CN102336256A - 一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法。将阴极保护、陶瓷绝缘涂层和金属防污涂层有机结合，在铜合金螺旋桨表面先去除氧化皮获得均匀粗糙的表面后采用热喷涂方法喷涂金属粘接涂层；在粘结涂层表面采用热喷涂方法制备金属氧化物陶瓷绝缘涂层，陶瓷绝缘涂层的材料包括单组份氧化物，如纯Al₂O₃、Cr₂O₃等以及添加低熔点TiO₂或SiO₂的多元复合粉末；然后在其上制备金属防污涂层，该涂层采用纯铜或具有防污功能的铜合金；同时对螺旋桨实施阴极保护。本发明方法采用的陶瓷和金属涂层具有更高的结合力和更长的保护寿命，并且减少了船舶阴极保护的电流需要量，能同时解决船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损问题，具有明显的耐腐蚀和防污效果。

Description

一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法

技术领域：

本发明涉及一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法。该方法适用于防止船舶螺旋桨的腐蚀以及海生物在螺旋桨表面的污损附着。属海洋腐蚀与防护技术领域。

背景技术：

海水是一种很强的腐蚀性介质。船舶螺旋桨通常采用铜合金材料制造，在工作过程中除了受到海水的电化学腐蚀外，还会遭受海水冲刷腐蚀、空泡腐蚀等破坏，造成其表面损伤，缩减其使用寿命。同时，螺旋桨表面在海水中还很容易产生海生物污损附着，生物污损会影响螺旋桨的推进效率，并增大螺旋桨在水下的噪音，有时污损生物还会导致铜合金表面加速腐蚀。采用耐蚀材料是防止船舶螺旋桨腐蚀的方法之一，如采用钛合金等，但其价格昂贵，因而铜合金仍然是目前最常用的螺旋桨材料。近年来，有人开展了非金属复合材料螺旋桨的研究，尽管具有较好的耐海水腐蚀性能，但目前还没有进入实际的应用。阴极保护也是防止船舶螺旋桨腐蚀的有效方法之一，通过采用牺牲阳极或外加电流阴极保护系统可以在保护船体的同时，对螺旋桨进行保护。尽管可以减轻海水腐蚀，但仅靠阴极保护方法并不能完全解决螺旋桨的冲刷腐蚀和空泡腐蚀等在力学因素作用下的损伤。此外，以上这些防止腐蚀的方法均不能够解决海生物污损问题，而且由于螺旋桨表面得到保护后，如铜合金表面不发生腐蚀，则其表面更容易形成海生物污损附着。对于经常停靠在码头上，航行时间较少的船舶，其螺旋桨海生物污损的问题会表现得更加严重。也曾有人在螺旋桨表面涂覆有机防腐涂层和防污漆来解决螺旋桨的腐蚀和污损问题，但有机油漆涂层很容易破坏，使用期效短，不能提供长期有效的保护。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述现有船舶螺旋桨防腐和防污方法所存在的不足，提供一种可同时防止螺旋桨腐蚀和海生物污损的长效方法。本发明方法采用阴极保护、陶瓷绝缘涂层和金属防污涂层的有机结合，可以实现船舶螺旋桨的防腐和防污。采用该方法可有效解决船舶螺旋桨的腐蚀和海生物污损问题，并提供长寿命保护。

为了实现上述发明目的，本发明的船舶螺旋桨防腐防污方法是在铜合金螺旋桨基体上先采用热喷涂方法制备金属氧化物陶瓷绝缘涂层，然后在其上制备金属防污涂层，同时对螺旋桨实施阴极保护。

陶瓷绝缘中间层具有高的硬度和优异的耐冲刷腐蚀性能，从而可有效减轻螺旋桨铜合金表面的腐蚀破坏，但热喷涂涂层不可避免地存在孔隙等缺陷，仍会导致基体的腐蚀，而阴极保护则可以解决这一问题，使涂层缺陷下的基体腐蚀得到有效抑制。同时由于有陶瓷绝缘涂层存在，可以显著减轻铜合金螺旋桨和钢质船体之间的电偶腐蚀作用，使得铜合金螺旋桨所需的保护电流较完全裸露的表面显著降低，有利于优化整个船体(含螺旋桨)的阴极保护效果。另一方面，由于有了绝缘陶瓷涂层的存在，可以使表面的金属防污涂层不会得到阴极保护，铜防污涂层在自然腐蚀的过程中可以形成具有防污功效的表面，从而防止海生物的附着。

本发明对铜合金螺旋桨表面先采用喷砂等方法去除氧化皮并获得均匀粗糙的表面，然后在表面上采用热喷涂方法喷涂金属粘接涂层，粘结涂层的喷涂材料为自粘结铝青铜粉末，它和铜合金基体之间具有良好的相容性。喷涂粘结涂层的厚度为30-100μm。合适的粘结涂层厚度可以改善陶瓷涂层与铜合金基体之间的结合强度。然后在粘结涂层表面制备金属氧化物陶瓷绝缘涂层，金属氧化物陶瓷绝缘涂层的材料包括单组份氧化物，如纯Al₂O₃、Cr₂O₃等以及添加低熔点TiO₂或SiO₂的多元复合粉末，采用复合粉末喷涂获得的陶瓷涂层组织更均匀致密，孔隙率更低。采用纳米级氧化物粉末能够获得更优异的涂层性能。该陶瓷绝缘涂层采用热喷涂方法制备，如等离子喷涂。陶瓷涂层喷涂厚度为100-200μm。在制备好的陶瓷绝缘涂层上采用热喷涂方法制备金属防污涂层，金属防污涂层是纯铜或具有防污功效的铜合金，其厚度为50-200μm。金属防污涂层不仅可以防止海生物的污损附着，而且可以进一步增强对铜合金螺旋桨基体的保护。

本发明对螺旋桨施加阴极保护可以采用牺牲阳极也可以采用外加电流方法。当采用牺牲阳极时，可以采用锌合金或铝合金阳极材料，布置在船体上或直接安装在螺旋桨上(牺牲阳极制成将军帽)。当采用外加电流阴极保护时，需采用滑环和碳刷组成的轴接地装置将螺旋桨和船体电性连接，使螺旋桨获得阴极保护电流。

与现有技术相比，本发明的技术方法能同时解决螺旋桨腐蚀和海生物污损问题，陶瓷和金属涂层比有机涂层具有更高的结合力和更长的保护寿命，陶瓷绝缘涂层减少了船舶阴极保护的电流需要量。采用该方法后，可防止由于螺旋桨污损而导致的航速降低，以及因腐蚀和污损而导致的维护维修工作量，可节省费用并保障船舶技术性能的发挥。

具体实施方式：

下面通过具体实施例对本发明方法做进一步阐述。

实施例1：

以螺旋桨用高锰铝青铜(ZQA112-8-3-2)为基材，喷涂前对基体表面进行喷砂处理去除氧化皮并获得均匀粗糙的表面，然后采用热喷涂方法如等离子喷涂方法依次制备粘结涂层、金属氧化物陶瓷绝缘涂层和表面的金属防污涂层。

粘结涂层的制备：采用自粘结铝青铜粉末，粉末粒径为40～104μm，主要成分重量百分比为：Al：10.4％；Fe：0.52％；Cu：余量。采用等离子喷涂制备，涂层厚度约60μm。

金属氧化物陶瓷绝缘涂层：在粘结涂层上喷涂两种陶瓷绝缘涂层，一种材料为Al₂O₃-13％TiO₂(试样1)，涂层粉末成分的重量百分比为：TiO₂：13.2％；SiO₂：O.5％；Al₂O₃：余量，粉末粒度为20-40μm；另一种为纳米结构Cr₂O₃·5SiO₂·3TiO₂涂层(试样2)，粉末成分的重量百分比为：TiO₂：3.1％；SiO₂：5.2％；Cr₂O₃：余量，粉末粒径为20-40μm。采用等离子喷涂方法制备陶瓷涂层，喷涂厚度约为200μm。

表面的金属防污涂层：在喷涂了Cr₂O₃·5SiO₂·3TiO₂涂层(试样2)的表面，采用等离子喷涂制备了铜防污层，材料为纯铜，喷涂厚度约为100μm(试样3)。

对试样1和试样2以及高锰铝青铜基体(对比样)进行了耐海水冲刷腐蚀试验，冲刷腐蚀试验在CF-97型旋转圆筒冲刷腐蚀试验机上进行。试验周期为10天，流速为8m/s，试验介质为天然海水。

冲刷试样腐蚀失重结果如表1所示。可以明显看出，Al₂O₃-13％TiO₂和Cr₂O₃·5SiO₂·3TiO₂两涂层试样的腐蚀失重远小于高锰铝青铜试样，分别约为后者的1/7和1/9；表明陶瓷涂层可对基体提供良好的保护效果，可明显提高铜合金螺旋桨的耐冲刷腐蚀性能，Cr₂O₃·5SiO₂·3TiO₂纳米结构涂层的性能更优。

采用铝合金牺牲阳极对复合涂层试样3和高锰铝青铜基体施加阴极保护，分别称为试样4和试样5。阴极保护可以采用牺牲阳极也可以采用外加电流方法。当采用牺牲阳极时，可以采用锌合金或铝合金阳极材料，布置在船体上或直接安装在螺旋桨上(牺牲阳极制成将军帽)。当采用外加电流阴极保护时，需采用滑环和碳刷组成的轴接地装置将螺旋桨和船体电性连接，使螺旋桨获得阴极保护电流。

将没有阴极保护的试样3和施加了阴极保护的试样4和试样5一起放到实海进行挂片试验，经过一个生物旺季后，试样3和试样4上基本没有海生物附着，而试样5上有海生物附着，表明本发明的方法具有明显防污效果。

表1流动海水中冲刷腐蚀试验结果

Claims (6)

1.一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法，其特征在于将阴极保护、陶瓷绝缘涂层和金属防污涂层有机结合，按照如下步骤操作：在铜合金螺旋桨表面先去除氧化皮获得均匀粗糙的表面，然后在表面上采用热喷涂方法喷涂金属粘接涂层，粘结涂层采用自粘结铝青铜粉末，然后在粘结涂层表面采用热喷涂方法制备金属氧化物陶瓷绝缘涂层，其材料是单组份氧化物纯Al₂O₃、Cr₂O₃以及添加低熔点TiO₂或SiO₂的多元复合粉末；再在制备好的陶瓷绝缘涂层上采用热喷涂方法制备金属防污涂层，金属防污涂层是纯铜或具有防污功效的铜合金；对螺旋桨采用牺牲阳极或外加电流方法施加阴极保护。

2.根据权利要求1所述的一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法，其特征在于粘结涂层粉末粒径为40-104μm，成分的重量百分比为：Al：10.4％；Fe：0.52％；Cu：余量；涂层厚度为30-100μm。

3.根据权利要求1所述的一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法，其特征在于金属氧化物陶瓷绝缘涂层粉末粒度为20-40μm，采用Al₂O₃-13％TiO₂涂层时，粉末成分的重量百分比为：TiO₂：13.2％；SiO₂：0.5％；Al₂O₃：余量；采用Cr₂O₃·5SiO₂·3TiO₂涂层时，粉末成分的重量百分比为：TiO₂：3.1％；SiO₂：5.2％；Cr₂O₃：余量；陶瓷涂层喷涂厚度为100-200μm。

4.根据权利要求3所述的一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法，其特征在于采用纳米级氧化物粉末获得金属氧化物陶瓷绝缘涂层性能。

5.根据权利要求1所述的一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法，其特征在于金属防污涂层厚度为50-200μm。

6.根据权利要求1所述的一种防止船舶螺旋桨腐蚀和海生物污损的方法，其特征在于当采用牺牲阳极对螺旋桨施加阴极保护时，采用锌合金或铝合金阳极材料，布置在船体上或直接安装在螺旋桨上；当采用外加电流阴极保护时，采用滑环和碳刷组成的轴接地装置将螺旋桨和船体电性连接，使螺旋桨获得阴极保护电流。