船舶及海洋工程中鋁合金的應用范文

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摘要:鋁合金具有足夠的強度、耐腐蝕性、抗沖擊性等優秀的特點，并且在焊接方面也有獨特的優勢，因此被廣泛應用與船舶和海洋工程領域。本文首先論述了船用鋁合金的相關內容，敘述了其耐腐蝕性的特點，并在船舶和海洋工程領域中的具體應用進行了介紹。

關鍵詞:船舶與海洋工程；鋁合金;應用研究

鋁合金在船舶與海洋工程中的領域極為廣泛，鋁合金的輕量化、高韌性、強度、抗腐蝕性和可焊性都對船舶的造型提供了選擇。并且鋁及其合金的加工成本較低，也可以將其制成板材，在船舶的制造行業發揮了充分的經濟性。鋁合金材質的船舶行駛輕巧，可以達到較快的行駛速度、精密性和更長的使用壽命，因此在船舶與海洋工程中仍然具有較好的應用前景。

1船用鋁合金概述

船用鋁合金具有良好的耐腐蝕性、可焊接性和強度，才能適應航海過程中的特殊環境。船用鋁合金普遍選用鋁-鎂系合金、鋁-鎂-硅系合金和鋁-鋅-鎂系合金，其中，鋁-鎂系合金在的應用最為廣泛；而焊接后的鋁-鋅-鎂系和鋁-鎂-硅系合金強度明顯降低，并且鋁-鋅-鎂系合金焊接后的耐腐蝕性也差，導致這兩種鋁合金的應用受到了限制。另外，鋁-鋅-鎂系和鋁-鎂-硅系合金也有其他的用途，如鋁-鋅-鎂系合金可用于焊后可熱處理的構件，鋁-鎂-硅系合金主要被用作型材等。船舶的工作環境相比之下較為特殊，需要同時兼具強度、韌性、抗沖擊性質以及耐腐蝕性等多種因素，而強度較高的鋁合金通常難以兼具這些性質，因此船舶用鋁合金通常使用中等強度的鋁合金，這種鋁合金不僅兼具耐腐蝕性和一定的強度，同時還是可焊接鋁合金。另外，船舶用鋁合金按照用途來分，可以分為船體結構用鋁合金和舾裝用鋁合金兩種，船體結構上用的鋁合金主要是5083、5086和5456這三種合金，6000系的鋁合金主要應用于船舶的上部結構，因為其容易被海水腐蝕。7000系合金熱處理后的強度和工藝性能比5000系合金還要優越，主要用于艦艇上層結構，如壓擠結構、裝甲板等，但是7000合金的缺點是抗應力腐蝕性能差[1]。

2船用鋁合金的耐蝕性

海水和鋁合金能發生原電池反應，其中，海水屬于一種典型的電解質溶液，鋁合金在海水中的腐蝕現象，實際是電化學腐蝕過程。鋁合金的耐腐蝕性良好，主要是因為其表面與氧氣生成的鈍化膜的性質，其具有較強的自我修復能力，使得內部金屬不受腐蝕。而海水中的氯離子能夠破壞鋁合金的鈍化膜，致使鋁合金出現點蝕、剝落腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等情況。相關研究可以表明，海水中的氯離子對5000系鋁合金的腐蝕程度較低，而6000系鋁合金的耐腐蝕性較好。因此，5000系鋁合金和6000系鋁合金在船舶和海洋工程領域的應用較為廣泛。

3鋁合金在船舶和海洋工程中的應用

船是一種水上常用的交通工具，舶屬于巨型的航海用船只。由于鋁及其合金的抗海水腐蝕、可焊接等性能良好，并且密度僅為鋼的三分之一，因此在船舶和海洋工程中得到了廣泛應用。

3.1鋁合金在民用船領域中的應用

鋁及其合金的在造船工業應用最早可以追溯到19世紀末期，是由歐美國家先行制造的。但是當時僅有的幾種鋁合金的強度和抗腐蝕性能并不占優勢，因此并未得到廣泛的重視和應用。直到冶金工業的迅速發展，具有強抗腐蝕性的鋁-鎂系合金出現才使得鋁合金在造船業中受到應有的重視。到了20世紀中期，鋁合金在民用船中的應用達到了一個小高峰時期，鋁合金的相關技術也得到了一定成就，如鋁合金板材（5486-H32、5456-H32）的開發、油輪內襯板為5XXX系5054合金（英國制造）的大量應用、鋁-TIG焊接技術的誕生等等。而在20世紀中后期，受到鋁及其合金的價格下降的因素，并且市場對于鋁及其合金的焊接技術和其他性能提出了更高的要求，使得鋁及其合金在民用船領域的發展迎來了全新的局面。

3.2鋁合金在軍事艇領域中的應用

船舶制造的設計遵循結構趨于輕型的理念，人們廣泛認為輕型的船舶結構在控制船速、操作精密性、制作成本方面有很大的優勢，能夠最大程度地減少消耗，延長船舶的行駛里程。鋁合金能很好地滿足船舶的輕量化要求，因此在軍事艦艇領域得到了廣泛的應用，由此完成突擊或搜救等任務，維護航海安全。其中，美軍對鋁合金軍事艇的使用是最為廣泛的，目前軍事艇技術主要包括快速攻擊艇、輔助性軍事飛艇、巡邏艇等[2]。

3.3鋁合金在工作船領域中的應用

工作船對鋁合金的要求與其他類型的船舶不同，主要要求其具備較高的使用年限、維護成本低即可。鋁合金的工作船只通常具有數十年的使用年限，由于其在海水中運行強度不高，因此外力對其的損害程度也較低，從而減少了工作船的維護成本。對于已淘汰的工作船，往往是因為其結構工藝較為落后，難以滿足新形勢工作船的要求，而非鋁合金質量問題。

4鋁合金的具體應用

4.1鋁合金應用于油氣開采鉆桿中

在開發海底石油資源時，應用的鉆探設備通常使用鋁合金材質。因為鉆探設備的材質將會顯著影響海底石油資源的開采效率，并且由于海底石油開采環境嚴峻，鉆探設備中的鉆桿維修十分不便，因此使用鋁合金材質制造鉆桿，能夠延長鉆采設備的使用壽命，并且具有抗沖擊能力強、質量輕、扭矩小的優勢，能夠有效減小開采過程中的摩擦，在提升鉆采效率方面有較強的作用。總而言之，鋁合金在海底石油資源開采過程中的應用，能夠充分發揮鋁合金的優勢，其應用前景不可估量。

4.2鋁合金在LNG（液化天然氣）貨船上的應用

我國油氣資源的分布較為集中，而需要天然氣的人群卻分布在我國的世界各地，甚至需要運往海外，這就需要儲存液化天然氣的儲存罐需要具備低溫性和良好的耐腐蝕性。現如今，我國輸送天然氣的運輸工具以LNG貨船為主。在設計LNG船儲存罐時，需要保證液化天然氣不泄露、不引燃、不腐蝕儲存罐，而鋁合金不僅是低溫性金屬，同時也兼具強度和韌性，還具有質量輕、易于搬運、耐腐蝕等特點，使其在LNG貨船中也具備較高的應用價值。

4.3鋁合金在海上直升機平臺中的應用

以往的海上石油鉆井平臺的主要材料是鋼，其雖然強度較高，但是由于海水特殊的性質，使鋼也難免面臨生銹、腐蝕的局面，造成其使用年限較短，應用受到局限。海上直升機平臺是海底石油資源開發的基礎設施，能夠有效保障直升機起降的安全，從而與陸地保持良好的聯系。鋁合金在直升機平臺上也有十分廣泛的應用，因為直升機平臺甲板在自身重量和結構剛度方面有較高的要求，而鋁制的結構自重較輕、其他方面也能滿足其的要求，同時具有良好的耐腐蝕性。另外，鋁合金直升機平臺可以不采用焊接，而使用型材拼接的方式，這樣能夠延長其的使用壽命。

4.4鋁合金在船用碼頭中的應用

碼頭是船舶停靠的重要場所，需要具有較高的耐腐蝕性、承載力和強度，而鋁合金能完美的滿足這些要求。因此，船用碼頭中的浮橋、過道、跳板以及浮塢等可以不同型號的鋁合金制造或者焊接，并且在生產過程中可不對浮塢與結構進行化學或涂漆處理[3]。結束語人們對鋁合金的研究越來越深入，也越來越廣泛的揭示了其作為結構材料的重要性。本文主要論述了鋁合金在民用船、軍事艇和工作船領域的應用，并介紹了其在海上直升機平臺甲板、液化天然氣船的儲罐材料、船用碼頭和海底石油資源開采設備的鉆桿等方面的具體應用與發展。

參考文獻

[1]陳昊杰.淺談鋁合金在船舶與海洋工程中的應用[J].建材與裝飾,2017(30):212-213.

[2]逄世勇.鋁合金在船舶和海洋工程中的應用分析[J].建材與裝飾,2016(31):173-174.

[3]齊忠原,巫瑞智,王國軍,王強,侯樂干.鋁合金在船舶和海洋工程中的應用[J].輕合金加工技術,2016,44(1):12-18.

作者：魯聰聰 單位：山東交通學院