魏世丞 陸軍裝甲兵學(xué)院裝備保障與再制造系主任、研究員、博導(dǎo)

    裝甲裝備被稱為“陸戰(zhàn)之王”，承擔(dān)著平時(shí)軍事訓(xùn)練、戰(zhàn)時(shí)作戰(zhàn)的重大責(zé)任。為滿足未來軍事戰(zhàn)爭的需要，使用和管理好我軍現(xiàn)有的裝備，提高裝備的完好率，延長裝備的使用壽命，充分發(fā)揮裝備的作戰(zhàn)威力，已成為裝甲裝備面臨的主要問題之一。高科技武器裝備的發(fā)展和使用，需要高科技的維修保障技術(shù)。現(xiàn)代軍事裝備日趨復(fù)雜，維修費(fèi)用在裝備系統(tǒng)中所占比例越來越大，由于腐蝕或與腐蝕相關(guān)的維修問題也越來越突出。因此，需要有針對(duì)性地采取合適和必要的腐蝕防護(hù)措施，將具有重大的軍事意義和經(jīng)濟(jì)效益。

    一、裝甲裝備腐蝕現(xiàn)狀分析

    裝甲裝備根據(jù)腐蝕部位不同，主要發(fā)生在：車體部分、行動(dòng)部分、動(dòng)力部分、操縱部分和武器部分，下面分別介紹其腐蝕狀況。

    1. 車體部分腐蝕狀況

    水陸兩棲裝甲裝備在沿海服役，銹蝕比較嚴(yán)重的部位有：翼板、裙板、前后浮箱、與行動(dòng)部分相鄰的車體，前后浮箱存在較嚴(yán)重的撞擊變形，被撞擊部位出現(xiàn)脫漆現(xiàn)象和嚴(yán)重銹蝕車體上半部、炮塔部分，如圖 1 所示。油漆保護(hù)層較完整，只有少量因劃痕、碰撞而造成的局部小塊油漆脫落，油漆脫落處均有相應(yīng)大小的銹蝕，如圖 2 所示。

    2. 行動(dòng)部分腐蝕狀況

    行動(dòng)部分腐蝕嚴(yán)重的部位主要有：履帶（圖 3 所示）、負(fù)重輪、誘導(dǎo)輪、平衡肘限制板固定螺栓、主動(dòng)輪大螺帽、側(cè)減速器固定螺栓及其它部位的固定螺栓等。平衡肘限制板固定螺栓、負(fù)重輪、誘導(dǎo)輪軸承蓋固定螺栓等零部件的腐蝕最為嚴(yán)重，部分螺栓連接因銹蝕而喪失了連接強(qiáng)度，在保養(yǎng)過程中，許多螺栓拆卸時(shí)因“銹死”而被擰斷，如圖4所示。

    3. 動(dòng)力部分腐蝕狀況

    動(dòng)力部分零部件的腐蝕環(huán)境主要為高鹽霧。一般不與海水直接接觸，但傳動(dòng)部分零部件表面的電解質(zhì)水膜一般難以消除，特別是車輛上岸后，傳動(dòng)部分主要零部件在保養(yǎng)中不允許用淡水進(jìn)行沖洗。在陽光照射下，車體溫度迅速上升，車內(nèi)底部留存的海水因高溫蒸發(fā)導(dǎo)致蒸騰的鹽霧非常嚴(yán)重，與空氣接觸的傳動(dòng)部分零部件表面處于更為惡劣的腐蝕環(huán)境中。傳動(dòng)部分零部件的腐蝕磨損因部件的結(jié)構(gòu)不同和功能不同而異，如某式水陸坦克曲軸、齒輪等，如圖 5、圖 6 所示。

    4. 操縱部分腐蝕狀況

    操縱部分活動(dòng)零部件較多，零部件的腐蝕環(huán)境主要為高鹽霧。操縱部分銹蝕比較嚴(yán)重的零部件主要包括拉桿、拉桿接頭、銷子、助力彈簧等。某水陸坦克和某裝甲輸送車兩種車型的操縱部分零部件均出現(xiàn)腐蝕，腐蝕使活動(dòng)部位摩擦阻力加大，導(dǎo)致操作困難，經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)向困難甚至操作失靈。部分車輛左右轉(zhuǎn)向離合器的長拉桿及接頭因嚴(yán)重銹蝕已無法進(jìn)行調(diào)整。

    5. 武器部分腐蝕狀況

    武器部分零部件的腐蝕環(huán)境主要為高鹽霧和個(gè)別部位密封不好直接接觸海水。例如，火炮部分的炮塔座圈在訓(xùn)練中易出現(xiàn)銹蝕，主要原因是炮塔座圈與炮塔之間密封較差，海水夾帶泥沙進(jìn)入彈子槽，海水腐蝕與沙粒研磨綜合作用破壞了其靈活運(yùn)動(dòng)關(guān)系，有的炮塔電機(jī)因載荷過大而被燒毀。

    綜上所述，目前軍用裝備的腐蝕防護(hù)處理頻率高、工作量大，占用大量時(shí)間和人力，腐蝕造成了裝備損壞或性能降低，嚴(yán)重影響戰(zhàn)斗力。此外，隨著高新裝備不斷配備部隊(duì)，又出現(xiàn)了許多新的腐蝕問題，如坦克和裝甲車輛排氣管等都受到不同程度的腐蝕與磨損，使裝備的故障率增加，影響著裝備戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。但由于防腐措施不到位，嚴(yán)重影響了裝備的使用壽命及部隊(duì)的戰(zhàn)斗力，已經(jīng)成為亟待解決的問題。

    二、表面防護(hù)技術(shù)在裝甲裝備上的應(yīng)用

    采用表面防護(hù)以及再制造關(guān)鍵技術(shù)可以很好地防止或延緩腐蝕，是一種行之有效的防腐技術(shù)措施，已取得了顯著的軍事效益和經(jīng)濟(jì)效益。目前已推廣應(yīng)用或處于研究階段的腐蝕防護(hù)表面防護(hù)技術(shù)包括高速電弧噴涂防腐技術(shù)、納米電刷鍍防腐技術(shù)、等離子噴涂防腐技術(shù)、非晶態(tài)合金化學(xué)鍍層防腐技術(shù)、納米固體薄膜減摩防腐技術(shù)、納米防腐涂料及涂裝技術(shù)等。

    1. 高速電弧噴涂防腐技術(shù)

    電弧噴涂技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一是長效防腐涂層的制備，電弧噴涂鋅、鋁及鋅鋁合金涂層具有優(yōu)良的防海水、海洋大氣、鹽霧以及土壤的腐蝕能力，加入稀土可以有效地改善涂層的物理化學(xué)性能，提高涂層的耐腐蝕性能。

    Zn-15Al 涂層材料防腐效果良好，是國內(nèi)廣泛應(yīng)用的防腐蝕材料。涂層中 A1 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過 13％～ 15％時(shí)，Zn-A1 合金涂層既具有純 Zn 涂層對(duì)鋼鐵基材有效的陽極保護(hù)，對(duì)點(diǎn)腐蝕和裂紋不敏感的特點(diǎn)，又因涂層中含有足夠的 Al，能夠形成完整的 Al 2 O 3 保護(hù)膜而耐環(huán)境腐蝕。Zn-Al 合金涂層是替代 Zn和 A1 涂層的極具發(fā)展前途的耐蝕金屬涂層。在 Zn-Al 耐蝕涂層的基礎(chǔ)上，裝備再制造技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室又開發(fā)了Zn-Al-Mg及Zn-Al-Mg-RE涂層。

    這兩類涂層由于具有“自封閉”作用，進(jìn)一步提高了涂層耐腐蝕性能。采用該技術(shù)后防腐蝕壽命延長至 15 年以上，目前已對(duì)水陸坦克車體進(jìn)行了防腐處理，應(yīng)用證明防腐效果良好。

    2. 納米電刷鍍防腐技術(shù)

    將納米材料與電刷鍍技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了納米復(fù)合電刷鍍技術(shù)。它是在常規(guī)電刷鍍鍍液中加入一種或幾種納米顆粒，通過高能機(jī)械化學(xué)法使納米顆粒均勻分散并穩(wěn)定懸浮，刷鍍過程中納米顆粒與基質(zhì)金屬鎳發(fā)生共沉積，從而得到彌散分布著硬質(zhì)納米顆粒的復(fù)合刷鍍層，提高了基體材料的防腐性能。應(yīng)用納米電刷鍍技術(shù)在某型坦克連桿上實(shí)施了再制造，經(jīng)實(shí)車考核試驗(yàn)后，已被批準(zhǔn)用于該類零部件的批量修復(fù)，創(chuàng)造了巨大的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。

    3. 等離子噴涂防腐技術(shù)

    等離子噴涂是繼火焰噴涂、電弧噴涂之后發(fā)展起來的種新的噴涂技術(shù)，工業(yè)應(yīng)用始于上世紀(jì) 70 年代。等離子噴涂采用噴槍產(chǎn)生的等離子流將粉末加熱和加速，在熔融或接近熔融的狀態(tài)下噴向母材表面形成涂層。等離子弧溫度高達(dá) 16000℃，噴流速度達(dá) 300 ～ 400m/s，因而可以噴涂各種高熔點(diǎn)、耐磨、耐熱涂層。用該法制備的涂層有較高的結(jié)合強(qiáng)度，氣孔及夾雜少，因而涂層特性好，尺寸也易于控制，更適合于陶瓷材料的噴涂。選用惰性氣體作介質(zhì)，減少了粒子飛行過程中的氧化，因此等離子噴涂廣泛應(yīng)用于耐蝕、耐磨、隔熱、絕緣、抗高溫涂層的制備。

    4. 非晶態(tài)合金化學(xué)鍍層防腐技術(shù)

    非晶態(tài)合金化學(xué)鍍層技術(shù)是一種在不加外電流的情況下，利用化學(xué)還原的方法使鎳陽離子還原成金屬鎳并沉積在催化金屬表面上的方法。該技術(shù)通過控制磷含量得到的非晶態(tài)鍍層致密、孔隙少，耐腐蝕性能優(yōu)于電鍍層。

    由于非晶態(tài)鍍層無晶界，不存在晶界腐蝕，因而抗腐蝕性能特別優(yōu)異。非晶態(tài)合金強(qiáng)化鍍層幾乎不受堿液、中性鹽水、淡水和海水的腐蝕。在 3.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鹽水中的腐蝕速度，鍍層只有1.21μm/a，在海水或鹽霧條件下，零件表面如果沉積 40 ～ 50μm 厚的鍍層進(jìn)行保護(hù)，可以確保零部件 20 ～ 30 年不腐蝕。目前該技術(shù)已經(jīng)用于解決兩棲裝備的腐蝕防護(hù)問題。

    5. 納米固體薄膜減摩防腐技術(shù)

    納米固體薄膜減摩防腐技術(shù)是將固態(tài)物質(zhì)涂（鍍）于摩擦界面，起到固體潤滑作用，以降低摩擦，減少磨損，同時(shí)具有防止腐蝕的作用。納米固體薄膜減摩防腐技術(shù)特別適用于解決苛刻腐蝕環(huán)境條件下的潤滑和防腐難題。

    通過添加納米 Al 2 O 3 后，固體潤滑干膜的磨損體積減小，添加比例越大，磨損體積越小，高添加比例的潤滑干膜比普通潤滑干膜磨損體積減少了3～5倍，鹽霧腐蝕試驗(yàn)＞ 100 h。納米固體潤滑膜已在兩棲裝甲車輛的部件上得到應(yīng)用。

    6. 納米防腐涂料及涂裝技術(shù)

    采用納米材料合成高性能無機(jī)硅酸鹽樹脂，并研制成功了鈦納米聚合物涂料、有機(jī)硅改性水性無機(jī)硅酸鹽富鋅涂料，將其作為鋼結(jié)構(gòu)長效防腐底漆。針對(duì)不同環(huán)境，設(shè)計(jì)綜合保護(hù)涂層體系。

    該技術(shù)應(yīng)用于某發(fā)射基地發(fā)射塔部分功能區(qū)的防腐蝕。經(jīng)應(yīng)用考核，漆膜防護(hù)性能優(yōu)異，涂層完好如新，無任何粉化、腐蝕銹斑等損壞現(xiàn)象發(fā)生。微納米鋅粉 / 磷酸鹽無機(jī)自干防腐底漆進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性能測(cè)試，涂層性能良好。

    三、展望

    隨著科技的迅猛發(fā)展，新材料技術(shù)在裝甲裝備上的應(yīng)用有了長足進(jìn)步，裝備性能也得到了顯著提升。裝備的防護(hù)是一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程，不但要知其然更要知其所以然。因此，基礎(chǔ)性的研究是學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn)。只有盡可能地全面掌握不同環(huán)境對(duì)裝備材料的影響規(guī)律，分析材料的協(xié)同作用與影響機(jī)理、材料組織結(jié)構(gòu)特征的演化機(jī)制，才能有針對(duì)性地設(shè)計(jì)和研發(fā)性能可靠、工藝簡便的新型材料，同時(shí)建立材料服役壽命預(yù)測(cè)及相關(guān)評(píng)價(jià)機(jī)制，有針對(duì)性地對(duì)裝備材料開展壽命預(yù)測(cè)分析，為服役過程中損傷的動(dòng)態(tài)提取和壽命演變規(guī)律研究提供技術(shù)支撐。

    ●  人物簡介

    魏世丞，陸軍裝甲兵學(xué)院裝備保障與再制造系主任、研究員、博導(dǎo)。主要從事表面工程、再制造工程、裝備腐蝕防護(hù)的教學(xué)與科研工作。是軍隊(duì)科技創(chuàng)新人才工程“科技領(lǐng)軍”培養(yǎng)對(duì)象。享受政府特殊津貼，獲中國科協(xié)“求是杰出青年實(shí)用工程”獎(jiǎng)，入選國家百千萬人才工程，獲有“突出貢獻(xiàn)中青年專家”稱號(hào)。

    兼任中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接分會(huì)理事、海洋防腐蝕產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事、中國工業(yè)防腐蝕標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)委員、中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接分會(huì)堆焊與表面工程委員會(huì)委員，海洋腐蝕與防護(hù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、航空材料先進(jìn)腐蝕與防護(hù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)委會(huì)委員。主持及參與了國家、軍隊(duì)科研項(xiàng)目 30 余項(xiàng)，2012 年獲國家自然科學(xué)基金“優(yōu)秀青年基金”資助，2017年獲軍委科技委卓越青年基金資助。先后出版專著12部，發(fā)表論文108篇，SCI 33篇、EI 59篇。獲授權(quán)國家（防）發(fā)明專利 12 項(xiàng)、受理國家（防）發(fā)明專利 5 項(xiàng)。先后獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、軍隊(duì)及部委級(jí)科技一等獎(jiǎng) 6 項(xiàng)。