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  淺析航母材料的腐蝕防護及控制特點

  航母作為人類有史以來最大的軍事裝備，是一項復雜的巨系統(tǒng)工程，所使用的材料種類繁多，工作環(huán)境復雜。航母用材料既包括金屬材料，也包含大量的非金屬材料，從使用功能上分為船體結(jié)構(gòu)材料、管系材料、覆蓋覆層及涂層材料、阻尼及減震降噪材料等。航母用材種類多、品種規(guī)格復雜，不同種類和規(guī)格的金屬材料、非金屬材料總計達幾千種。材料的性能水平高低很大程度上影響各個系統(tǒng)的功能，進而決定了航母的性能水平。作為最重要的基礎(chǔ)平臺，各種材料能否在超過 40 年的服役期內(nèi)保持優(yōu)良的性能，決定了航母的生命力以及技戰(zhàn)術(shù)水平，因此在航母設(shè)計時，選材極為重要。選材既要保證材料的安全可靠，滿足航母各部位使用要求，又要綜合考慮材料經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、維修性、耐久性等眾多因素。

  在諸多影響材料長期性能的因素中，腐蝕對材料的耐久性影響最大。對于航母來說，腐蝕控制是一個復雜的系統(tǒng)工程。為解決這一問題，必須立足于航母的總體設(shè)計要求和規(guī)劃，從系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備設(shè)計和制造、施工建造等各方面進行充分考慮，嚴格控制制造、建造全過程中的施工工藝，同時在后續(xù)使用、維修和管理等方面嚴格規(guī)范，才能較好地解決腐蝕的防護和控制問題。

  航母服役環(huán)境特點

  航母要在多種苛刻環(huán)境下工作，其環(huán)境特點如下：

  風高浪大，海況險惡 航母要在全球無限海區(qū)航行，須適應(yīng)高海況環(huán)境。以 9 級海況為例，風速超過32 m/s，浪高超過14 m。在此環(huán)境下，船體結(jié)構(gòu)承受大的應(yīng)力，對船體材料（包括焊縫）的綜合性能要求甚高。

  海洋環(huán)境溫差大、高濕、干濕交替、高鹽霧 航母工作在高溫（或高寒）、高濕、高鹽霧環(huán)境中，其中正常工作溫度低至 － 30 ℃，高至 70 ℃，濕度最大可達100% ，同時還有包括強太陽輻射、霉菌、鹽霧、浸漬、干濕交替等環(huán)境因素作用，這些因素加速了材料（尤其是非金屬材料）的老化、腐蝕進程。

  腐蝕介質(zhì)種類多，水、液、氣、海生物共同作用船體外部腐蝕介質(zhì)包括海浪飛濺沖擊、海水沖刷、泥沙、油污； 船體內(nèi)部腐蝕介質(zhì)包括壓載海水、污水、燃油、潤滑油、液壓油、污油、蒸汽、高溫煙氣、高壓空氣、氮氣、氧氣、酸、堿、輻照等。同時，海水的電化學腐蝕和海洋生物的附著污損，一直是危及艦船安全性的兩大因素，船艦受不同介質(zhì)腐蝕的照片見圖 1。

圖 1 船艦受不同介質(zhì)腐蝕的宏觀照片: (a)海水腐蝕，(b)電化學腐蝕，(c)海洋生物附著污損

  沖擊振動環(huán)境，多種載荷共同作用 包括海浪砰擊、艦載機作業(yè)產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊、以及各種機械設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生長期交變載荷等對航母造成的各種沖擊。

  航母材料腐蝕防護及控制特點

  航母巨系統(tǒng)工程所使用的各種材料（包括金屬和非金屬材料）的腐蝕防護和控制，因航母結(jié)構(gòu)的復雜性而導致其工藝技術(shù)的高難度。

  腐蝕環(huán)境多樣，防護要求高，防腐設(shè)計難度大

  航母在全球范圍航行，各海域腐蝕介質(zhì)多樣，環(huán)境作用苛刻； 船體內(nèi)部腐蝕介質(zhì)復雜［11 －14 ］ 。航母使用壽命長達 40 ～50 a，為保證其安全使用，對腐蝕防護提出了更高的要求，艦船上許多材料傳統(tǒng)可實施的腐蝕防護技術(shù)面臨瓶頸。

  系統(tǒng)組成復雜，設(shè)備數(shù)量多，腐蝕故障影響大

  航母由船體結(jié)構(gòu)、船舶裝置、動力、電力、船舶保障、航空保障、作戰(zhàn)等多個一級系統(tǒng)和幾十個二級系統(tǒng)組成，設(shè)備數(shù)量達數(shù)十萬件。腐蝕嚴重的海水管系就有主機海水冷卻系統(tǒng)管系、電站海水冷卻系統(tǒng)管系、水滅火系統(tǒng)管系、日用海水冷卻系統(tǒng)管系、艙底疏水系統(tǒng)管系等。

  我國水面艦船裝備故障大部分是由腐蝕引起，而航母由于系統(tǒng)組成復雜，多個系統(tǒng)中的電子電氣設(shè)備可能因腐蝕環(huán)境惡劣而降低可靠性，一個系統(tǒng)的腐蝕故障有可能影響作戰(zhàn)使用甚至波及全艦功能的發(fā)揮，后果影響重大。

  艙室結(jié)構(gòu)復雜，防腐施工空間小，修理難度大

  因航母結(jié)構(gòu)極其復雜致使腐蝕防護與控制異常繁雜和困難，這是因為： ①航母主甲板下有十幾層，幾千個艙室，由于各種系統(tǒng)交錯布置，底部艙室結(jié)構(gòu)異常復雜，施工空間狹小； ②由于系統(tǒng)復雜，大量設(shè)備要在分段合攏后安裝，分段上涂裝的涂料需要在后期進行大量的修補，嚴重影響涂料的防護效果； ③機艙、電站、冷站、泵艙的艙底部位腐蝕環(huán)境苛刻，但由于設(shè)備管路布置緊湊，且在底部區(qū)域施工困難，一旦出現(xiàn)腐蝕，修理難度大。

  航母材料腐蝕防護與控制的建議及對策

  美國擁有最先進的航母腐蝕控制技術(shù)，我國在這方面剛剛起步。為我國航母事業(yè)的建設(shè)和實現(xiàn)跨越式發(fā)展，提出以下建議和對策。

  對航母腐蝕控制工藝技術(shù)進行深入研究 ①結(jié)合航母內(nèi)、外部腐蝕環(huán)境和各系統(tǒng)材料特性和運行條件，對重點部位誘發(fā)腐蝕的內(nèi)因、外因進行全面分析和必要的試驗，掌握主要腐蝕因素及其變化規(guī)律； ②加強材料在使用環(huán)境下的腐蝕特性研究，結(jié)合前期水面艦船的腐蝕情況，檢查和清理出現(xiàn)的新問題，重點開展多因素環(huán)境條件下的材料腐蝕規(guī)律研究、多材料耦合條件下的異種金屬電化學腐蝕行為研究、航母海水管系污損及腐蝕機理研究。

  開展防腐技術(shù)頂層規(guī)劃 ①立足于航母特點，從使用需求出發(fā)，進行頂層規(guī)劃，構(gòu)建航母腐蝕防護控制體系。②按解決當前急需、突破型號研制瓶頸、形成未來技術(shù)儲備進行分類，分階段從總體設(shè)計、施工控制、仿真計算、試驗驗證、監(jiān)測與評估、材料研制等方面全方位進行防腐專項技術(shù)規(guī)劃，全面提高腐蝕控制技術(shù)水平。

  開展航母腐蝕控制技術(shù)方案研究 ①根據(jù)航母壽命剖面及使用需求，研究并提出腐蝕防護設(shè)計、建造、管理的定量和定性要求； ②根據(jù)航母材料腐蝕環(huán)境和特性，研究各種腐蝕控制技術(shù)的適用性及效果，明確從設(shè)計到修理各階段的腐蝕控制應(yīng)對措施。

  編制航母材料腐蝕控制指南及相關(guān)管理文件 ①編制航母腐蝕控制設(shè)計、建造、維護修理指南，以及艦載設(shè)備腐蝕控制指南，指導各系統(tǒng)設(shè)計師、制造工程師、維修工程師、艦員開展腐蝕控制工作； ②編制并下發(fā)相關(guān)管理文件，落實航母材料腐蝕控制指南的實施、驗收和檢查。

  結(jié) 語

  我國目前材料腐蝕控制技術(shù)體系還不完善，主要體現(xiàn)在： ①相關(guān)規(guī)范和標準不夠，頂層定性規(guī)定較多，在執(zhí)行時存在一定的隨意性； ②基礎(chǔ)研究不足，信息跟蹤、收集、發(fā)布機制不夠健全，缺少足夠的腐蝕控制數(shù)據(jù)； ③缺乏完備的腐蝕控制組織機構(gòu)來統(tǒng)籌防腐研究工作，構(gòu)建完善的腐蝕控制技術(shù)體系。

  當前，腐蝕控制設(shè)計主要按照規(guī)范以經(jīng)驗設(shè)計為主 ，缺乏定量的評估和檢驗方法； 陰極保護設(shè)計缺少定量仿真。對腐蝕控制設(shè)計的效果評審缺少系統(tǒng)、定量的評估。必須盡快實現(xiàn)從經(jīng)驗設(shè)計、經(jīng)驗管理到仿真計算、試驗驗證、在線監(jiān)測、定量評估、科學管理的轉(zhuǎn)變。

 雖然我國研制了多種型號的艦船結(jié)構(gòu)鋼、管路合金材料、密封材料、防腐涂料，但整體有效服役壽命與航母的要求還有較大差距。因此，要加大新材料的研發(fā)力度，提高結(jié)構(gòu)材料、管路材料的防腐性能； 研發(fā)長效防腐防污涂料、高性能飛行甲板涂料； 加強海水系統(tǒng)腐蝕、污損規(guī)律及控制技術(shù)研究； 全面提高材料腐蝕、老化機制評價手段及匹配設(shè)計技術(shù)。

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