抗腐蚀—武器装备修炼“金刚不坏之身”

来源:解放军报 作者:张瑷敏 玥凡 时间:2019-05-16
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平日里,我们常常见到金属材料生锈,却习惯性地认为诸如坦克、战斗机、航空母舰等武器装备生来就是天不怕地不怕的“铜头铁脑”。殊不知,这些“大家伙”在上演激情与力量的背后,更需要有一副“好身板”。

抗腐蚀一直是武器装备保持长久运行必须解决的难题。日前,美国国防系统信息分析中心公布了美国海军航空系统司令部正在研究富铝底漆的消息,并指出这种材料一旦得到应用,将对战斗机的抗腐蚀工作带来重要影响。

“硬汉”也有柔弱一面

驰骋在大洋上的舰艇最怕什么?恐怕答案正是这些“钢铁硬汉”下面的一片汪洋。原来,海洋是地球上最大、最严酷的腐蚀环境。海上大温差、高湿、高盐雾等气候条件大大加速了材料老化、腐蚀的进程,海水、泥沙、油气、海洋生物等也都是形形色色的腐蚀介质。武器装备长期处于这样的“炼狱”环境之中,都会产生不同程度的腐蚀。

腐蚀不仅会影响武器装备的作战性能,还会大大降低其使用年限。据粗略统计,美军每年因金属锈蚀而报废的军事设备与材料占总装备的5%以上,仅美国海军每年因锈蚀问题就要损失数十亿美元,因腐蚀导致的维修作业致使美国海军现役战机平均每年有2个月处于不可用状态。

如果说“钢铁侠”们在海上易被腐蚀,那把它们放在陆地上总不会再这么“柔弱”了吧。事实上,坦克、装甲战车等“陆战之王”时刻都在经受着腐蚀的“折磨”。士兵们平时在给坦克“洗澡”保养的时候,就常常见到许多螺栓因“锈死”而被拧断,甚至有些火炮的炮塔电机会因座圈锈蚀导致载荷过大,最终被烧毁。

即便是广袤无垠的太空,也不是抗腐蚀的“世外桃源”。宇航员出舱行走都要穿着厚厚的宇航服,一个重要的原因就是复杂的太空环境里有着许多“无形杀手”,对航天器“外衣”、光机电系统等都是严峻考验。美国在对“哥伦比亚”号航天飞机事故进行调查后,虽然排除了航天器遭遇严重腐蚀的可能,但也提出了要采取长期腐蚀检测措施的议案。

可以说,武器装备所面临的腐蚀无处不在。为了精心呵护武器装备,腐蚀控制与防护已成为一个复杂的系统工程。否则稍不注意,武器装备的表面材料就可能出现锈蚀、斑点或凹坑,进而大面积“毁容”。

各有各的“保养秘方”

正如人的皮肤经历风吹日晒会出现损伤一样,武器装备的表面也会受到腐蚀。为有效应对潜在的损失,战斗机、舰船和航天器等武器装备可谓“八仙过海,各显神通”,在打赢“抗腐蚀战役”中各自拿出了“保养秘方”。

说起战斗机的保养,人们一定听说过战机“洗澡”的故事。通常情况下,战机在沿海地区执行完低空飞行任务后,都要及时返场“洗澡”,而且洗的还是“淋浴”,通过地面上喷水口喷出的水幕,用淡水把机身上下冲洗个遍。这么做的目的,就是防止大气中的废气和氯盐附着在机体表面,进而对战机造成腐蚀。美国空军明确规定,在战机降落后就必须及时进行清洗作业,美军还给这项作业起了个好听的名字,叫做“鸟浴”。

当然,飞机的保养远不止“洗澡”这么简单,通常包含着多重工序,进行多层涂装,有时还需要实施“整容”手术。其中,最常见的“保养秘方”就是给飞机敷上一层“面膜”。一般而言,飞机各类零部件在制造成型之后,大多要涂上底漆、面漆、防腐剂等多层涂料,最后还要给飞机加上外层涂装。以美军为例,F-14“雄猫”舰载战斗机机身就采用高抗腐蚀涂层。美军还使用聚硫化物密封剂用于减少机身表面和链条密封处的水浸入,比如含六价铬的铬酸盐底漆等。包括F/A-18舰载战斗机、C-130运输机、C-5运输机、F-16战斗机、H-60直升机等军机的大量底漆均含六价铬。

航空母舰等舰船使用材料种类繁多,工作环境复杂。舰船抗腐蚀主要依靠舰船涂料,除能提升防腐蚀能力外,还能有效助力舰船隐身。其中,航空母舰的飞行甲板涂料,不但要承受舰载机尾钩的冲击、阻拦索的研磨、飞机和车辆的碾压,还要遭受潮湿盐雾的海洋大气环境侵蚀、甲板清洁剂与油污的腐蚀。因此,对于大型水面舰艇而言,抗腐蚀工作更是不能有丝毫马虎。

未来更重“强身健体”

随着相关技术的发展进步,提高武器装备的抗腐蚀性也不再像“美容术”那么简单。采用表面防护以及再制造等技术可以有效防止或延缓腐蚀,包括高速电弧喷涂防腐技术、纳米电刷镀防腐技术、等离子喷涂防腐技术、非晶态合金化学镀层防腐技术、纳米防腐涂料及涂装技术等新技术层出不穷。就拿最近几年出场的隐身战机来说,都用上了隐身涂料这一最新“护肤品”。美国F-35“闪电”战斗机使用的涂层更加结实耐用,再也不需要经常“补妆”。

近年来,美国一直在防腐蚀涂料领域加以探索。美国海军航空系统司令部正在研制的富铝底漆,可用于对飞机的铝和钢零件进行防护。这种富铝底漆能进一步提高整体防腐蚀性能,目前已经在H-60直升机和C-130运输机上进行了初步试验,未来极有可能对战机的防腐蚀工作带来变革性影响。此外,美国国防部高级研究计划局还针对舰载机高温尾流喷射带来的甲板变形问题,专门研发出耐高温的抗冲击防腐蚀涂料。

有人在涂层涂料上下功夫,也有人紧盯着材料性能不放,试图在“强身健体”上做文章。俄罗斯的AK系列镍铬加钛合金钢,堪称世界上屈服强度最高的材料,同时也有不错的抗腐蚀能力,可用于舰船和潜艇制造。美国近期正在研究碳/碳复合材料,正是看上了其出色的耐高温、耐热冲击和耐腐蚀性能。此外,石墨烯防腐涂料也逐渐出现在人们的视野中,目前已经应用于舰船、海上风电塔筒等设备的防腐蚀,未来极有可能在武器装备领域得到大规模应用。

未来,还有很多“黑科技”将助力人们提升抗腐蚀技术水平。超疏水表面具有防水性质,可以阻断水分与金属材质的接触,进而解决水面舰艇的氧化腐蚀难题。美国海军还在研发一种新的涂料添加剂,旨在使军用车辆的涂层具有自愈合功能,即便遭遇划伤也能自动修复,从而有效防止车辆锈蚀。

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责任编辑:北平

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