劉新佳

（鄭州飛機(jī)裝備有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450005）

0 引言

艦載機(jī)載裝備以艦載機(jī)為載體，隨航空母艦在廣泛的水域內(nèi)活動(dòng)。由于其特殊的部署位置，在海洋環(huán)境各種因素的綜合作用下，極易產(chǎn)生各種腐蝕現(xiàn)象，輕則導(dǎo)致裝備結(jié)構(gòu)損壞、功能降低；重則導(dǎo)致系統(tǒng)功能喪失，影響飛行安全，甚至引發(fā)機(jī)毀人亡的重大安全事故[1]。因此，如何避免腐蝕或控制腐蝕的發(fā)生和發(fā)展，提高裝備在海洋氣候環(huán)境下的腐蝕防護(hù)能力，就成為亟待解決的重要問(wèn)題。

本文以艦載機(jī)載裝備為對(duì)象，詳細(xì)地分析了海洋環(huán)境下影響腐蝕的主要因素，并結(jié)合常見(jiàn)的腐蝕現(xiàn)象，提出了有針對(duì)性的腐蝕防護(hù)建議，可有效地提高裝備的腐蝕防護(hù)水平，為后續(xù)產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供參考。

1 艦載機(jī)載裝備的特殊環(huán)境

1.1 海洋自然環(huán)境

艦載機(jī)整個(gè)壽命期內(nèi)，除了短期處于岸基訓(xùn)練和必須的返廠維修狀態(tài)外，大部分時(shí)間都處于艦基存放和飛行狀態(tài)。由于機(jī)庫(kù)容量限制和作戰(zhàn)任務(wù)需要，艦載機(jī)絕大多數(shù)時(shí)間（90%以上）將停放在飛行甲板上，將長(zhǎng)期承受高溫、濕熱、鹽霧、霉菌、雨雪和海水飛濺等各種極端惡劣海洋自然環(huán)境的影響。其中，以高溫、高濕、高鹽霧和強(qiáng)太陽(yáng)輻射為代表的“三高一強(qiáng)”海洋氣候環(huán)境對(duì)裝備的影響最為嚴(yán)重。美國(guó)空軍總部曾對(duì)其沿?；氐难b備做過(guò)一次故障調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有52%的故障或失效是由環(huán)境因素引起的，其中的72%是由溫濕度、鹽霧和太陽(yáng)輻射導(dǎo)致的[2-3]。

1.1.1 溫度和濕度

溫度和濕度對(duì)艦載機(jī)載裝備的影響最為廣泛，但短時(shí)間內(nèi)單純溫度因素還不會(huì)對(duì)裝備產(chǎn)生顯著的影響，實(shí)際使用中往往是溫度和濕度環(huán)境的綜合作用更容易誘發(fā)產(chǎn)品故障。

海洋環(huán)境的一大特點(diǎn)是濕度較高，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，我國(guó)海域的溫、濕度情況如表1所示[4]。高濕環(huán)境不僅會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備損壞、電氣絕緣性能降低，還會(huì)引起金屬件的腐蝕，如鐵、鋁和鋅等金屬的銹蝕臨界濕度都在65%左右，當(dāng)相對(duì)濕度從60%升高至80%，鋼鐵的腐蝕速率會(huì)升高1～2.5倍[5]，同時(shí)，高溫環(huán)境對(duì)金屬的腐蝕有加速作用。因此，高溫、高濕環(huán)境是導(dǎo)致艦載機(jī)載裝備腐蝕的重要因素。

表1 我國(guó)海域的溫/濕度及鹽霧含量統(tǒng)計(jì)

1.1.2 鹽霧

海洋環(huán)境的另一大特征是鹽霧，其主要是由于風(fēng)引起海浪，以及浪激浪或浪拍打船體而騰起的浪花水沫，在氣流的作用下被粉碎為細(xì)微的液滴，向海域上空飄散而形成的。風(fēng)力越大，鹽霧含量會(huì)越高。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，海洋大氣中的含鹽量是內(nèi)陸地區(qū)的50～100倍，甚至更高。鹽霧腐蝕對(duì)艦載機(jī)載裝備的影響很大，主要表現(xiàn)為氯化物溶液附著在金屬表面引起的電化學(xué)腐蝕，且溫度越高、濕度越大，腐蝕越快。

1.1.3 太陽(yáng)輻射

太陽(yáng)輻射的光化學(xué)效應(yīng)和熱效應(yīng)會(huì)使艦載機(jī)載裝備產(chǎn)生一系列的變化，如導(dǎo)致裝備產(chǎn)生熱梯度，長(zhǎng)期作用會(huì)使不同的材料和部件因收縮率的不同而產(chǎn)生縫隙或內(nèi)應(yīng)力；同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致材料脆化、特性變化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能下降，影響裝備的可靠性。

1.2 平臺(tái)誘發(fā)環(huán)境

艦載機(jī)載裝備壽命期內(nèi)除了受到海洋自然氣候環(huán)境影響外，同時(shí)還要經(jīng)受艦?zāi)钙脚_(tái)特殊誘發(fā)環(huán)境的影響。

非核動(dòng)力航母動(dòng)力裝置排放的燃燒廢氣和艦載機(jī)起飛、降落排放的尾氣中往往含有SO2、NO2等高水溶性污染物，當(dāng)這些氣體與艦面高濕、高鹽霧的海洋大氣相遇時(shí)，即形成局部富集污染物的酸性鹽霧氣氛，呈現(xiàn)明顯的酸性鹽霧特征。美國(guó)Douglas航空公司（前波音公司）對(duì)4艘航母甲板上飛機(jī)表面液膜中的沉積物進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤測(cè)量和分析，結(jié)果表明：液膜pH值為酸性，最低可達(dá)2.4。分析結(jié)果如表2[6-7]所示。

表2 美國(guó)航母甲板液膜pH值和SO42-濃度

酸性鹽霧氣氛明顯地有別于一般的中性鹽霧，將大大地強(qiáng)化鹽霧對(duì)艦載機(jī)載裝備的腐蝕作用。在一項(xiàng)針對(duì)機(jī)載電子產(chǎn)品的隨艦暴露試驗(yàn)中，有11項(xiàng)產(chǎn)品均出現(xiàn)了由腐蝕導(dǎo)致的問(wèn)題，但在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)500 h的中性鹽霧試驗(yàn)，其中僅有3項(xiàng)產(chǎn)品出現(xiàn)了類似問(wèn)題[8]。

艦載機(jī)載裝備壽命期內(nèi)還會(huì)經(jīng)歷航母平臺(tái)誘發(fā)的機(jī)械環(huán)境，其振源通常包括兩個(gè)：1）是航母和艦載機(jī)上的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件（如發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪箱和螺旋槳等）機(jī)械運(yùn)動(dòng)誘發(fā)產(chǎn)生的機(jī)械環(huán)境；2）是海浪的拍打引起的機(jī)械環(huán)境。除此之外，海風(fēng)尤其是強(qiáng)風(fēng)也會(huì)誘發(fā)裝備產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這些機(jī)械振動(dòng)和腐蝕環(huán)境同時(shí)作用時(shí)，會(huì)誘發(fā)出結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕或者腐蝕疲勞現(xiàn)象，從而對(duì)裝備產(chǎn)生一定的不利影響。

2 艦載機(jī)載裝備腐蝕現(xiàn)狀

在各種環(huán)境因素的耦合作用下，艦載機(jī)載裝備極易發(fā)生金屬件腐蝕、非金屬件老化等嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。美國(guó)海軍明確地提出結(jié)構(gòu)及設(shè)備嚴(yán)重、廣布的腐蝕損傷已成為當(dāng)前航空裝備頭等重要的安全問(wèn)題。

我國(guó)海軍裝備在研制過(guò)程中，大量的產(chǎn)品是由陸基型號(hào)改型而來(lái)，并沒(méi)有深入地考慮艦載平臺(tái)環(huán)境的嚴(yán)酷性、特殊性對(duì)裝備帶來(lái)的不利影響，試驗(yàn)項(xiàng)目與陸基型號(hào)沒(méi)有明顯的差別，僅針對(duì)部分試驗(yàn)項(xiàng)目（如鹽霧）進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訃?yán)。這就導(dǎo)致艦載機(jī)載裝備雖然通過(guò)了各種環(huán)境試驗(yàn)，但在外場(chǎng)使用過(guò)程中仍然出現(xiàn)了大量與環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)的故障。外場(chǎng)故障統(tǒng)計(jì)表明，海軍裝備由腐蝕、老化等引起的故障比例超過(guò)陸基相似型號(hào)的3倍，海軍某型飛機(jī)因42框腐蝕疲勞裂紋導(dǎo)致近50%的飛機(jī)停飛維修；多型參加亞丁灣護(hù)航任務(wù)的直升機(jī)，飛行小時(shí)數(shù)僅幾百小時(shí)，機(jī)體結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)了大量的腐蝕問(wèn)題，如緊固件連接處涂層脫落、軸承和安裝座腐蝕等，飛機(jī)不得不提前進(jìn)入大修，因腐蝕所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上千萬(wàn)元[9-11]。

3 腐蝕機(jī)理及常見(jiàn)的腐蝕現(xiàn)象

機(jī)載裝備通常是由各種形狀不同、性能各異的構(gòu)件連接而成。為了實(shí)現(xiàn)減重，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常選用鋁合金、鈦合金等比強(qiáng)度、比剛度高的金屬或非金屬材料，但起連接、固定、傳遞載荷等作用的結(jié)構(gòu)件（如緊固件、連桿、軸、支架和固定座等），多采用高強(qiáng)和超高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)不銹鋼[12]。這些材料的選用對(duì)保證機(jī)載裝備整體強(qiáng)度/剛度，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能等目標(biāo)非常重要。但同時(shí)，在服役期各種環(huán)境因素的綜合作用下，金屬結(jié)構(gòu)件極易產(chǎn)生各種腐蝕，如縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、點(diǎn)蝕、磨損腐蝕和電化學(xué)腐蝕等[13]，從而引發(fā)各種故障。

機(jī)載裝備導(dǎo)向裝置、轉(zhuǎn)軸、鎖制鉤和彈簧等部件的服役工況最為嚴(yán)酷。該結(jié)構(gòu)除經(jīng)受高溫、濕熱和鹽霧等嚴(yán)酷的海洋自然環(huán)境外，還反復(fù)承受使用過(guò)程中的振動(dòng)、沖擊、過(guò)載和微動(dòng)磨損，由于特殊的使用環(huán)境，常規(guī)防護(hù)涂層和鍍層的耐久性不足，容易產(chǎn)生縫隙腐蝕和疲勞腐蝕；測(cè)試口蓋安裝螺釘?shù)染o固件服役期間會(huì)進(jìn)行多次拆裝操作，由于防護(hù)涂層破壞容易產(chǎn)生腐蝕，甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂、難以拆卸等故障；鋁合金接插件由于材料和工藝選擇不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的剝蝕現(xiàn)象；使用過(guò)程中的擠壓、磕碰、劃傷也會(huì)造成結(jié)構(gòu)件表面涂層/鍍層的破損，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件本體直接接觸嚴(yán)酷的海洋氣候環(huán)境產(chǎn)生腐蝕；產(chǎn)品表面涂層和非金屬材料，受濕熱、鹽霧和霉菌作用提前老化失效可導(dǎo)致配合間隙改變，引起縫隙腐蝕。外場(chǎng)腐蝕情況如圖1所示。

圖1 艦載機(jī)載裝備腐蝕現(xiàn)象

4 腐蝕防護(hù)與控制技術(shù)

艦載機(jī)載裝備的腐蝕防護(hù)是一項(xiàng)重要、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)改變材料、改善環(huán)境或者把材料和環(huán)境兩者隔離等措施來(lái)降低材料與海洋環(huán)境之間的電化學(xué)反應(yīng)速度，從而減緩或消除腐蝕的產(chǎn)生和發(fā)展。因此，需從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面防護(hù)及維護(hù)保養(yǎng)等多方面著手，采用系統(tǒng)工程方法來(lái)解決艦載機(jī)載裝備的腐蝕問(wèn)題。

4.1 材料選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選用耐腐蝕/老化性能優(yōu)異的材料并進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是提高裝備耐腐蝕性能的有效措施。

在充分考慮海洋環(huán)境特點(diǎn)及滿足結(jié)構(gòu)性能要求的前提下，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用抗腐蝕材料，如金屬材料選用鈦合金、高強(qiáng)不銹鋼等；非金屬選用長(zhǎng)壽命復(fù)合材料、工程塑料等，從根本上提高裝備的抗腐蝕性能。

機(jī)載裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了要滿足機(jī)械、電氣性能及特定的功能要求外，還應(yīng)具有腐蝕防護(hù)性。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以減緩?fù)饨绛h(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)材料的腐蝕作用，而不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則會(huì)加劇材料的腐蝕，從而降低裝備的使用壽命。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意防積水設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)易引起液態(tài)或氣態(tài)腐蝕介質(zhì)浸入、聚集、凝露等結(jié)構(gòu)缺陷，在易積水部位設(shè)計(jì)排水孔（尺寸不小于8 mm），同時(shí)用密封劑將排水附近的低點(diǎn)填平，以利于積水排除；對(duì)需要密封的結(jié)構(gòu)（如電路板、接插件等）進(jìn)行密封處理或涂覆三防漆，防止空氣中腐蝕介質(zhì)與材料直接接觸。注意不同金屬接觸偶的匹配，盡量選用相容金屬進(jìn)行連接，避免接觸腐蝕的產(chǎn)生；當(dāng)必須采用不同的金屬接觸時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用電位差較小的兩種金屬，或采用鍍層以減少電位差，或在兩種金屬之間嵌入絕緣材料、密封劑和緩蝕密封劑等以防止腐蝕的產(chǎn)生。

同時(shí)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性設(shè)計(jì)，便于使用的檢查口是防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的重要部分。腐蝕檢查比過(guò)去任何時(shí)候都更頻繁、更必要，應(yīng)允許用戶在使用過(guò)程中方便地拆下蓋板對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查維護(hù)。

4.2 防護(hù)體系設(shè)計(jì)

僅靠基體材料本身的防腐能力來(lái)避免腐蝕既不科學(xué)，也不現(xiàn)實(shí)，而且還會(huì)大大地增加研制成本。合理的表面防護(hù)可有效地隔絕基體材料與腐蝕性介質(zhì)的直接接觸，防止或延緩腐蝕的發(fā)生。常用的表面防護(hù)方式主要有涂覆、電鍍和表面改性等方式，應(yīng)根據(jù)材料特點(diǎn)及實(shí)際的環(huán)境條件，選用合適的表面處理方式。

裝備表面涂覆三防漆是一種簡(jiǎn)捷、有效的腐蝕防護(hù)措施，可根據(jù)裝備暴露情況，底漆采用結(jié)合力和耐蝕性能良好的環(huán)氧聚酰胺涂層（如QH-15防腐環(huán)氧底漆），面漆使用耐候性、耐化學(xué)介質(zhì)及耐久性較好的脂肪族聚氨酯涂層（如QFS-15聚氨酯磁漆）；金屬結(jié)構(gòu)件除鈦合金和奧氏體不銹鋼零件外，均應(yīng)采用鍍覆層和有機(jī)防護(hù)涂層進(jìn)行防護(hù)，同時(shí)還應(yīng)考慮不給基體材料帶來(lái)不良的影響，如氫脆性能、疲勞性能等；零件內(nèi)部導(dǎo)電鋁合金結(jié)構(gòu)件采用導(dǎo)電的化學(xué)氧化，外部結(jié)構(gòu)件可采用硫酸陽(yáng)極化，并預(yù)留電搭接的螺紋孔用于電搭接（保證電磁兼容的屏蔽性能）；對(duì)兼有摩擦磨損、微動(dòng)磨損、沖擊和振動(dòng)等嚴(yán)酷的工況而涂層、鍍層難以防護(hù)的部位，宜采用特種材料、局部異種材料焊接或復(fù)合鍍、激光熔覆等表面工程綜合技術(shù)加以防護(hù)；緊固件采用“濕裝配”工藝：不可拆卸裝配的緊固件涂底漆裝配，安裝后露出部位補(bǔ)漆，使用中需多次拆/裝的緊固件腐蝕防護(hù)較為困難，可采用鈦合金緊固件，并定期進(jìn)行更換等措施來(lái)提高防腐性能。

4.3 使用維護(hù)保養(yǎng)

在外場(chǎng)使用過(guò)程中，艦載機(jī)載裝備不可避免地會(huì)出現(xiàn)不同程度的腐蝕破壞。腐蝕的發(fā)生是一個(gè)長(zhǎng)期的、緩慢的過(guò)程，在日常維護(hù)過(guò)程中，定期檢查、檢測(cè)裝備腐蝕的發(fā)生和發(fā)展，做到“早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早處理”，并視情采用清洗、緩蝕和快速腐蝕修復(fù)等措施可有效地控制腐蝕的發(fā)生和發(fā)展，對(duì)延長(zhǎng)裝備使用壽命，保持戰(zhàn)斗力有重要意義。

美軍十分重視腐蝕防護(hù)與監(jiān)控，制定了多項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[14]（如MIL-DTL-85054D（AS）、MIL-PRF-81309F等），明確腐蝕檢查內(nèi)容、方法及周期，并開(kāi)發(fā)了多種清洗劑、緩蝕劑和去蝕膏等，通過(guò)清洗、防護(hù)和快速腐蝕修理等措施，降低裝備故障率，延長(zhǎng)使用壽命。如美國(guó)海軍針對(duì)艦載飛機(jī)規(guī)定了具體的清洗頻率，當(dāng)飛機(jī)在海洋上空在低于一定的高度飛行后，應(yīng)每天對(duì)飛機(jī)進(jìn)行清洗等。目前常用的清洗劑、緩蝕劑的特點(diǎn)及相關(guān)產(chǎn)品如表3[15-16]所示。

良好的腐蝕維修處理可以最大程度地發(fā)揮裝備的效能，節(jié)約資源與費(fèi)用。針對(duì)惡劣使用環(huán)境，可加強(qiáng)裝備檢查，縮短裝備維護(hù)保養(yǎng)周期。除對(duì)裝備正常保養(yǎng)之外，還可通過(guò)超聲、渦流和漏磁等無(wú)損檢測(cè)手段，定期地（可結(jié)合定檢、訓(xùn)練等任務(wù)）對(duì)裝備關(guān)鍵部位，以及從外表很難檢查的部位進(jìn)行檢查，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患，提前進(jìn)行清洗、維修或更換處理，從而避免腐蝕加劇，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

5 結(jié)束語(yǔ)

艦載機(jī)載裝備腐蝕防護(hù)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，單一的設(shè)計(jì)或防護(hù)手段很難避免腐蝕的影響。產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的腐蝕防護(hù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合裝備的具體使用特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，在論證、設(shè)計(jì)、選材和維護(hù)的全壽命周期內(nèi)貫徹腐蝕預(yù)防和控制理念；同時(shí)，應(yīng)加大設(shè)計(jì)和研發(fā)投入，加強(qiáng)新型防腐蝕材料和工藝的開(kāi)發(fā)，重視使用過(guò)程中的腐蝕控制，采用綜合防護(hù)手段控制腐蝕的發(fā)生和發(fā)展，提高裝備在海洋氣候環(huán)境下的腐蝕防護(hù)能力，從而避免重大安全事故的發(fā)生，保障戰(zhàn)斗力和使用壽命。