本文從美國海軍戰略轉變對海軍裝備維護和腐蝕控制需求的影響角度出發，闡述了美國海軍艦船腐蝕控制戰略的形成，航母維護及腐蝕控制理念、體制與技術的發展歷程，以期對國內腐蝕控制愛好者能有所啟示。

 

　　文| 方志剛 海軍裝備研究院

 

　　美國是世界上艦船腐蝕控制技術最發達的國家，更是大型艦船如航母技術最為成熟和完善的國家，迄今已建造了70 余艘航母，目前已發展第三代核動力航母-福特級。作為保證大型艦船戰斗力和快速反應能力的關鍵所在，耗費巨大的維護保障和腐蝕控制工作也一直是美國海軍面對的重大問題，并在其近百年發展史上積累了大量的經驗教訓。我們簡要分析美國艦船維護保障體制、腐蝕控制技術等的發展歷程以及改革創新，期望能對國內腐蝕控制愛好者能有所啟示。

 

　　美國海軍艦船腐蝕控制發展戰略

 

　　美國海軍腐蝕控制戰略思想始于冷戰結束、成熟于21世紀初

 

　　（1） 長時間的“重建造、輕維護”.二戰以后，美國海軍在領先全球戰略方針的引導下，一直積極發展新型、大型戰略及戰術武器系統。然而，對其遍布全球的龐大艦隊的維護保障工作，尤其是腐蝕預防與控制， 長期以來卻一直沒有引起足夠重視。首先， 沒有統一的頂層規劃及指導方針，艦隊維護保障監管機構分散，層次不清，體制流程不盡合理；其次，投入不夠，腐蝕防護技術研發和應用相對滯后于裝備和材料的發展；第三，裝備維護和腐蝕控制評估制度不完善， 缺乏維護和過度維護并存。

 

　　（2） 高在航率、長維修間隔等需求越來越迫切。冷戰結束后，美軍戰略重心向亞太和中東地區轉移，軍費預算和海外基地、駐軍大幅縮減。這就要求海軍艦隊必須具備快速反應能力以應對區域突發危機， 從而使艦隊部署周期逐漸縮短，裝備維護保障工作量日益增加。海灣戰爭的考驗， 使原有裝備維護保障體制的兩方面弊端逐漸凸顯。一方面，繁雜而效率不高的艦隊維護保障工作使維護費用逐年大幅增加； 另一方面，維修周期不合理致使維護失誤、延誤較多，致使裝備安全、艦隊戰備部署和反應能力受到嚴重影響。多方面因素促使美國海軍逐步將裝備維護保障和腐蝕預防與控制體制改革列入日程。

 

　　（3） 腐蝕是裝備維護成本增加的首要因素。阿富汗戰爭和伊拉克戰爭之后，國防部推動的系列調研結果表明：首先，除人員費用以外，腐蝕是造成軍用裝備及基礎設施維護成本增加的首要因素；另外， 腐蝕是軍用裝備及基礎設施全壽命周期內始終存在的普遍問題，腐蝕預防與控制必須作為一項長期戰略而統一實施。

 

　　（4） 腐蝕控制上升到國家戰略高度。進入到新世紀，腐蝕預防與控制開始受到美國國家高層的高度關注。自2003 年底開始，美國國會相繼頒布了一系列公共法案， 將國防裝備特別是HM 的腐蝕預防與控制提升至國家戰略高度，在體制、政策和技術多方面進行統籌考慮。2004 年，美國國防部公布了面向全國武裝力量的《腐蝕預防與減緩戰略規劃》，其宗旨在于：將腐蝕預防與控制貫穿于從裝備采購到維護的全壽命周期，以降低維護成本，減小腐蝕對于軍用裝備安全和戰備的影響。

 

　　美國海軍艦船腐蝕控制依靠體制保障

 

　　（1） 國防部牽頭裝備腐蝕控制的頂層設計。為實施腐蝕預防與減緩戰略規劃， 美國國防部首先確立了以國防部腐蝕政策與監督辦公室（DoD CPO）為首的腐蝕預防與控制頂層機構-國防部腐蝕預防與控制集成開發團隊（DoD CPCIPT），負責起草腐蝕預防與控制實施綱要-《腐蝕預防與控制計劃指導書》。該文件詳細描述了裝備和基礎設施全壽命周期內的腐蝕預防與控制定義、指導方針、操作流程和實施規范。

 

　　（2） 三軍協作進行裝備腐蝕控制工作聯動。國防部指定隸屬于腐蝕預防與控制的陸軍、海軍、空軍腐蝕執行官全面負責各腐蝕預防與控制跨部門協作團隊建設， 并制定腐蝕預防與控制長期規劃。

 

　　（3） 海軍實施腐蝕預防與控制長期規劃。美國海軍部實行了制度層面、管理層面、技術層面三方面的改革舉措，以期實現全海軍裝備的腐蝕預防與控制。

 

　　航母是美國海軍裝備腐蝕控制戰略的核心

 

　　海灣戰爭以前，美國航母維護保養工作沒有統一的頂層過程控制文件，缺乏共同的目標準則。整個維修工作流程是由各部門獨立制定的指導文件來進行控制。由于技術要求不統一而導致航母維護保養經常出現延誤甚至失誤，從而使美軍航母在海灣戰爭中的快速部署能力受到嚴重制約。

 

　　此后，美國海軍部逐步確立了層次清晰的航母維護保障機制，并制定了詳細的過程控制文件和執行規范。目前，美軍航母維修保障機制的框架結構為：組織機構-CT1 工作組，主要職責是監督、審查和改進維修工作流程；執行監管-航母項目執行官，逐步確立了以受助理海軍部長和海上系統司令部雙重領導的項目執行官為核心的項目管理體制；基層實施-修造船廠。整個管理體系職責分明、工作流程順暢、各階段任務明確， 為保障航母的戰備狀態和艦隊快速反應能力提供了必要的體制保障。

 

　　依靠關鍵技術發展來實施腐蝕控制戰略工程

 

　　進入本世紀以來，美國海軍研發并運用了一系列具有可減免維護、長效服役壽命、環境友好、高性價比等優良綜合性能的新型腐蝕防護及腐蝕監檢測新技術，以滿足新形式下大型艦船全壽命服役期內的安全可靠運行和降低維護成本需求。主要包括如下關鍵技術：

 

　　艙室涂層

 

　　1999 年，美國海軍開始將UHS ER 超高固體份快速固化環氧涂料分別應用于包括HM 在內的艦艇艙室維護，取得了理想效果：UHS ER 涂層全部施工時間僅需35h, 可節省40% 的維護工時以及35% 左右的維護成本，1999 年至今仍不需維護，而材料成本等同于傳統涂層體系。

 

　　干舷涂層

 

　　2008 年以來，美軍逐步在水面艦艇干舷和上層建筑上推廣應用單一快速固化聚硅氧烷涂料，也初步取得了預期效果。根據美國航母項目辦公室研究結論，提出了在艙室/干舷維護中使用服役壽命可達15~20 年的新型涂層的要求。另外，美國海軍研究局（ONR）主導的“未來海軍戰力”（FNC） 中長期研究計劃中，早在2004 年就對未來艙室涂層提出了服役壽命達到40 年的更高要求。2008 年開始實施的一項FNC 子項目提出將干舷涂層壽命提高3 倍的目標。

 

　　防污涂層

 

　　目前，美軍HM 采用可滿足12 年服役壽命的含銅自拋光和污損釋放型的防污涂層體系，從而節省了大量維護費用。1997 年，海上系統司令部系統工程分部最早提出了大型水面艦艇入塢間隔延長至12 年的概念，并要求壓載艙涂層和水下船體涂層均需達到12 年服役壽命。

 

　　飛行甲板防滑涂層

 

　　從2009 年開始，海軍研究實驗室已就20 多種體系的F-35 B 和MV-22 艦載機用飛行甲板防滑涂層展開篩選，主要包括熱噴涂涂層、激光熔覆涂層和非晶合金涂層等金屬基涂層，以及聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚磷腈等聚合物涂層。目前，已獲得10 種高耐久性涂層和7 種抗高溫涂層，并在惠德貝島級船塢登陸艦飛行甲板上展開實船驗證。

 

　　腐蝕監檢測技術

 

　　由于大型艦船上有大量的艙室和干舷面積需要維護，近年來美國海軍采取了諸多腐蝕檢測新技術和方法來減免維護艦船艙室和干舷維護工作量，提高維護質量和工作效率，如壓載艙/ 燃油艙艙室腐蝕監測系統、內艙腐蝕遠程監控系統、干舷涂層維護評估系統等。

 

　　腐蝕監控共享網絡系統

 

　　2005 年以來，美國海軍通過基于網絡共享的“腐蝕控制信息管理系統”（CCIMS）， 以用來對所有HM 的艙室進行維護監管， 使2005~2011 年間HM 的腐蝕狀態未知艙室數量由原來的45% 降低至2.3%,累計節省維護費用超過1000 萬美元。

 

　　新型涂層維護技術

 

　　2007 年以來，美國海軍為提高涂層去除的效率并降低成本，在艦船干舷、艙室和甲板涂層維護中逐步推廣感應加熱去除涂層技術。2009 年以后，又推出了效率更高的激光去除涂層技術。

 

　　艦船腐蝕控制必須從戰略到戰術、技術多個層面引起重視

 

　　從美國艦船維護保障和腐蝕預防與控制的發展歷程可以看出，作為確保艦船全壽命周期內有效運行和降低維護保障費用的關鍵所在。

 

　　一是要開展艦船腐蝕控制戰略需求研究。需要開展海軍裝備腐蝕控制戰略研究、戰略管理與組織實施，需要將腐蝕預防與控制工程置于裝備技術發展的重要位置，需要開展腐蝕控制技術發展對艦船戰斗力的影響研究，需要開展艦船腐蝕經濟學研究。

 

　　二是要開展腐蝕控制系統工程理論和方法需求研究。需要開展艦船腐蝕預防與控制的頂層設計，尋求系統控制的方法和途徑； 需要研究腐蝕控制系統工程的管理程序；需要研究腐蝕預防與控制系統控制設計方法、建造方法，減緩腐蝕發生的使用方法和措施， 腐蝕預防與控制的修理方法。

 

　　三是要研究腐蝕控制先進技術/ 材料/ 工藝。進行概念探索，研發材料、表面改性、加工工藝、監檢測等領域的腐蝕科學與技術，以滿足艦船未來的設計需求；采用減少腐蝕和維護的先進技術，擴展原始設計壽命之后的艦船服役壽命，削減艦船設計、建造、服役全壽命周期內的總體成本。具體包括：

 

　　（1） 基礎研究。著重探索新型多功能結構材料，集中研發納米、生物材料及海軍專用合金體系；研究基于科學的腐蝕機制及過程，研究可指導減緩腐蝕技術發展的材料腐蝕發生/ 發展機制；利用表面強化、新型涂層、緩蝕劑或選擇性合金技術，開發可實現優良鈍化的超可靠材料；研究包括微生物影響在內的導致腐蝕發生/ 發展的海水環境及因素，以及相關腐蝕控制技術。

 

　　（2） 優良綜合性能防腐蝕材料研究。研究新型多功能涂層技術，開發具有本征優良性能的新型樹脂；開發低VOC、環境友好及性能改良的有機涂層；開發可等同甚至優于現有材料性能的無機涂層；開發可延長使役壽命的新型涂層材料及工藝。

 

　　（3） 先進腐蝕模型、腐蝕/ 涂層數據庫開發及預測研究。開發多尺度腐蝕模型， 通過對材料、環境和力學性能數據的分析、物理效應關聯與綜合，進行基于腐蝕的材料設計及選擇；開發基于知識共享領域的先進腐蝕預測技術。