐蝕環境中，則會產生裂傷，稱為應力腐蝕裂痕(Stress-Corrosion-Cracking，SCC)。金屬腐蝕型態(5)金屬離子濃淡電池(MetalIonConcentrationCell)：同一金屬材料，局部離子密度不一而產生電位差。如水中轉盤邊緣較易生銹即是。金屬腐蝕型態(6)間隙腐蝕(CreviceCorrosion,depositattack)：(a)因位置狹窄使電解液流通不順，氧氣缺乏而生(即同一金屬材料局部氧含量不一致而產生電位差)。電解液含氯離子時更易發生。不銹鋼及鋁合金亦會發生。兩片同質金屬間螺栓週遭較易生銹即是。(b)改善方式，如：(i)以電銲替代使用墊片(gaskets)(ii)避免尖銳邊緣(sharpedges)(iii)使用橡膠(rubber)或鐵弗龍(Teflon)為材質的墊圈金屬腐蝕型態(7)孔蝕(PittingCorrosion)：(a)原油輪貨艙底板：局部殘留海水及SRB菌而孔蝕。(b)不銹鋼等鈍態型合金處在氯離子等侵蝕生成；常發生在表面孔穴或受損部位上：(i)金屬表面之鈍態表層。如前船舶艉軸油封系統所使用不銹鋼襯套(liner)，其表層氧化膜(Cr2O3)受外物(橡膠油封圈(sealingring))纏繞處會與海水中氯離子起作用而破損，導致其下層不銹鋼材遭受孔蝕。(ii)賤金屬(basemetal)上之貴金屬(noblemetal)表層，可能導致賤金屬產生針孔。(c)可以含鉬(MO)成份之不銹鋼(如SUS316一般用於舵軸襯套)取代SUS304(屬18-8不銹鋼，一般用)，可降低孔蝕風險。金屬腐蝕型態(8)腐蝕疲勞(CorrosionFatigue)：腐蝕環境中，金屬受到疲勞應力時，其疲勞強度會降低，更易加速產生疲勞破裂。(9)氫損害(HydrogenDamage)：在酸液中因氫原子侵入金屬內部而造成氫鼓泡(HydrogenBlistering)或脆裂的損害。(10)迷散電流腐蝕(StrayCurrentCorrosion)：船舶泊岸進行電銲修補作業，若使用直流電銲機且在陸上接地(不在船體接地)，則發生迷散電流而使船體腐蝕。若使用交流銲機則損失遠較輕微。金屬腐蝕型態3.冲刷效果腐蝕：金屬表面與接觸物質間的相對速度所產生(1)磨動腐蝕(FrettingCorrosion)金屬表面承受高負荷，因振動或微短距離滑動而產生。(2)沖蝕(Erosion)(a)金屬表面與液體或氣體相互運動而生，因腐蝕生成物一直被沖走，而使得腐蝕更形加速。(b)某巴拿馬級散裝船雙層底海水壓載艙，塗料為單層環氧柏油(Epoxy-Tar)。航行18年後檢查發現艙內大致良好，惟在海水管路出入口(BellMouth)下方底板(原厚度21mm)發現鐘形凹陷一處，直徑約100mm，中間厚度約僅剩4.5mm，平均蝕腐每年約0.9mm。可歸咎受海水沖蝕。金屬腐蝕型態(c)可能發生沖蝕的場合，如：(i)管徑突然改變。(ii)加上不當接頭或襯墊,使滑順金屬表面變得不順。(iii)有間隙而使液體外洩(iv)沉積之腐蝕生成物干擾液體層流(laminarflow)(3)空蝕(Cavitation)溶液流經金屬表面發生壓力變化時，在低壓處所產在的汽泡，至高壓處崩破衝撞金屬表面而致凹凸不平。若螺槳葉片設計不良即可能發生空蝕現象，導致葉片受損、效率降低、並產生振動。金屬腐蝕型態(二)乾蝕：