金濤　中國航空特種飛行器研究所高級工程師

    十八大以來，加快推進“建設(shè)海洋強國”戰(zhàn)略的深化實施成為我國當(dāng)前和今后一段時期內(nèi)的重要任務(wù)，作為裝備安全性使用的基石，腐蝕防護與控制技術(shù)的發(fā)展水平是影響和制約海軍裝備先進性、可靠性、安全性及綜合作戰(zhàn)能力的重要保障因素。為了全面科普航空裝備防腐技術(shù)前沿，了解中國特種飛行器在防腐技術(shù)研究方面面臨的機遇與挑戰(zhàn)，記者特邀請到中國航空特種飛行器研究所金濤高級工程師做相關(guān)方面的精彩解讀。

    記者：結(jié)構(gòu)腐蝕防護與控制技術(shù)屬于航空裝備的重要技術(shù)領(lǐng)域，未來一段時間基于我國國家戰(zhàn)略規(guī)劃及海洋航空裝備發(fā)展需求，請您談?wù)労Ｑ笱b備腐蝕防護與控制技術(shù)發(fā)展面臨的機遇與挑戰(zhàn)。

    金濤：隨著我國“海洋強國”、“一帶一路”、“海洋十三五規(guī)劃”等重大戰(zhàn)略的提出與實施，越來越多的裝備將使用于惡劣的海洋環(huán)境下，部分環(huán)境正常工作溫度低于零下 30℃，高至零上70℃，溫度最大可達 100%，鹽霧濃度接近 3%，這些高溫、高濕、高鹽霧等惡劣的環(huán)境因素加速裝備腐蝕。XX 直升機海洋環(huán)境下使用以來所暴露出的嚴(yán)重腐蝕問題，表明我國海洋裝備腐蝕防護與控制體制及技術(shù)水平與歐美強國仍存在較大差距，已嚴(yán)重影響飛機的使用安全性和使用壽命。

    我國海洋裝備的需求與發(fā)展將逐漸趨向于深藍海域，對裝備的壽命、使用安全性、可靠性、低成本使用要求越來越高，這不僅對研發(fā)設(shè)計過程中融入腐蝕防護與控制理念提出要求，同時對裝備使用過程中的全面維護與維修提出了新的挑戰(zhàn)。具體表現(xiàn)為：

    一是新形勢海洋裝備的使用要求必須有健全的腐蝕防護與控制管理及技術(shù)體系。美國海洋裝備在各種規(guī)劃的具體落實方面投入了巨大精力，根據(jù)不同時期的戰(zhàn)略需求變化，及時調(diào)整包括設(shè)計、制造、維護與維修等全壽命期的腐蝕防護與控制，對于我國而言沒有遠(yuǎn)海裝備使用的經(jīng)驗，缺乏對于裝備全壽命周期宏觀和微觀腐蝕防護與控制的經(jīng)驗，這就需要有健全的腐蝕防護與控制管理及技術(shù)體系。

    二是裝備從近岸走向遠(yuǎn)海對結(jié)構(gòu) /設(shè)備在極端條件下的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、安全性等提出了更高的要求。裝備在嚴(yán)酷的海洋環(huán)境中服役，必然會面臨腐蝕問題，導(dǎo)致海洋裝備腐蝕問題最為突出。我國海洋裝備將逐步從近海走向遠(yuǎn)洋，裝備服役環(huán)境更為惡劣，對結(jié)構(gòu)/ 設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、長壽命要求越來越高。這就要求裝備在研發(fā)設(shè)計過程中需要充分考慮腐蝕的影響，強化結(jié)構(gòu)抗腐蝕細(xì)節(jié)設(shè)計，增強結(jié)構(gòu)在極端惡劣環(huán)境下的抗腐蝕能力。

    三是海洋裝備壽命要求延長對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料和腐蝕防護材料技術(shù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。過去 60 年來，我國艦船壽命要求不超過 30 年提升到目前的 45 年服役要求，飛機日歷壽命提升至目前大約30 年左右。隨著戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和越來越多的重大戰(zhàn)略裝備進入研制流程，對重大裝備壽命提出了更高的要求，這對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料的耐腐蝕、長壽命、高可靠性提出了挑戰(zhàn)。

    四是大量海軍裝備駐島使用要求積極開展腐蝕維護與維修技術(shù)及其防護產(chǎn)品應(yīng)用研究。海洋惡劣環(huán)境將對裝備造成嚴(yán)重的腐蝕影響，未來一段時間對如何作好島礁裝備的腐蝕維護與維修工作將是面臨的一道難題。

    記者：貴所通過多年的預(yù)先研究開展了諸多腐蝕防護與控制技術(shù)儲備，針對航空裝備海洋環(huán)境下使用模式和發(fā)展需求，請談?wù)勝F所腐蝕防護與控制研究中心當(dāng)前的前沿技術(shù)研究進展情況，如您負(fù)責(zé)的飛機結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測技術(shù)研究進展及應(yīng)用情況。

    金濤：中國特種飛行器研究所腐蝕防護中心以型號腐蝕防護與控制工程應(yīng)用技術(shù)需求為導(dǎo)向，對腐蝕防護與控制的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、前沿技術(shù)等開展了系統(tǒng)研究，突破海洋環(huán)境下使用的防腐蝕關(guān)鍵技術(shù)，為保障重點型號使用對于防腐的需求奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。就目前而言，針對型號研制、使用維護與維修等防腐技術(shù)需求，開展了多項前沿技術(shù)研究，如石墨烯重防腐特種涂料防護技術(shù)、飛機結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測技術(shù)、飛機結(jié)構(gòu)腐蝕仿真模擬與預(yù)測技術(shù)、先進的表面處理工藝等。

    （1）開展了基于石墨烯改性的重防腐特種涂料防護技術(shù)研究。采用氧化石墨烯的表面功能化改性和涂層的微結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)，提升了涂料的防腐性能，探索了高性能石墨烯改性防腐蝕涂料、絕緣石墨烯防腐蝕涂料等配方工藝，開發(fā)的高性能石墨富鋅重防腐涂料，達到了9000h的耐鹽霧性能（劃叉法）。目前，研究中心正在與廣東省航運科學(xué)研究所合作，開展石墨烯防腐涂料在南海民船上的涂裝工作。

    （2）開展了飛機結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測技術(shù)研究。國外基于電化學(xué)的腐蝕損傷監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)了較大的技術(shù)突破，已經(jīng)在軍、民用飛機上實現(xiàn)了工程應(yīng)用。如美國海洋護航衛(wèi)隊在 HC-130、HH-60、HU25 飛機上安裝了幾十個薄片式腐蝕傳感器，以監(jiān)控結(jié)構(gòu)的腐蝕速率及評定使用維護措施的有效性；美國海軍將腐蝕監(jiān)測傳感器應(yīng)用于 C-130、F-16、H-60等飛機上，采集了 3 ～ 5 年的腐蝕環(huán)境或腐蝕速率數(shù)據(jù)，通過傳感器對清洗周期、緩蝕劑和防護體系的性能進行了在線評價。國內(nèi)開展了基于腐蝕引起較大的應(yīng)力或應(yīng)變后監(jiān)測的壓電、光纖、聲發(fā)射等原理的腐蝕監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用，基于電化學(xué)的腐蝕監(jiān)測技術(shù)在石油化工行業(yè)有一定應(yīng)用，但只適用于本體溶液或本體介質(zhì)，不適用于大氣環(huán)境中薄液膜下的腐蝕監(jiān)測。鑒于此，中國特種飛行器研究所依托工信部民機科研專項技術(shù)研究項目開展了飛機結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測技術(shù)研究及腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)研制，借助于電化學(xué)理論分析和試驗驗證，突破了空氣薄液膜狀態(tài)下的電化學(xué)腐蝕監(jiān)測技術(shù)，建立腐蝕特征量與腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)輸出信號的映射關(guān)系，開發(fā)了飛機結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)及可視化軟件分析系統(tǒng)，可實現(xiàn)對空氣薄液膜狀態(tài)下的涂層老化、金屬腐蝕速率、溫度、濕度、環(huán)境嚴(yán)酷度、表面濕度 pH 值、離子濃度的監(jiān)控，該腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)獲得了軍方機關(guān)單位的認(rèn)可并下發(fā)了軍機驗證試飛計劃，并于舟山開展了民用飛機可靠性、穩(wěn)定性及功能性裝機試飛測試驗證，同時獲得了多家行業(yè)內(nèi)單位的采購與合作應(yīng)用。

圖1 氧化石墨烯表面功能化改性示意圖

圖2 石墨烯改性防腐涂層體系的微結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖

    （3）開展了結(jié)構(gòu)腐蝕損傷仿真模擬及預(yù)測技術(shù)研究。目前國內(nèi)飛機結(jié)構(gòu)的抗腐蝕設(shè)計與評估主要是基于實驗室加速環(huán)境試驗、外場暴曬試驗以及使用經(jīng)驗等，其存在試驗周期長、經(jīng)濟成本高、對設(shè)計反饋滯后嚴(yán)重等缺點。國外已通過開發(fā)全尺寸腐蝕模擬仿真和建模工具實現(xiàn)對飛機全機的三維腐蝕仿真模擬。

    國內(nèi)在飛機結(jié)構(gòu)腐蝕模擬預(yù)測技術(shù)方面的研究僅限于試驗室環(huán)境簡單的試片，無法考慮結(jié)構(gòu)幾何、維護等因素對腐蝕的影響，對復(fù)雜環(huán)境及結(jié)構(gòu)難于適用，離實際應(yīng)用尚有距離。中國特種飛行器研究所以水陸兩棲飛機在惡劣的使用環(huán)境下面臨的腐蝕問題為需求背景，針對水陸兩棲飛機使用環(huán)境特點，采用表面電勢、介觀建模分析和機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，開展了基于面結(jié)構(gòu)光的腐蝕損傷高精度立體檢測技術(shù)及圖形算法、基于圖形處理和機器學(xué)習(xí)的蝕坑三維形貌重建技術(shù)、基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的典型結(jié)構(gòu)材料蝕坑萌生及生長規(guī)律、基于表面電勢和介觀建模的典型結(jié)構(gòu)腐蝕預(yù)測與分析技術(shù)等技術(shù)研究，建立機器學(xué)習(xí)、介觀建模、邊界元技術(shù)腐蝕仿真模塊，實現(xiàn)智能化的參數(shù)選擇及其計算流程，構(gòu)建模塊間的相互接口、數(shù)據(jù)傳輸方式及仿真數(shù)據(jù)庫。

    （4）開展了防腐涂層可視化監(jiān)測與評估技術(shù)研究。針對海洋環(huán)境中防腐涂層腐蝕失效可視化監(jiān)測評估的技術(shù)難題，利用三維立體視覺測量系統(tǒng)的無損檢測技術(shù)獲得涂層損傷形貌圖像，通過圖像處理的小波變換、圖像分割、邊緣識別、輪廓檢測與跟蹤等相關(guān)算法，提取防腐涂層腐蝕損傷特征參量，開展防腐蝕涂層腐蝕損傷識別與量化技術(shù)研究，并建立損傷評價體系，系統(tǒng)分析腐蝕程度以及不同腐蝕程度的變化規(guī)律，揭示其不同階段腐蝕損傷的界限規(guī)律。

    記者：在航空裝備型號研制過程中，如何將貴單位的技術(shù)研究成果成功運用于型號研制過程中？

    金濤：中國特種飛行器研究所從“八五”至“十二五”期間開展了大量的航空裝備預(yù)先研究，以型號裝備為依托、以關(guān)鍵技術(shù)為牽引、以裝備服役環(huán)境為出發(fā)點，積極吸收和借鑒國內(nèi)外先進防腐蝕技術(shù)和管理經(jīng)驗，立足現(xiàn)有裝備和現(xiàn)有技術(shù)，努力推進已有研究成果和應(yīng)用，持續(xù)對現(xiàn)有航空裝備進行腐蝕防護與控制技術(shù)改進，有真對性的基于裝備腐蝕防護與控制需求開展腐蝕防護與控制預(yù)先研究，實現(xiàn)了技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。今后的防腐技術(shù)研究工作中，將繼續(xù)強化航空裝備腐蝕防護與控制新技術(shù)、新材料、新工藝研究，有效滿足航空裝備戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和裝備轉(zhuǎn)型對腐蝕防護與控制技術(shù)研究的需求。

    記者：針對國家戰(zhàn)略發(fā)展布局及未來技術(shù)發(fā)展前沿，您認(rèn)為未來型號防腐技術(shù)應(yīng)該關(guān)注的方向，基于此貴所該如何調(diào)整思路和方向開展技術(shù)研究儲備工作？

    金濤：隨著國家海洋戰(zhàn)略的推進，海洋航空裝備得到了跨越式發(fā)展，同時也面臨著使用環(huán)境和使用方式的變化：一是使用環(huán)境發(fā)生了重大轉(zhuǎn)變，將越來越多地在惡劣的海洋環(huán)境下服役；二是使用方式將逐漸發(fā)生重大變化，航空裝備將越來越多地隨艦使用。這就需要具有更強的抗腐蝕能力和更低的維護保障需求，對腐蝕防護與控制技術(shù)也提出了更高的要求。

    中國特種飛行器研究所腐蝕中心瞄準(zhǔn)未來新一代航空裝備海洋環(huán)境下的使用需求，需要重點開展以下幾個方面的技術(shù)研究：針對復(fù)合材料、新型金屬材料和非金屬功能材料在海軍航空裝備使用增多的情況，需要開展復(fù)合材料在海洋環(huán)境下腐蝕特性研究；重點圍繞新一代航空裝備特種防護材料及防護工藝研究，如微弧氧化應(yīng)用技術(shù)、環(huán)保型代鎘工藝、自修復(fù) / 自愈合涂料、石墨烯防腐涂料、隱身涂料海洋環(huán)境下?lián)p傷評估及維護修理技術(shù)、新型密封材料及先進的表面處理技術(shù)等研究；開展基于圖形處理、機器學(xué)習(xí)的蝕坑三維形貌重建技術(shù)以及數(shù)據(jù)驅(qū)動的典型結(jié)構(gòu)材料蝕坑萌生及生長規(guī)律等仿真模擬研究；為提升腐蝕早期發(fā)現(xiàn)及早期維護處理能力，降低維護保障壓力，及早控制腐蝕損傷惡化，需要重點開展健康監(jiān)控應(yīng)用技術(shù)研究；加強腐蝕損傷外場快速修理技術(shù)研究，降低修理對航空裝備的使用影響；針對島礁裝備的嚴(yán)重腐蝕問題，開展駐島裝備的腐蝕維護與維修技術(shù)研究。

    后記：

    采用合理的腐蝕防護設(shè)計和有效的腐蝕控制措施對保證飛機在使用壽命期內(nèi)的飛行安全尤為重要。中國特種飛行器研究所結(jié)構(gòu)腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室針對抗腐蝕設(shè)計與分析、腐蝕損傷分析與評定、腐蝕損傷維護與修理等三個我國航空工業(yè)急需的重要支撐技術(shù)進行全面深入的研究，引領(lǐng)本領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的需求，為我國特種飛行器產(chǎn)業(yè)的飛躍發(fā)展做出了重要貢獻！我們衷心祝愿其百尺竿頭更進一步！

    ●  人物簡介

    金濤，男，漢族，1984 年生，博士后，高級工程師，2014 年畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)獲得材料物理與化學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，荊門市龍泉英才計劃“產(chǎn)業(yè)高端創(chuàng)新人才”，2015 年被評為中航工業(yè)通飛“專業(yè)技術(shù)領(lǐng)軍后備人才”，北京航空航天大學(xué)科研流動站在站博士后（2017 年 7 月出站）。主要從事航空材料相關(guān)方向的研究工作，在中國特種飛行器研究所腐蝕防護與控制研究中心主要從事飛機抗腐蝕設(shè)計、腐蝕損傷監(jiān)測與分析等技術(shù)工作，現(xiàn)在主要負(fù)責(zé)管理腐蝕中心預(yù)先研究課題（包括工信部民機科研、海裝、空裝、國防科工局等渠道預(yù)先研究課題），分管結(jié)構(gòu)腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室日常運行工作，現(xiàn)擔(dān)任工信部民機專項科學(xué)技術(shù)研究“通用飛機水上使用的新型密封與防腐蝕測試技術(shù)研究”課題負(fù)責(zé)人，組織申報成功工信部民機科研“大型水陸兩棲飛機結(jié)構(gòu)腐蝕防護與控制技術(shù)研究”和《水陸兩棲飛機結(jié)構(gòu)腐蝕防護與控制設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究》項目，參與了多款型號研制的頂層文件編寫工作。長期跟蹤并開展并突破了飛機結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測技術(shù)，研制出飛機結(jié)構(gòu)腐蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了飛機工程化應(yīng)用。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，其中SCI收錄18篇，EI收錄3篇；申請專利 4 項，授權(quán) 1 項，受理 3 項。

 聲明：本網(wǎng)原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載時請務(wù)必標(biāo)明文章來源和作者信息。未經(jīng)允許，嚴(yán)禁用于商業(yè)用途。