做好抗腐蚀工作,为武器装备穿上“金钟罩”

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。

国内外舰载飞机高效抗腐蚀

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。

波音飞机起落架采用了不同于飞机蒙皮底漆的耐化学品和介质的专用BMS10-11防腐底漆,其耐盐雾性能提到3000小时,而蒙皮底漆BMS10-79耐盐雾性能为1000小时。MIL-PRE-23377J中蒙皮底漆耐盐雾性能指标为2000小时。由此可以看出,起落架的防护采用的是更加耐化学品耐介质和耐腐蚀的防护涂层。

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”。

美、英等发达国家还十分重视飞机的使用维护,在日常维护及修补方法方面有较大投入,即使在飞机设计和制造阶段也采用了完整有效的腐蚀防护措施。由于服役环境的不确定性,在使用中腐蚀仍将不可避免的会产生。而及时有效的腐蚀维护能够大大减轻和延缓飞机结构的腐蚀,是舰载机腐蚀控制的重要一环。

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。

高性能的表面防护涂层材料,是舰载机腐蚀防护控制中的关键材料,欧美等国家已经制定了较为详细的高性能表面防护材料体系和材料规范。欧美等国家一般要求防护面漆应具有优异的抗紫外线性能、杰出的光泽保持率和保色性、耐盐雾性能、优异的抗高低温冲击性能以及便捷的现场清洗维护性能等,底漆具有良好的耐丝状腐蚀性能及施工性能,与面漆配套使用,具有较好的相容性。

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。

美国波音公司研制的舰载机F/A-18E/F、T-45,采用的是高固体份防护环氧底漆MIL-P-23377和聚氨酯蒙皮面漆MIL-PRF-85285。环氧底漆具有优异的耐化学品性好及较好的施工性能,底漆经1000小时丝状腐蚀后,划痕处生长的丝长不超过3.2mm,其与配套蒙皮面漆使用,耐盐雾2000小时后,在划痕处仍不出现腐蚀问题,具有优异的抗腐蚀性能;聚氨酯蒙皮面漆具有较好的保色性能,耐盐雾性能及抗污染能力,使用寿命达到20年以上,大大减轻了飞机的日常维护工作。美国海军的飞机、欧洲的协和超声速客机、日本全日空公司的几百架飞机均采用了聚氨酯含氟蒙皮涂料。目前,美国试图追求寿命达30年以上的新型涂层的研究工作,涂层特别需要考虑涂层抵抗紫外线、冷热有机流体、海水、湿度与温度循环、机械应力和磨损等因素的作用能力。

制图:赵文环

关键涂层材料研究现状

■张瑷敏 玥 凡

舰载飞机高效抗腐蚀关键涂层材料最新研究进展

未来更重“强身健体”

舰载机是人民海军近海防御与远海护卫不可或缺的武器装备,其以航空母舰为起降平台,随航母在广阔大洋上服役,处于极端的腐蚀环境,主要受到高盐雾、高湿热、含硫废气、微生物、季候风、雨水和海量冲刷等影响,极易导致机体结构及系统严重腐蚀。腐蚀可造成机体结构损伤和功能系统失效,增加维修成本,降低使用寿命,甚至危及飞行安全。表面防护涂层材料是舰载机腐蚀防护控制中的关键材料,是保护机体结构,防止腐蚀损伤的关键功能材料,其性能的优劣直接影响舰载飞机的出勤率、维修成本及使用寿命。因此,建立舰载飞机高效抗腐蚀关键涂层材料体系已经成为舰载飞机设计的关键。

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。

航空工业沈阳所是我国首款固定翼舰载战斗机的总体设计单位,确保飞机服役期间不发生影响飞机安全使用的腐蚀,责无旁贷。在国防科工局的大力支持下,以型号副总设计师、航空工业首席专家杨旭为负责人的技术团队,迎难而上,根据舰载机的服役环境和设计要求,参照国际先进抗腐蚀涂层体系的技术指标,结合国内抗腐蚀涂层研制及应用的现状,提出了具有国际水平的舰载战斗机抗腐蚀涂层体系技术指标,目标是确保舰载飞机防护涂层材料的综合防护能力提高60%以上。2013年经过严格审查,开展了舰载飞机高效抗腐蚀防护体系关键涂层材料工程化及应用研究。组成了由航空工业沈阳所牵头,国内优势单位参加的项目攻关团队,经过近5年的艰苦攻关,成功突破高耐候性防护面漆和底漆等13种材料的配方设计和制备工艺优化、涂层材料施工工艺优化技术、涂层体系厚度优化技术、加速腐蚀试验环境谱与实际腐蚀当量关系、典型件在海洋环境下防护涂层腐蚀损伤表征与评估、腐蚀防护涂层体系考核典型试验件的优化设计等15大项关键技术,申报了15项国家、国防专利,成功研制并建立了国内首套满足舰载飞机设计及使用要求的舰载飞机高效抗腐蚀防护涂层材料体系,已在国内多个型号舰载飞机上应用,实现了我国舰载机防护涂层材料体系的升级换代。

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”。

另外,美、英等发达国家也十分重视新的或改进的防腐涂层在飞机上的应用研究,并建立评定涂层的加速试验方法对涂层性能功能考核。

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我国在役舰载机采用的防护材料是在九五期间开展研制的,并在十一五期间推广应用到重要航空武器装备上,使我国战斗机外表面防护涂层材料达到当时国际先进水平,但当时的设计仅是基于陆基飞机的设计要求。铝合金材料用防护底漆没有耐丝状腐蚀性能,底漆和面漆配套后,未考虑到涂层破损时,涂层的抗腐蚀防护性能,而复合材料用底漆、高强钢用底漆、缓蚀剂和清洗剂等与国外指标存在较大差距,且我国目前仍没有针对舰载机建立完善的舰上快速维护修补专用防护材料。因此,建立具有优异抗腐蚀防护性能的舰载飞机高效关键涂层材料已经是我国舰载飞机腐蚀防护设计的关键。

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。

国外军机复合材料表面防护涂层系统一般采用底、面漆双层的涂层系统,如无铬溶剂型防护底漆加柔韧型的防护面漆涂层系统、无铬水基防护底漆加柔韧型的防护面漆涂层系统。无铬溶剂型防护底漆起到封闭复合材料表面孔隙隔水防潮的作用。高柔韧性特征主要是满足复合材料表面抗雨蚀、砂蚀、磨蚀对涂层力学性能的要求,涂层太脆在遇到雨蚀、砂蚀、磨蚀时,会导致涂层开裂脱落丧失防护能力。波音飞机复合材料表面防护采用了不同于飞机蒙皮底漆BMS10-79的耐雨蚀耐湿热循环的无铬防护底漆BMS10-103底漆,此底漆不含铬酸盐等防腐蚀颜料,耐雨蚀性能达到7级以上,耐湿热循环性能达到0级或1级,而蒙皮底漆BMS10-79没有耐湿热循环性能要求。由此可以看出,复合材料的防护更加注重湿热所引起的疲劳损伤,采用的是更加耐湿热和环保的无铬溶剂型防护涂层。