获奖项目名称：

海洋环境钢质紧固件腐蚀机理与复合涂层防护技术

第一完成单位：

中国船舶集团有限公司第七二五研究所

项目联系人：

李相波

联系人电话：

19050228282

联系人邮箱：

lixb@163.com

项目简介：

  紧固件属于工业基础零部件，其应用领域非常广泛，遍及国民经济的各行各业。紧固件虽小，但起的作用却很大，一些关键结构上的紧固件一旦发生腐蚀损伤，不仅会导致结构失效，甚至会造成灾难性事故。例如，某船固定桨叶的高强度紧固件发生应力腐蚀断裂导致船舶失去动力，严重影响航行安全；某深海油气开采水下防喷器连接螺栓由于应力腐蚀产生氢致脆性断裂，导致大量合成钻井液泄漏，造成严重海洋环境污染。钢质紧固件大量应用于船舶及海洋工程装备和设施，由于海洋环境的严酷性，其腐蚀问题表现得尤为突出，常规镀锌、渗锌等防护措施保护寿命短，通常1年左右即出现锈蚀，难以满足实际需求，迫切需要发展新型高性能防护涂层技术来降低钢质紧固件因腐蚀导致失效的风险。本项目针对海洋环境用钢质紧固件的突出腐蚀问题与长效防护需求，开展了海洋环境钢质紧固件的腐蚀机理与复合涂层防护技术研究，研究成果对保障船舶和海洋工程装备和设施的服役安全具有十分重要的意义。
  项目的主要技术创新点如下：
  （1）通过对实船紧固件使用工况和腐蚀规律的分析，以及典型紧固件材料及原有镀锌和渗锌涂层在模拟使役环境中的腐蚀行为研究，阐明了工况环境因素和镀锌层对钢质紧固件腐蚀的影响规律，明确了海洋环境下钢质紧固件腐蚀机理，确定了海水中高强钢紧固件阴极保护电位准则，为防止高强钢紧固件的氢致应力腐蚀开裂提供了理论依据，支撑了钢质紧固件用新型防护涂层技术的开发。
  （2）突破了钢质紧固件用高耐蚀复合涂层体系设计、制备工艺等关键技术，研制开发了具有自主知识产权的紧固件高性能锌铝基复合涂层体系，在满足紧固件旋合性的同时，发挥渗锌层/锌铝鳞片涂层/含氟环氧面层复合体系所形成的层间协同增强阻隔效应和阴极保护作用，显著提高复合涂层的耐蚀性，在海洋环境中钢质紧固件复合涂层保护寿命提高到5年以上。
  （3）针对高强度钢质紧固件（10.9级及以上）在海洋环境中易发生应力腐蚀开裂难题，发明了高强度钢质紧固件防护用硅油浸渍Ni-Co-MSNs（介孔氧化硅纳米粒子）复合镀层及其制备方法，实现MSNs纳米粒子和Ni-Co合金的复合共沉积，通过纳米颗粒增强效应及介孔氧化硅纳米容器毛细作用，使该硅油浸渍复合镀层不仅具有优良的耐蚀性能和摩擦性能，而且具有划痕自修复功能，并显著降低高强度钢质紧固件应力腐蚀开裂风险。
  本项目取得的成果具有完全自主知识产权，关键技术全部具有专利保护，已获授权国家发明专利8项。以本研究工作为基础，通过系统总结出版了《海洋环境紧固件防护涂层》专著1部；在《Corrosion Science》、《表面技术》、《腐蚀科学与防护技术》等国际、国内学术刊物上发表相关研究论文26篇，其中英文SCI论文11篇，中文核心论文15篇；制定钢质紧固件防腐涂层规范船舶行业标准1项（CB 20476—2018），推动了我国船用钢质紧固件防腐涂层的升级换代和技术进步。该项目技术复杂、难度大，通过了中国腐蚀与防护学会组织的成果鉴定，鉴定评价委员会认为该成果整体达到国际先进水平，其中具有自修复功能和抑制氢脆作用的硅油浸渍Ni-Co-MSNs纳米复合镀层达到国际领先水平。
  研制的紧固件防护复合涂层技术成熟，已实现成果转化，广泛应用于船舶和海洋装备，取得良好的防腐效果，满足了恶劣海洋环境下钢质紧固件的防护需求，显著减少了维护维修工作量和费用，保障了关键装置的运行安全。复合涂层钢质紧固件已被武汉船用机械有限责任公司、武昌船厂、青岛4808船厂、大连辽南船厂、大连船用推进器有限公司、湘潭方舟机械有限公司等四十余家单位所采用，产生了良好的经济效益、军事效益和社会效益，并具有广阔的推广应用前景。