1 前 言

 

    海洋是人類資源的寶藏、國(guó)家安全的重地和科學(xué)考察的前沿。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和科技水平的提高，以及對(duì)能源的強(qiáng)勁需求，海洋資源引起了國(guó)家的高度重視。根據(jù)《國(guó)務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》（國(guó)發(fā)（2010）32 號(hào)）、《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》和《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，國(guó)家工業(yè)和信息化部會(huì)同國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家科學(xué)技術(shù)部、國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)、國(guó)家能源局、國(guó)家海洋局共同制定了《海洋工程裝備制造業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》（2011 ～ 2020 年）以及《海洋工程裝備產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》（2011 ～2020 年）。高技術(shù)船舶及海洋工程裝備被列入《重大技術(shù)裝備自主創(chuàng)新指導(dǎo)目錄》。近年來(lái)，國(guó)家工業(yè)和信息化部每年都發(fā)布高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目指南和海洋工程裝備科研項(xiàng)目指南，以加速我國(guó)海洋工程技術(shù)的發(fā)展。總之，國(guó)家把發(fā)展海洋科技、經(jīng)略海洋、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)放在了國(guó)家戰(zhàn)略的高度。

    2 海洋工程結(jié)構(gòu)與船舶的腐蝕現(xiàn)狀

 

    2. 1 海洋腐蝕的危害和損失

 

    海洋約覆蓋了 71% 的地球表面，航海和海洋產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。國(guó)際貿(mào)易中90% 以上的運(yùn)力靠海洋運(yùn)輸。海洋平臺(tái)是油氣資源開發(fā)的重要支柱，海上風(fēng)電是近年來(lái)大力發(fā)展的新能源。

    腐蝕是導(dǎo)致各種基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)設(shè)備破壞和報(bào)廢的主要原因。我國(guó)每年由于腐蝕造成的損失約為 GDP 的5% ［1］ ，遠(yuǎn)高于美國(guó)的 3. 4% 和日本的不足 3% 。國(guó)際公認(rèn)，腐蝕損失超過(guò)所有自然災(zāi)害損失的總和。以2012 年為例，按照 GDP 的 5% 估算，我國(guó)當(dāng)年的腐蝕損失高達(dá)2. 6 萬(wàn)億元，是所有自然災(zāi)害損失（0. 42 萬(wàn)億）的 6 倍多。即使在 2008 年發(fā)生汶川大地震（損失為0. 85 萬(wàn)億）的特殊自然災(zāi)害的情況下，當(dāng)年的腐蝕損失（1. 57 萬(wàn)億）也高于所有自然災(zāi)害損失之和（1. 18 萬(wàn)億）。國(guó)內(nèi)外公認(rèn)，如果采取有效的腐蝕防護(hù)措施，25% ～ 40% 的腐蝕損失可以避免。

    雖然我國(guó)尚缺乏海洋腐蝕損失量具體的數(shù)據(jù)，但海洋腐蝕環(huán)境的苛刻性，海水中的鹽濃度高 （ 一般在3. 5% 左右）、富氧，并存在著大量海洋微生物和宏生物，加之海浪沖擊和陽(yáng)光照射，海洋腐蝕環(huán)境較為嚴(yán)酷，有理由相信海洋的腐蝕損失十分嚴(yán)重。在 ISO －12944 中把大氣腐蝕分為 6 類，海洋環(huán)境的腐蝕等級(jí)最高。受海水飛沫中含有的氯化鈉顆粒的影響，近海 200m 以內(nèi)的陸地環(huán)境上的腐蝕也屬于海洋環(huán)境腐蝕的范疇。在海洋環(huán)境中服役的基礎(chǔ)設(shè)施和重要工業(yè)設(shè)施的腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重，特別是船舶與海洋平臺(tái)的腐蝕問(wèn)題更加突出，腐蝕已經(jīng)成為影響船舶、近海工程、遠(yuǎn)洋設(shè)施服役安全、壽命、可靠性的最重要因素，引起世界各國(guó)政府和工業(yè)界的高度重視。因此，大力發(fā)展海洋工程防腐材料和技術(shù)，對(duì)于保障海洋工程和船舶的服役安全與可靠性，降低重大災(zāi)害性事故的發(fā)生，延長(zhǎng)海洋構(gòu)筑物的使用壽命具有重大意義。

    2. 2 海洋污損的危害和損失

 

    海洋中約有 2 000 ～ 3 000 種污損海生物，其中植物性約有600 種，動(dòng)物性約有1 300 種，常見(jiàn)的海洋污損生物約有 50 ～100 種［2］ ，包括固著生物（如藤壺、牡蠣、苔蘚蟲、水螅類、花筒螅、石灰蟲、海鞘等）、粘附微生物（如細(xì)菌、硅藻、真菌和原生動(dòng)物等）、附著植物（如藻類，滸苔、水云、絲藻）等。這些海洋生物附著在船底生長(zhǎng)和繁殖會(huì)使船底污損和發(fā)生腐蝕，造成船底粗糙，摩擦力增大，從而降低船舶航行的速度，增加燃耗。

    據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)分析，海洋生物污損每年給全球造成的經(jīng)濟(jì)損失為［2］ : 船舶燃料增耗 40% 以上，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá) 75 億美元； 沿海發(fā)電廠的生物污損損失高達(dá) 160 億美元； 海洋養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá) 10 億美元。僅美國(guó)海軍每年為應(yīng)對(duì)海洋生物污損就要耗費(fèi)約 10 億美元。此外，海洋生物污損還會(huì)對(duì)環(huán)境和健康造成嚴(yán)重的影響。據(jù)分析其每年向海洋排放 2 000 t 有毒固體污垢沉積物； 每年污損船只的燃料將額外增耗約 7. 06 Mt; 每年產(chǎn)生 CO 2 氣體 210 Mt、SO 2 氣體 5. 6 Mt; 而中毒的牡蠣與發(fā)生性畸變的海洋生物對(duì)海洋生物鏈也會(huì)造成影響。

    2. 3 海洋腐蝕的規(guī)律和特點(diǎn)

 

    海洋環(huán)境按照腐蝕性劃分為大氣區(qū)、浪花飛濺區(qū)、潮差區(qū)、全浸區(qū)、海泥區(qū)。不同區(qū)域的腐蝕速率存在著明顯差別（如圖 1 所示） ［3］ 。浪花飛濺區(qū)的腐蝕速率最高，潮差區(qū)次之。

圖 1 海洋不同腐蝕環(huán)境區(qū)帶腐蝕速度圖 ［3］

Fig. 1 Corrosion velocity diagram of different marine corrosion envi-ronment zone ［3］

 

    在全浸區(qū)內(nèi)，海水的溫度、鹽度、溶解氧濃度和pH 值隨深度而變化（如圖 2 所示） ［4］ 。由于腐蝕環(huán)境的變化，材料的腐蝕速率隨海深的變化而明顯不同。

圖 2 不同海水深度的環(huán)境參數(shù)變化 ［4］

Fig. 2 Environmental parameter changes with different sea water depth ［4］

 

    浪花飛濺區(qū)通常是指海水的飛沫能夠噴濺到材料表面，但在漲潮時(shí)又不能被海水所浸沒(méi)的部位。國(guó)內(nèi)外大量研究表明，海洋腐蝕最嚴(yán)重的部位約位于平均海平面以上的 0. 6 ～ 1. 4 m 左右。同一種材料在浪花飛濺區(qū)的腐蝕速率比全浸區(qū)高 3 ～10 倍［3］ 。雖然海洋工程在浪花飛濺區(qū)所占面積很小，以直徑 1 m 的海洋鋼樁為例，其飛濺區(qū)腐蝕區(qū)域約為 2 m，腐蝕表面積約 12 m 2 （與不同海區(qū)等有關(guān)），但由于該區(qū)域腐蝕最為嚴(yán)重，如果不加以有效防護(hù)，將導(dǎo)致該部位的嚴(yán)重腐蝕，造成整個(gè)海工設(shè)施出現(xiàn)嚴(yán)重事故。

    在海洋大氣區(qū)，由于存在 Cl－，Mg 2 + 和 SO 2 －4等離子，以及日照和海風(fēng)的作用，即使采取了腐蝕防護(hù)措施，船舶與海洋工程也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。不僅金屬材料（ 圖 3 ） ［5］ ， 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 也 存 在 嚴(yán) 重 的 腐 蝕（圖 4） ［6 －8］ 。在浪花飛濺區(qū)腐蝕更為嚴(yán)重（圖 5） ［6 －8］ 。在潮差區(qū)和全浸區(qū)的較淺區(qū)域，海洋生物的污損不僅造成船舶的航速顯著降低，也會(huì)由于重量顯著增加而威脅整個(gè)海洋平臺(tái)的安全（圖 6） ［9］ 。

    2. 4 我國(guó)海洋工程和防腐的現(xiàn)狀

 

    我國(guó)有 1. 8 萬(wàn)公里海岸線，約 300 萬(wàn)平方公里的海洋面積。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，海洋油氣平臺(tái)、海底管線、海上風(fēng)電、船舶運(yùn)輸、跨海大橋、海洋交通設(shè)施等不斷增加。沿海更擁有大量的海港碼頭、濱海電廠等設(shè)施。

圖 3 海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)中的腐蝕現(xiàn)象 ［5］

 

Fig. 3 Corrosion on ocean platform ［5］

 

圖 4 海岸工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象 ［6 －8］

Fig. 4 Corrosion on coastal engineering of reinforced

concrete structure ［6 －8］

 

    海洋工程設(shè)施通常由金屬材料（特別是鋼鐵）、鋼筋混凝土材料等制造而成。如果沒(méi)有有效的腐蝕防護(hù)措施，海洋工程設(shè)施在幾年內(nèi)就會(huì)因腐蝕而嚴(yán)重破壞。因此，認(rèn)識(shí)海洋腐蝕防護(hù)的重要性，并大力發(fā)展海洋工程設(shè)施專用防腐材料，推進(jìn)海洋工程設(shè)施的全壽命周期維護(hù)，具有極其重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。然而，我國(guó)海洋工程的防腐措施薄弱，亟需加強(qiáng)腐蝕保護(hù)。

    3 海洋腐蝕防護(hù)技術(shù)的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)

 

圖 5 浪花飛濺區(qū)的腐蝕現(xiàn)象 ［6 －8］

Fig. 5 Corrosion on splash zone ［6 －8］

 

圖 6 海洋結(jié)構(gòu)表面的海生物污損現(xiàn)象 ［9］

Fig. 6 Biofouling on marine structure surface ［9］

 

    海洋工程構(gòu)筑物大致分為： 海岸工程（鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土）、近海工程（ 海洋平臺(tái)、鉆井、采油、儲(chǔ)運(yùn)）、深海工程（海洋平臺(tái)、鉆井、采油、儲(chǔ)運(yùn)）、海水淡化、艦船（船體、壓載艙、水線以上），簡(jiǎn)稱為船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)。船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)的主要失效形式包括： 均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕/磨損、海生物（宏生物）污損、微生物腐蝕、H 2 S 與 CO 2腐蝕等等。控制船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)失效的主要措施包括： 涂料（涂層）、耐腐蝕材料、表面處理與改性、電化學(xué)保護(hù)（犧牲陽(yáng)極、外加電流陰極保護(hù)）、緩蝕劑、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)、安全評(píng)價(jià)與可靠性分析及壽命評(píng)估。

    從腐蝕控制的主要類型看（表 1） ［1］ ，涂料（涂層）是最主要的控制方法、耐腐蝕材料次之，表面處理與改性是常用的腐蝕控制方法，電化學(xué)保護(hù)（犧牲陽(yáng)極與外加電流）是海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的常用手段，緩蝕劑在介質(zhì)相對(duì)固定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上經(jīng)常使用，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)是判定腐蝕防護(hù)效果、掌握腐蝕動(dòng)態(tài)以及提供進(jìn)一步腐蝕控制措施決策和安全評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，腐蝕安全評(píng)價(jià)與壽命評(píng)估是保障海洋工程結(jié)構(gòu)安全可靠和最初設(shè)計(jì)時(shí)的重要環(huán)節(jié)。建立全壽命周期防護(hù)理念，結(jié)合海洋工程設(shè)施的特點(diǎn)及預(yù)期耐用年數(shù)，在建設(shè)初期就重視防腐蝕方法，通過(guò)維修保養(yǎng)實(shí)現(xiàn)耐用期內(nèi)整體成本最小化并保障安全性，是重大海洋工程結(jié)構(gòu)值得重視的問(wèn)題。

 

    3. 1 防腐涂料（涂層）

 

    涂料是船舶和海洋結(jié)構(gòu)腐蝕控制的首要手段。海洋涂料分為海洋防腐涂料和海洋防污涂料兩大類。按防腐對(duì)象材質(zhì)和腐蝕機(jī)理的不同，海洋防腐涂料又可分為海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料和非鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料。海洋鋼結(jié)構(gòu)防腐涂料主要包括船舶涂料、集裝箱涂料、海上橋梁涂料和碼頭鋼鐵設(shè)施、輸油管線、海上平臺(tái)等大型設(shè)施的防腐涂料； 非鋼結(jié)構(gòu)海洋防腐涂料則主要包括海洋混凝土構(gòu)造物防腐涂料和其他防腐涂料。

    海洋防腐蝕涂料包括車間底漆、防銹涂料、船底防污涂料、壓載艙涂料、油艙涂料、海上采油平臺(tái)涂料、濱海橋梁保護(hù)涂料以及相關(guān)工業(yè)設(shè)備保護(hù)涂料。海洋防腐涂料的用量大，每萬(wàn)噸船舶需要使用 4 ～ 5 萬(wàn)升涂料。涂料及其施工的成本在造船中占 10%～ 15% ，如果不能有效防護(hù)，整個(gè)船舶的壽命至少縮短一半，代價(jià)巨大。

    海洋防腐領(lǐng)域應(yīng)用的重防腐涂料主要有： 環(huán)氧類防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料、橡膠類防腐涂料、氟樹脂防腐涂料、有機(jī)硅樹脂涂料、聚脲彈性體防腐涂料以及富鋅涂料等，其中環(huán)氧類防腐涂料所占的市場(chǎng)份額最大，具體見(jiàn)表 2 ［10］ 。

 

    實(shí)際上，從涂料使用的分類看，涂料可以分為： 底漆、中間漆和面漆。其中，底漆主要包括富鋅底漆（有機(jī)： 環(huán)氧富鋅； 無(wú)機(jī)： 硅酸乙酯）、熱噴涂鋁鋅； 中間漆主要有環(huán)氧云鐵、環(huán)氧玻璃鱗片； 面漆包括聚氨酯、丙烯酸樹脂、乙烯樹脂等。

    我國(guó)重防腐涂料增長(zhǎng)率較快，2012 年我國(guó)涂料總產(chǎn)量 1 270 萬(wàn) t，居世界第一位，但企業(yè)數(shù)量多，單產(chǎn)低。我國(guó)涂料生產(chǎn)企業(yè)有上萬(wàn)家，但產(chǎn)量在 5 000 t 以上的涂料企業(yè)不足10%。美國(guó)涂料年生產(chǎn)總量約700 萬(wàn) t，廠家只有 400 多個(gè)。日本是世界第 3 大涂料生產(chǎn)國(guó)，總產(chǎn)量200 萬(wàn) t，生產(chǎn)企業(yè)只有 167 家。我國(guó)涂料公司的產(chǎn)值低： 從企業(yè)銷售額來(lái)看，我國(guó)最大的涂料公司的年銷售額不足 AkzoNobel（阿克蘇諾貝爾）公司的 1/50。此外，我國(guó)許多涂料公司的產(chǎn)品質(zhì)量還有待進(jìn)一步提高。我國(guó)雖有先進(jìn)的納米復(fù)合涂料技術(shù)，但其產(chǎn)量還需要進(jìn)一步擴(kuò)大。

    到現(xiàn)在為止，全世界主要重防腐涂料已全部進(jìn)入中國(guó)。在技術(shù)要求較高的集裝箱和船舶涂料領(lǐng)域，外資和合資企 業(yè) 的 產(chǎn) 品 占 據(jù) 了 我 國(guó) 80% 以 上 的 市 場(chǎng) 份 額（表 3） ［10］ ; 20 世紀(jì) 90 年代末，國(guó)際著名的船舶涂料公司基本上都已進(jìn)入中國(guó)，并在中高端市場(chǎng)占據(jù)相當(dāng)大的份額，例如海上石油鉆井平臺(tái)和海上設(shè)施所用的重防腐涂料被 Jotun（佐敦）、Hempel（赫普）、AkzoNobel、PPG和日本關(guān)西等公司所壟斷，其中 Jotun 公司就占有海洋工程領(lǐng)域 60% 的市場(chǎng)份額； 到目前為止，我國(guó) 95% 的船舶涂料市場(chǎng)均為國(guó)外公司所壟斷。值得欣慰的是，由于中國(guó)有先進(jìn)的納米技術(shù)［11 －15］ ，最近國(guó)外兩大海洋涂料公司（Jotun、Hempel）開始批量采購(gòu)我國(guó)的納米氧化物濃縮漿［12］ ，并按照指定的工藝制備先進(jìn)的船舶用納米復(fù)合涂料，已開始應(yīng)用到船舶中。

 

    在我國(guó)重防腐涂料市場(chǎng)里，曾經(jīng)我國(guó)最大的國(guó)營(yíng)重防腐涂料廠———上海涂料公司麾下的開林造漆廠，采取合資的方法經(jīng)營(yíng)，2009 年，該廠在這一領(lǐng)域銷售額增加 10% ，其中包括鋼結(jié)構(gòu)涂料 60% ，船舶涂料 40% 。

    值得指出的是： 船舶涂料不僅技術(shù)要求高［16 －29］ （例如： 壓載艙涂料在苛刻環(huán)境下工作，且屬于關(guān)鍵部位，要符合國(guó)際海事組織（IMO）的 PSPC 標(biāo)準(zhǔn)、有船級(jí)社的證書，目前都采用國(guó)外產(chǎn)品），更要求滿足 5 年維修壽命，生產(chǎn)企業(yè)的資質(zhì)和認(rèn)證齊全； 同時(shí)，船舶涂料的種類多，配套性要好； 還需要建立全球售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)（24h 到位），方便維護(hù)。我國(guó)一般的涂料企業(yè)都難以達(dá)到這些要求，導(dǎo)致我國(guó)涂料企業(yè)難以進(jìn)入船舶涂料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，這是我國(guó)海洋涂料幾乎全面被國(guó)外占領(lǐng)的主要原因。

    未來(lái)海洋重防腐涂料的發(fā)展方向是： 環(huán)保、節(jié)能、省資源、高性能和功能化。例如： ①低表面處理防銹涂料不但可以減輕表面處理的壓力，避免預(yù)處理對(duì)環(huán)境造成的污染，并可節(jié)約大量維修費(fèi)用； ②無(wú)鉛無(wú)鉻化是無(wú)公害高性能防銹顏料和填料的發(fā)展方向； ③水性無(wú)機(jī)富鋅涂料作為零 VOC 的環(huán)保型水性防腐涂料被廣泛應(yīng)用；④無(wú)溶劑涂料是研究的熱點(diǎn)，主要有無(wú)溶劑環(huán)氧涂料、無(wú)溶劑聚脲和聚氨酯涂料； ⑤納米粒子的引入可以改善涂料流變性，提高涂層附著力、涂膜硬度、光潔度和抗老化性能，是重要的發(fā)展方向之一； ⑥超耐候性面漆———氟碳樹脂及含氟聚氨酣等改性材料是面漆基料的極佳選擇，除用于船殼漆外，還可用于接觸強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的內(nèi)艙涂料等。換句話說(shuō)，高固體化、無(wú)溶劑化（包括粉末涂料化）或弱溶劑化、水性化、無(wú)重金屬化、高性能化、多功能化、低表面處理化、省資源化以及智能化等是涂料發(fā)展的國(guó)際趨勢(shì)。

    3. 2 防污涂料

 

    海水全浸環(huán)境中，船舶和鋼樁、平臺(tái)、管線等移動(dòng)和固定工程設(shè)施都不可避免遭受海洋污損生物附著影響，造成生物污損。船體附著的藤壺等污損生物，能使船舶航行阻力增加 15% ，燃油費(fèi)上升 40%～50% 。

    防污涂料是海洋涂料中的一個(gè)特殊品種，其主要目的是阻止海洋生物對(duì)海洋構(gòu)筑物的附著、污損，保持船底或海洋結(jié)構(gòu)的光滑、清潔［9，30 －35］ 。防污涂料無(wú)論是基于低表面能、還是自拋光概念，都要在涂料中添加“毒素”———防污劑。傳統(tǒng)的防污毒料種類很多，其中無(wú)機(jī)類包括氧化亞銅（也有其他的銅化合物，如硫氰酸亞銅等）、氧化汞（雖有效但污染環(huán)境，早已禁用）、氯化鋅（輔助防污劑）等，有機(jī)類包括有機(jī)錫化合物（三丁基錫 TBT 或三苯基錫化合物 TPT，已被禁用）、有機(jī)氧化合物（DDT，它對(duì)藤壺有特效，但 DDT 太穩(wěn)定，不易降解，污染環(huán)境，已在全世界被禁用）。

    我國(guó)對(duì)海生物污損的防護(hù)研發(fā)起步晚，1966 年成立了全國(guó)性攻關(guān)會(huì)戰(zhàn)組（跨行業(yè)、跨地區(qū)，科研、生產(chǎn)、使用 3 結(jié)合），歷經(jīng) 15 年，縮小了有機(jī)錫（TBT）類防污涂料與國(guó)外技術(shù)水平的差距，但基礎(chǔ)材料與關(guān)鍵技術(shù)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外。我國(guó)擁有 30 余萬(wàn)艘近海船舶，過(guò)去一直普遍使用含 TBT、DDT 防污涂料，嚴(yán)重污染了海洋環(huán)境。隨著世界海洋工業(yè)的迅速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)法對(duì)船舶工業(yè)的影響，高污染的涂料將會(huì)逐步禁止使用，我國(guó)履行國(guó)際公約，2008 年全面禁止生產(chǎn)和使用含三丁基錫 TBT 防污涂料，2009 年全部停止溶劑法氯化橡膠生產(chǎn)線，2010 年全面禁止使用含 DDT 船底防污涂料，并逐步限制含鉻防銹涂料，同時(shí)把含氧化亞銅防污涂料列入“高污染、高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”名單，規(guī)定氧化亞銅作防污濟(jì)是過(guò)渡性措施。到 2025 年，北美的小型船舶將禁止使用防污涂料。所以，發(fā)展防污涂料的環(huán)境友好的替代防污技術(shù)顯得十分緊迫。

    我國(guó)對(duì)于生物污損的發(fā)生機(jī)制及基于仿生原理進(jìn)行防污控制的材料方面開展了一系列研究。先后探討了硫酸鹽還原菌（SＲB）為主要構(gòu)成的生物膜的形成機(jī)制，并篩選出了可以對(duì)該膜進(jìn)行溶解破壞的蛋白酶，溶解消除率可達(dá) 85% 以上； 研究了表面能、表面結(jié)構(gòu)特征、彈性模量等對(duì)生物附著的影響規(guī)律，利用化學(xué)分子自組裝的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿生表面微結(jié)構(gòu)的制備，建立了對(duì)防污表面微結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行表征的方法，可以同時(shí)滿足對(duì)石莼孢子和硅藻在不同結(jié)構(gòu)特征表面的附著情況進(jìn)行預(yù)測(cè)的要求。

    從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，探清影響生物附著發(fā)生時(shí)與材料表面作用的內(nèi)在本質(zhì)因素并發(fā)展環(huán)境友好防污材料是重點(diǎn)。從本質(zhì)上看，生物的附著是其分泌的黏附蛋白和材料表面之間的化學(xué)結(jié)合的過(guò)程，所以探清這種吸附界面間的化學(xué)作用機(jī)理是未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。污損生物存在種類多樣和附著機(jī)制復(fù)雜的特點(diǎn)，但是與材料表面接觸并通過(guò)黏附蛋白與表面結(jié)合作用達(dá)到足夠的附著力是其中的必要條件，因此對(duì)環(huán)境友好材料的發(fā)展應(yīng)從抑制生物與材料表面的接觸，降低黏附蛋白活性結(jié)構(gòu)的吸附作用，使之無(wú)法形成足夠的附著力等方面來(lái)進(jìn)行考慮。

    我國(guó)學(xué)者利用天然辣素的固有環(huán)境友好特性、異噻唑啉酮防污劑的防污活性以及含辣素功能結(jié)構(gòu)樹脂（高分子）和丙烯酸鋅/銅樹脂體系，研發(fā)出了環(huán)境友好型自拋光防污涂料［9］ ，在黃渤海、東海、南海 3 個(gè)海區(qū)使用，達(dá)到 12 ～ 24 個(gè)月防污期效，該涂料從技術(shù)上打破了國(guó)外壟斷。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者通過(guò)把納米材料添加到涂料中也表現(xiàn)出良好的耐污性。

    目前，防污涂料的壽命已經(jīng)從 3 年提高到 5 年，甚至最近進(jìn)一步提高到 7. 5 年。從防污涂料的應(yīng)用狀況看，無(wú)論樹脂體系、防污劑體系、復(fù)配技術(shù)及市場(chǎng)，國(guó)外公司均處于主導(dǎo)地位。我國(guó)南海平臺(tái)容易生長(zhǎng)海生物，目前沒(méi)有特效的長(zhǎng)效防污防腐配套體系，有待國(guó)內(nèi)自主開發(fā)。

    3. 3 耐腐蝕材料

 

    海洋中使用的耐腐蝕材料包括： 耐海水腐蝕鋼、耐腐蝕鋼筋、雙相不銹鋼、鈦合金、銅合金、復(fù)合材料、高分子材料、高性能混凝土［36 －41］ 等。金屬和鋼筋混凝土的使用量最大。

    耐腐蝕金屬材料是通過(guò)調(diào)整金屬材料中的化學(xué)元素成分、微觀結(jié)構(gòu)、腐蝕產(chǎn)物膜的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)降低電化學(xué)腐蝕的反應(yīng)速度，從而可以顯著改善金屬材料的耐腐蝕性。

    美國(guó)從 1936 年開始研制耐海水腐蝕鋼，到 1951 年研制成功了“Mariner”鋼。法國(guó)研制出 Cr － Al 系的耐海水腐蝕鋼 APS 系列。日本的幾大鋼廠也已研制出不同的系列，如新日鐵 Mariloy 系列鋼、JFE 海洋系列鋼、三菱制鋼 NEP － TEN50 與 60、神 戶 制 鋼 所 TAICOＲ M50A. B. C。德國(guó)研發(fā)出 HSB55C 鋼（Ni － Cu － Mo 系）。我國(guó)從 1965 年起開始研制耐海水腐蝕鋼，主要有 Cu 系、P － V 系、P － Nb － Ｒe 系和 Cr － Al 系等類型，如 08PV、08PVＲe、10CrPV 等，但與國(guó)外比較，我國(guó)的耐海水腐蝕鋼還有待進(jìn)一步研發(fā)。近年來(lái)日本已經(jīng)在船舶上使用免涂裝的耐腐蝕鋼，已有 20 多條船采用了耐腐蝕鋼，日本在極力推薦使之成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)用鋼。此外，運(yùn)動(dòng)部件還需要考慮耐腐蝕性與耐磨損性能的相互協(xié)調(diào)，同時(shí)具有耐腐蝕磨損的能力。

    3. 4 浪花飛濺區(qū)包覆技術(shù)

 

   為了有效控制浪花飛濺區(qū)的嚴(yán)重腐蝕，基于把腐蝕介質(zhì)與材料隔離的原理，日本提出采用局部包覆耐腐蝕蒙乃爾合金、中間填充緩蝕油膏的方法，隨后又進(jìn)一步改進(jìn)包覆材料，現(xiàn)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模化應(yīng)用。我國(guó)侯保榮院士通過(guò)引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新，把浪花飛濺區(qū)包覆技術(shù)成功用于我國(guó)青島區(qū)域的海洋大橋、近海平臺(tái)以及海上風(fēng)電基礎(chǔ)部位浪花飛濺區(qū)的示范工程中［3，6 －8］ ，采用氧化聚合型包覆防腐技術(shù)用于螺栓與法蘭等異型結(jié)構(gòu)、橋梁的拉索與防水套、風(fēng)電大氣區(qū)的焊接部位等的示范工程中，實(shí)現(xiàn)了不依靠日本獨(dú)立使用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行水下施工。浪花飛濺區(qū)保護(hù)罩 － 復(fù)層礦脂包覆防腐材料技術(shù)采用優(yōu)良的緩蝕劑成分和能隔絕氧氣的密封技術(shù)，系統(tǒng)由 4 層緊密相連的保護(hù)層組成，即礦脂防蝕膏、礦脂防蝕帶、緩沖層和防蝕保護(hù)罩，分成若干個(gè)系列，對(duì)規(guī)則和非規(guī)則設(shè)施均可以實(shí)施保護(hù)，目前已制定出企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)的有效腐蝕防護(hù)效果達(dá) 30 年以上。防蝕保護(hù)罩主要是采用玻璃鋼或者增強(qiáng)玻璃鋼防護(hù)材料。如果采用更耐蝕的金屬材料（例如鈦合金），將使該技術(shù)具有更好的防腐性能和耐沖擊性能，也將具有更便捷的施工流程。

    在眾多防腐材料中，鈦合金無(wú)疑是最佳的選擇之一［42］ 。鈦合金強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐海水腐蝕性好。我國(guó)在鈦合金的研究、生產(chǎn)和加工制造方面也都有豐富的經(jīng)驗(yàn)，特別是近年來(lái)，鈦合金的價(jià)格趨于下降。日本已將鈦合金應(yīng)用于羽田機(jī)場(chǎng)跑道鋼樁的浪花飛濺區(qū)保護(hù)［3，6 －8］ 。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)鈦合金保護(hù)罩在材質(zhì)、模具和耐腐蝕性等方面的深入研究，完全有可能應(yīng)用于復(fù)層礦脂包覆防腐技術(shù)。此外，也初步研發(fā)了一種防污膠帶材料，這種防污膠帶可以直接貼到船舶等設(shè)施表面，替代防污涂料。

    3. 5 表面處理與改性表面

 

    改性或稱為表面處理，是采用化學(xué)物理的方法改變材料或工件表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高部件的耐腐蝕性。化學(xué)熱處理（滲氮、滲碳、滲金屬等）、激光重熔復(fù)合、離子注入、噴丸、納米化、軋制復(fù)合金屬等是比較常用的表面處理方法。前 3 種是改變表層的材料成分，中間兩種是改變表面材料的組織結(jié)構(gòu)，后者則是在材料表面復(fù)合一層更加耐腐蝕的材料。

    雖然對(duì)于大面積的海上構(gòu)筑物可以采用重防腐涂料等防護(hù)技術(shù)，但對(duì)于許多形狀復(fù)雜的關(guān)鍵部件，如管件、閥門、帶腔體、鋼結(jié)構(gòu)螺栓、接頭等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件，在其內(nèi)部刷涂層比較困難，傳統(tǒng)的防腐涂料無(wú)法進(jìn)行有效保護(hù)并很難達(dá)到使用要求。因此一方面通過(guò)提高材料等級(jí)來(lái)防腐，例如： 使用黃銅、哈氏合金、蒙乃爾合金、鈦等金屬材料來(lái)制作復(fù)雜的零部件。另一方面，亟需發(fā)展先進(jìn)的低成本表面處理等防腐技術(shù)。例如： 隨著超深、高溫、高壓、高硫、高氯和高二氧化碳油氣田尤其是海上油氣田的相繼投產(chǎn)，傳統(tǒng)單一的材料及其防腐技術(shù)已不能滿足油氣田深度開發(fā)的需要，雙金屬?gòu)?fù)合管的應(yīng)用正在迅速擴(kuò)大［43］ ，即采用更耐腐蝕的材料作為管道的內(nèi)層金屬實(shí)現(xiàn)抗腐蝕。

    鈦合金密度小、比強(qiáng)度高、可加工性好及耐海水腐蝕性強(qiáng)，是一種優(yōu)異的船舶材料［42］ 。常常可用作復(fù)合材料的頂層（當(dāng)然也可以單獨(dú)使用）以耐腐蝕。然而鈦合金較低的耐磨性能、耐高溫氧化性能及其對(duì)異種金屬的電偶腐蝕等制約了其在船舶中的實(shí)際應(yīng)用。通過(guò)微弧氧化在鈦合金表面原位生長(zhǎng)氧化物陶瓷層，可顯著改善鈦合金的以上性能。

    對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件，常采用化學(xué)鍍鎳進(jìn)行表面處理。近年來(lái)銀/鈀貴金屬納米膜化學(xué)鍍是一種新的方法，它與基體形成化學(xué)電偶，銀/鈀將誘使基體金屬陽(yáng)極鈍化或在鈍化膜被破壞時(shí)在鈀提供的陽(yáng)極電流作用下將有更好的自修復(fù)能力，從而起到較好的防護(hù)作用。

    海洋工程中使用的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件，如柴油機(jī)汽缸套、燃機(jī)輪機(jī)葉片、傳動(dòng)系統(tǒng)減速箱、齒輪、蝸輪、蝸桿、各類傳動(dòng)軸、鉆鋌、鉆頭、井下打孔工具、穩(wěn)定器、推進(jìn)器、滾軸等，常服役于高溫、高壓、高濕、高磨損、高沖蝕等惡劣環(huán)境條件下，其腐蝕、磨損速率比陸地嚴(yán)重?cái)?shù)倍以上［44 －47］ 。這些關(guān)鍵部件發(fā)生故障，除了要負(fù)擔(dān)新件的高額成本外，還要承擔(dān)由此造成的重大停工、停產(chǎn)損失甚至包括人員傷亡損失。關(guān)鍵部件的安全運(yùn)行與高可靠性往往標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家海洋工程裝備技術(shù)的先進(jìn)程度。這些部件通常都需要進(jìn)行表面處理或改性。

    以先進(jìn)熱噴涂技術(shù)、先進(jìn)薄膜技術(shù)、先進(jìn)激光表面處理技術(shù)、冷噴涂為代表的現(xiàn)代表面處理技術(shù)，是提高海洋工程裝備關(guān)鍵部件性能的重要技術(shù)手段。

    超音速火焰噴涂（HVOF）是 20 世紀(jì) 80 年代出現(xiàn)的一種熱噴涂方法，它克服了以前的熱噴涂涂層孔隙多、結(jié)合強(qiáng)度不高的弱點(diǎn)。HVOF 制備耐磨涂層替代電鍍硬鉻層是其最典型的應(yīng)用之一，已應(yīng)用在球閥、艦船的各類傳動(dòng)軸、起落架、泵類等部件中。近年來(lái)，低溫超音速火焰噴涂（LT － HVOF）以其焰流溫度低、熱量消耗少、沉積效率高而成為 HVOF 的發(fā)展趨勢(shì)。應(yīng)用 LT －HOVF 可獲得致密度更高、結(jié)合強(qiáng)度更好的金屬陶瓷涂層、金屬涂層。如： 在鋼表面制備致密的鈦涂層，提高鋼的耐海水腐蝕性能； 在艦船螺旋槳表面制備 NiTi 涂層，提高螺旋槳的抗空蝕性能。

    等離子噴涂是以高溫等離子體為熱源，將涂層材料融化制備涂層的熱噴涂方法。由于等離子噴涂具有火焰溫度高的特點(diǎn)，非常適合制備陶瓷涂層，如 Al 2 O 3 、Cr 2 O 3 涂層，從而提高基體材料的耐磨、絕緣、耐蝕等性能。但是，等離子噴涂制備的涂層存在孔隙率高、結(jié)合強(qiáng)度低的不足。近年來(lái)發(fā)展的超音速等離子噴涂技術(shù)克服了這些不足，成為制備高性能陶瓷涂層的極具潛力的新方法。

    氣相沉積薄膜技術(shù)主要包括物理氣相沉積和化學(xué)氣相沉積。利用氣相沉積薄膜技術(shù)可在材料表面制備各種功能薄膜。如起耐磨、耐沖刷作用的 TiN、TiC 薄膜，兼具耐磨與潤(rùn)滑功能的金剛石膜，耐海水腐蝕的鋁膜等。

    激光表面處理是用激光的高輻射亮度、高方向性、高單色性特點(diǎn)作用于金屬材料特別是鋼鐵材料表面，可顯著提高材料的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性等一系列性能，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命并降低成本，如利用激光熔敷技術(shù)對(duì)扶正器進(jìn)行表面強(qiáng)化來(lái)提高其表面耐磨、耐蝕性能。激光技術(shù)的另一個(gè)重要應(yīng)用則是對(duì)廢舊關(guān)鍵部件進(jìn)行再制造，即以明顯低于制造新品的成本，獲得質(zhì)量和性能不低于新品的再制造產(chǎn)品，如對(duì)船用大型曲軸和扶正器的再制造等。

    冷噴涂是俄羅斯發(fā)明的一種技術(shù)，由于噴涂溫度低，在海洋工程結(jié)構(gòu)的腐蝕防護(hù)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

    總之，現(xiàn)代表面工程技術(shù)是提高海洋工程裝備關(guān)鍵部件表面的耐磨、耐腐蝕、抗沖刷等性能，滿足海洋工程材料在苛刻工況下的使役要求，延長(zhǎng)關(guān)鍵部件使用壽命與可靠性、穩(wěn)定性的有效方法，也是提升我國(guó)海洋工程裝備整體水平的重要途徑。

    3. 6 電化學(xué)保護(hù)

 

    金屬 － 電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時(shí)，電位負(fù)移，金屬陽(yáng)極氧化反應(yīng)過(guò)電位減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護(hù)效應(yīng)。電化學(xué)（陰極）保護(hù)法分兩種： 外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)。

    犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個(gè)被保護(hù)金屬處于一個(gè)較負(fù)的相同的電位下。該方式簡(jiǎn)便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型（電流一般小于1A）金屬結(jié)構(gòu)。對(duì)于犧牲陽(yáng)極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，失敗的主要原因是陽(yáng)極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽(yáng)極的電流輸出。

    外加電流陰極保護(hù)是通過(guò)外加直流電源以及輔助陽(yáng)極，迫使電流從介質(zhì)中流向被保護(hù)金屬，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護(hù)大型金屬結(jié)構(gòu)。

    近些年來(lái)，深海環(huán)境下材料及構(gòu)件陰極保護(hù)的研究受到了格外的重視。陰極保護(hù)可以采用犧牲陽(yáng)極方式，也可以采用外加電流方式。從可靠性和管理維護(hù)等方面來(lái)看，以犧牲陽(yáng)極型的陰極保護(hù)居多。

    腐蝕、生物侵蝕和污染使海洋建筑物付出極大代價(jià)。世界近海工程的發(fā)展推動(dòng)了這方面的研究工作。新的陰極防護(hù)系統(tǒng)和先進(jìn)的保護(hù)涂料得到了發(fā)展，后者包括特殊的抗污染的化合物和防腐摻合劑。腐蝕作用隨環(huán)境不同而呈現(xiàn)出巨大差異。

    世界各國(guó)對(duì)艦船的腐蝕問(wèn)題給予了高度重視，如美國(guó)海軍艦船通用規(guī)范等都提出了采用陰極保護(hù)與涂層聯(lián)合防腐蝕的措施，并對(duì)方案設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、系統(tǒng)安裝、調(diào)試驗(yàn)收、日常維護(hù)進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。

    目前，國(guó)外艦船陰極保護(hù)技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個(gè)方向： 一是陰極保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)的提高，如采用計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)； 二是外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)各部件材料的不斷改進(jìn)和性能的不斷提高，如輔助陽(yáng)極以及混合金屬氧化物陽(yáng)極等［48 －51］ 。

    我國(guó)也早在 20 世紀(jì) 60 年代就開始了外加電流陰極保護(hù)實(shí)船試驗(yàn)，并在 20 世紀(jì) 70 年代初就在第一艘驅(qū)逐艦上成功安裝了外加電流系統(tǒng)。我國(guó) 1982 年制定了“船體外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)”的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目前研制出的外加電流陰極保護(hù)裝置也已在艦船上大量安裝使用。

    外加電流陰極保護(hù)的關(guān)鍵首先在于電流分布場(chǎng)的計(jì)算，國(guó)外發(fā)展了大型標(biāo)準(zhǔn)軟件，目前我國(guó)的相關(guān)軟件都需要進(jìn)口； 其次是施加電流的設(shè)備，這方面我國(guó)雖然能生產(chǎn)一部分小電流設(shè)備，但大電流設(shè)備幾乎完全依賴進(jìn)口，即使我國(guó)能生產(chǎn)同等較低電流的設(shè)備，由于國(guó)外設(shè)備的可靠性高，即使價(jià)格高出 30% ，國(guó)外船商仍然不采用我國(guó)生產(chǎn)的設(shè)備。

    20 世紀(jì) 60 年代開始，我國(guó)開發(fā)了一系列的常規(guī)犧牲陽(yáng)極材料，目前無(wú)論船舶還是海洋工程結(jié)構(gòu)的常規(guī)陰極保護(hù)都大多采用了國(guó)產(chǎn)陽(yáng)極，幾乎完全實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，并且已大量出口。近年來(lái)我國(guó)也開發(fā)了深海犧牲陽(yáng)極（深海環(huán)境）、低電位犧牲陽(yáng)極（高強(qiáng)鋼等氫脆敏感材料）和高活化犧牲陽(yáng)極（干濕交替環(huán)境）材料，但這類關(guān)鍵部位的犧牲陽(yáng)極材料還是主要國(guó)外進(jìn)口。

    3. 7 緩蝕劑

 

    具有表面活性的化學(xué)物質(zhì)在金屬表面上首先進(jìn)行物理吸附，然后轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸附，占據(jù)金屬表面的活性點(diǎn)，從而達(dá)到抑制腐蝕的作用。緩蝕劑的類別有： 無(wú)機(jī)類緩蝕劑、有機(jī)類緩蝕劑、復(fù)配緩蝕劑、其他緩蝕劑等。緩蝕劑在封閉場(chǎng)合經(jīng)常使用，包括油井、輸油氣的船舶等。因此，緩蝕劑也與阻垢劑、殺菌滅藻劑、清洗劑等聯(lián)用，又發(fā)展出緩蝕阻垢劑等。

    3. 8 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)

 

    無(wú)論是鋼結(jié)構(gòu)還是混凝土中的鋼筋，監(jiān)測(cè)與檢測(cè)是掌握腐蝕狀態(tài)的關(guān)鍵手段，其可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的提前預(yù)警，同時(shí)也是壽命評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，從而保證裝備及人員的安全。監(jiān)測(cè)的參數(shù)主要包括： 腐蝕電位、陰極保護(hù)效果、結(jié)構(gòu)的腐蝕速度、海生物污損情況、涂層狀況、結(jié)構(gòu)厚度變化、材料中的氫含量、環(huán)境參數(shù)等單參數(shù)以及多參數(shù)，參數(shù)監(jiān)測(cè)和智能化的實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)［52］ 可實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)全壽期內(nèi)的腐蝕狀態(tài)分析和壽命評(píng)估。我國(guó)的海洋腐蝕監(jiān)測(cè)/檢測(cè)設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)控比較薄弱。目前，海洋腐蝕監(jiān)測(cè)手段也僅僅在 200 m 以上的海域應(yīng)用比較成熟，在 200 m 以下水深的腐蝕判斷標(biāo)準(zhǔn)不明確、腐蝕環(huán)境數(shù)據(jù)匱乏，造成了腐蝕監(jiān)測(cè)的不確定性。海洋平臺(tái)和海洋油氣儲(chǔ)罐內(nèi)腐蝕監(jiān)測(cè)、腐蝕掛片和腐蝕探針全部采用國(guó)外產(chǎn)品。

    3. 9 安全評(píng)價(jià)、可靠性分析、壽命評(píng)估

 

    保障船舶和海洋工程結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性是一項(xiàng)長(zhǎng)期任務(wù)。由于較嚴(yán)重的腐蝕，服役過(guò)程中結(jié)構(gòu)是否安全可靠需要進(jìn)行評(píng)價(jià)； 設(shè)計(jì)壽命到達(dá)后，考慮到結(jié)構(gòu)的可用性和工程的實(shí)際需求，開展壽命評(píng)價(jià)和延壽更是當(dāng)前的重要課題。積累各種服役條件下的材料環(huán)境性能數(shù)據(jù)、發(fā)展監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)、提出壽命模型，以期開展工程結(jié)構(gòu)的安全評(píng)價(jià)、可靠性分析、壽命評(píng)估。

    我國(guó)從“六五”至“九五”期間［53］ ，積累了大量在大氣、土壤、海水和淡水環(huán)境中的材料腐蝕數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)庫(kù) 20 個(gè)，共計(jì) 6 大類材料（黑色金屬、有色金屬、混凝土、高分子材料、保護(hù)層、電纜和光纜），353 種材料，試樣 93 237 片。2006 年補(bǔ)投黑色金屬、有色金屬、高分子材料、涂鍍層材料、建材 5 大類材料，積累了材料腐蝕數(shù)據(jù)近萬(wàn)個(gè)，環(huán)境因素?cái)?shù)據(jù)約 8 萬(wàn)個(gè)，建立了腐蝕庫(kù) 43 個(gè)。2007 年針對(duì)西沙典型大氣環(huán)境，進(jìn)行了黑色金屬、有色金屬、高分子、涂鍍層和建筑材料共計(jì)7 435件樣片的投試工作，并開展了數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)工作。

    壽命評(píng)價(jià)方法包括經(jīng)驗(yàn)法、類比法、快速試驗(yàn)法、數(shù)學(xué)模型法等。雖然針對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)和海底管道，從研究的角度我國(guó)也已提出自己的疲勞評(píng)價(jià)方法，但在實(shí)際應(yīng)用中，我國(guó)一直是直接引起國(guó)外軟件，對(duì)其中的模型、試驗(yàn)依據(jù)完全不了解。實(shí)際上國(guó)外也缺乏成熟的理論方法［54 －61］ 。特別是隨著鋼的強(qiáng)度級(jí)別的提高，高強(qiáng)鋼應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞和氫脆問(wèn)題更為突出； 高強(qiáng)鋼在深海中的氫脆問(wèn)題可能會(huì)嚴(yán)重，且陰極保護(hù)升高氫脆敏感性。我國(guó)導(dǎo)管架平臺(tái)壽命期已到，如果需要平臺(tái)繼續(xù)服役，陽(yáng)極消耗殆盡，采用何種方法延壽是緊迫課題，國(guó)外已有相關(guān)技術(shù)。

    3. 10 不同材料的防護(hù)差異

 

    海洋工程中使用的材料體系眾多，包括鋼鐵材料、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、有色金屬材料（鋁合金、鈦合金、銅合金、鎂合金等）、復(fù)合材料等。從使用量上看，鋼鐵、鋼筋混凝土用量最大。就腐蝕防護(hù)技術(shù)而言，前述的多種防護(hù)技術(shù)在不同材料上都可應(yīng)用，然而，不同材料防護(hù)技術(shù)相互之間存在差異。復(fù)合材料的輕量化特點(diǎn)，在海洋工程中的使用有望進(jìn)一步加大，其防護(hù)技術(shù)還有待深入探討。

    目前，我國(guó)沒(méi)有海洋鋼筋混凝土平臺(tái)，海工用鋼筋混凝土主要用于海岸工程、海外大橋。海工鋼筋混凝土的長(zhǎng)效防護(hù)是國(guó)際上非常重要的課題。如何保障我國(guó)眾多的跨海大橋長(zhǎng)期壽命至關(guān)重要。高性能、長(zhǎng)壽命的海工鋼筋混凝土對(duì)我國(guó)南海及島礁工程的建設(shè)具有重要價(jià)值。鋼筋混凝土破壞的主要原因是海洋中的氯離子滲透、接觸到鋼筋，導(dǎo)致鋼筋發(fā)生腐蝕。為了有效控制氯離子的滲透，除了提高混凝土本身抵抗氯離子滲透的性能外，在混凝土表面施加防護(hù)涂料是常用辦法，國(guó)外已經(jīng)廣泛使用，我國(guó)近年來(lái)已開始重視。

    4 存在的問(wèn)題與差距 ［41，62］

 

    （1）我國(guó)海洋涂料市場(chǎng)幾乎完全被國(guó)外壟斷，特別是遠(yuǎn)洋船只涂料、海洋平臺(tái)涂料、防污涂料等完全采用國(guó)外涂料。就技術(shù)水平而言，國(guó)內(nèi)的部分涂料技術(shù)已達(dá)到可應(yīng)用的水平，但缺少實(shí)際工程應(yīng)用機(jī)會(huì)，這不僅影響國(guó)內(nèi)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也影響我國(guó)建造的海洋平臺(tái)在國(guó)外的應(yīng)用。此外，傳統(tǒng)防腐涂料含有重金屬和一些難降解的有機(jī)物，其無(wú)論在生產(chǎn)或使用過(guò)程中，均會(huì)危害環(huán)境。

    （2）在船舶與海洋平臺(tái)的電化學(xué)保護(hù)方法中，我國(guó)常規(guī)犧牲陽(yáng)極占世界份額的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但高檔穩(wěn)定化犧牲陽(yáng)極仍然進(jìn)口，而且我國(guó)目前沒(méi)有生產(chǎn)大電流陰極保護(hù)系統(tǒng)這類裝備的能力。

    （3）我國(guó)嚴(yán)重缺乏海洋工程與船舶的材料表面改性等特殊防護(hù)技術(shù)，特別是關(guān)鍵重要部件的防護(hù)技術(shù)，從設(shè)備、材料到技術(shù)，主要依賴進(jìn)口，受到國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的制約。目前，我國(guó)部分國(guó)產(chǎn)化技術(shù)缺乏系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究和高端開發(fā)，只限于較低端的應(yīng)用，特別是表面處理裝備幾乎大多是從國(guó)外進(jìn)口。我國(guó)應(yīng)該推動(dòng)在陸地和航空行業(yè)中取得成功的表面處理技術(shù)在海洋工程中的應(yīng)用。

    （4）我國(guó)海洋油氣田及船舶用緩蝕劑大多屬于國(guó)內(nèi)提供，但由于缺乏嚴(yán)格的評(píng)判體系，造成了巨大的腐蝕損失浪費(fèi)。

    （5）我國(guó)海洋工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與檢測(cè)系統(tǒng)主要依靠國(guó)外，國(guó)內(nèi)的相關(guān)系統(tǒng)只有在近海橋梁和海底隧道有初步應(yīng)用，使用量很低。

    （6）我國(guó)海洋工程和船舶設(shè)計(jì)中關(guān)于材料和防護(hù)方法選擇的評(píng)價(jià)系統(tǒng)和軟件幾乎完全依靠國(guó)外； 在保障海洋平臺(tái)、海底管道等安全可靠工作的評(píng)價(jià)技術(shù)方面雖有不少研究結(jié)果，但急需與應(yīng)用部門有機(jī)結(jié)合，加速其應(yīng)用以改變應(yīng)用方也完全依靠國(guó)外的局面。

    （7）我國(guó)許多海洋防護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失。例如： 海上風(fēng)電目前采用的防腐技術(shù)大多采用其他海洋環(huán)境下設(shè)備及設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)參考執(zhí)行，針對(duì)海上風(fēng)電的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚未建立［63］ ，我國(guó)首臺(tái)海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中相關(guān)的防腐蝕數(shù)據(jù)也未建立。

    （8）我國(guó)缺乏海洋防腐涂層的工業(yè)適應(yīng)性檢驗(yàn)權(quán)威機(jī)構(gòu)，目前應(yīng)用部門都送國(guó)外進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定，國(guó)外收費(fèi)相當(dāng)昂貴，而且對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的應(yīng)用帶來(lái)很大隱患。

    5 結(jié) 論

 

    腐蝕防護(hù)的實(shí)質(zhì)是降低材料與環(huán)境條件之間的電化學(xué)反應(yīng)速度。因此，改善材料、改變環(huán)境、把兩者隔離、或者減少離子、氧、水在材料與環(huán)境之間的交換是相應(yīng)的措施。每種腐蝕控制措施（防腐涂層、電化學(xué)保護(hù)、表面處理、緩蝕劑等）各有其優(yōu)/缺點(diǎn)，選擇何種腐蝕防護(hù)措施，要視具體的使用條件而定。腐蝕監(jiān)檢測(cè)技術(shù)是采取何種腐蝕控制技術(shù)和何時(shí)采用腐蝕控制的重要環(huán)節(jié)； 安全評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)是確保安全的關(guān)鍵步驟。環(huán)保、低成本、安全、易施工、高性能是腐蝕防護(hù)技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。

    致謝

 

    感謝中國(guó)工程院的項(xiàng)目支持，感謝項(xiàng)目負(fù)責(zé)人周廉院士、薛群基院士、翁宇慶院士的鼓勵(lì)和支持，感謝柯偉院士、侯保榮院士、周克崧院士的指導(dǎo)，感謝王媛、方璐提供的部分文獻(xiàn)資料。

 

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責(zé)任編輯：王元

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