腐蝕是材料損壞的一種潛伏形式。 由于腐蝕縮短軍用器材的壽命，而且常常也是器材突然失效的原因，所以它無論在經(jīng)濟(jì)上還是在軍事上的損失都是相當(dāng)大的。

因?yàn)橐筌娛卵b備易于維護(hù)、可靠、具有使用功能和滿足戰(zhàn)備需要，尤共是經(jīng)過長期使用、儲(chǔ)存或閑置之后，軍事裝備仍應(yīng)滿足上述要求，所以防腐蝕對陸軍有極共重要的意義。由腐蝕所引起的損壞總是妨礙著對軍用器材進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用。

腐蝕和防腐蝕這個(gè)復(fù)雜問題對美國有限的能源、原材料資源和自然環(huán)境所造成的額外負(fù)擔(dān)也不斷地增加了人們的關(guān)注。

因?yàn)楦g是如此一種復(fù)雜的現(xiàn)象,所以至今仍然沒能很好地了解腐蝕和防腐蝕的機(jī)理。腐蝕有多種類型: 一些主要的腐蝕類型是均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、疲勞、摩擦腐蝕、微生物腐蝕、氫脆、硫化和高溫氧化。

腐蝕造成美國在經(jīng)濟(jì)上的損失估計(jì)每年超過700億美元，相當(dāng)于美國國民生產(chǎn)總值的4%以上。其中，某些損失是可以避免的，并可通過適當(dāng)應(yīng)用現(xiàn)有控制損壞和防腐蝕的技術(shù)大大地減少，但是要減少其余的損失費(fèi)用則要求技術(shù)進(jìn)步。

陸軍材料和力學(xué)研究中心(AMMRC)是材料技術(shù)方面領(lǐng)先的研究所，接受陸軍器材發(fā)展與準(zhǔn)備司令部(簡稱器材部)總部分派的任務(wù),研究器材部的防腐蝕規(guī)劃。它和器材部的產(chǎn)品保證管理局合作制訂了防護(hù)和控制器材損壞的規(guī)劃。

器材部1979年10月16日的702一24規(guī)程確定了實(shí)施這項(xiàng)規(guī)劃的政策、步驟和任務(wù),該規(guī)劃的主要目的是減少陸軍器材的損壞。該規(guī)劃由產(chǎn)品保證管理局局長在AMMRC的協(xié)助下集中管理。有關(guān)該規(guī)劃的建議是由一個(gè)中央領(lǐng)導(dǎo)委員會(huì)提出的，該委員會(huì)由器材部下屬有關(guān)司令部AMMRC和陸軍器材系統(tǒng)分析局的成員所組成。

這項(xiàng)規(guī)劃的任務(wù)是：確保最大限度地使用防止器材損壞的現(xiàn)代化技術(shù)，從設(shè)計(jì)、材料選擇、制造工藝、技術(shù)資料、產(chǎn)品保證、野外和倉庫維護(hù)、反饋數(shù)據(jù)和訓(xùn)練要求等方面提供防止器材損壞的情況；保證所有適用于陸軍產(chǎn)品系統(tǒng)及有關(guān)裝備的合同都應(yīng)包含防止器材損壞規(guī)劃的要求。

這項(xiàng)規(guī)劃的重點(diǎn)包括 對器材部的工廠每三年檢查一次，建立器材損壞的情報(bào)中心，宣傳取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，協(xié)調(diào)訓(xùn)練計(jì)劃，修改軍事規(guī)格、軍事標(biāo)準(zhǔn)和軍事手冊以及促進(jìn)技術(shù)研究。

武器系統(tǒng)技術(shù)方面的不斷進(jìn)步表現(xiàn)在采用新的技術(shù)方案、新材料和適應(yīng)新的環(huán)境，這就要求獲得新的知識(shí)和技術(shù)數(shù)據(jù)以保證防止武器裝備的腐蝕損壞。此外，器材在制造、儲(chǔ)存和戰(zhàn)場使用期間的失效也說明需要對各個(gè)過程進(jìn)行不斷監(jiān)視。打算對研究、發(fā)展、試驗(yàn)和鑒定過程進(jìn)行調(diào)查研究，以便給軍事器材的設(shè)計(jì)者和使用者提供短期和長期解決多方面腐蝕問題的途徑。

正在對腐蝕的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究進(jìn)行調(diào)研AMMRC將系統(tǒng)地訂出技術(shù)計(jì)劃與規(guī)劃，用以確定為改進(jìn)武器系統(tǒng)所必須解決的重大問題。

AMMRC參加采購陸軍器材的全過程。現(xiàn)行工作包括研究和發(fā)展計(jì)劃、工程計(jì)劃、試驗(yàn)研究計(jì)劃、標(biāo)準(zhǔn)化及制造技術(shù)計(jì)劃。所考慮的結(jié)構(gòu)材料包括金屬、陶瓷、有機(jī)材料和復(fù)合材料。

為了獲得最大的技術(shù)效益，AMMRC推薦并完成在工業(yè)技術(shù)規(guī)劃中的材料加工、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化、制造等研究項(xiàng)目。AMMRC的任務(wù)是對參與的材料技術(shù)規(guī)劃(包括在AMMRC和器材部所屬其它研究單位所進(jìn)行的腐蝕基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究)實(shí)施技術(shù)管理。

器材部下屬各主要司令部的任務(wù)是研制和生產(chǎn)美國部隊(duì)所需要的器材。因此，多數(shù)下屬司令部的人員都經(jīng)常注意有可能發(fā)生的阻礙有秩序和有效地供給和利用軍事裝備的問題。例如，導(dǎo)彈司令部，在各種導(dǎo)彈系統(tǒng)中都出現(xiàn)了精密監(jiān)控器的問題。

表 1 列出了多種導(dǎo)彈系統(tǒng)和各種導(dǎo)彈零部件（有大、有小）。簡略地審查一下問題蘭可看出，產(chǎn)品從設(shè)計(jì)和選擇合適的材料開始、經(jīng)過生產(chǎn)和儲(chǔ)存的整個(gè)壽命周期都需要防腐蝕。表中第一項(xiàng)研究了小斗犬導(dǎo)彈三年儲(chǔ)存期后的性能。第二項(xiàng)研究了用聚氨醋涂料防止小懈樹導(dǎo)彈燃料箱中的有害化學(xué)反應(yīng)。應(yīng)力腐蝕開裂被確認(rèn)為是引起第三項(xiàng)彈簧損壞的失效機(jī)理。

表1 導(dǎo)彈的腐蝕問題實(shí)例

說明大范圍腐蝕問題的其它例子示子表2。軍械研究和發(fā)展司令部調(diào)查了小火箭、小炸彈、引信、連接器、匯流條電纜和步槍緞件的腐蝕影響。此外，還研究了大型設(shè)施(例如彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)司令部所屬夸賈林島工廠和北達(dá)科他基地)對腐蝕的敏咸性。

如表 2 所示，由于表面預(yù)處理不當(dāng)引起迫擊炮彈和火炮炮彈腐蝕的出現(xiàn)率和嚴(yán)重性在近年內(nèi)已有增加。返修彈藥(退漆和重新涂漆)費(fèi)用，每發(fā)155毫米炮彈需11一15美元,每發(fā)105毫米炮彈需4一6美元。原來的清洗和涂漆費(fèi)用比這些數(shù)字小得多。

返修105毫米、155毫米和8英寸炮彈的費(fèi)用超過一千萬美元。

另外一個(gè)有重大影響的向題是十噸、2十噸和5噸的戰(zhàn)術(shù)車輛在夏威夷的銹蝕問題。甚至運(yùn)送到夏威夷的新車輛，由于高濕度 (70一80%)，鹽污染和嚴(yán)重大氣污染的惡劣環(huán)境，也出現(xiàn)早期銹蝕。 在陸軍幾個(gè)大陸基地(貝爾、沃堡、米德堡和胡德堡)M151系列十噸卡車將近25%嚴(yán)重銹蝕。陸軍器材系統(tǒng)分析局發(fā)現(xiàn)，銹蝕嚴(yán)重程度受環(huán)境的影響似乎超過車齡的影響。陸軍戰(zhàn)術(shù)卡車車隊(duì)的腐蝕損失估計(jì)每年為320一480萬美元。坦克與機(jī)動(dòng)車司令部正采取措施保護(hù)現(xiàn)有的軍用車隊(duì)，確保所有新生產(chǎn)的戰(zhàn)術(shù)車輛和檢修車輛不銹蝕。該司令部已開始了一個(gè)長期的研究計(jì)劃，發(fā)展能生產(chǎn)無銹車輛的技術(shù)。

表2 軍械腐蝕問題實(shí)例

AMMRC和陸軍其它單位合作進(jìn)行的關(guān)于一些零部件的失效分析結(jié)果見表 3,涉及許多不同的金屬，包括鋁、鎂、鋼、超耐熱合金和高熔點(diǎn)金屬。腐蝕是引起表 3 所示各種零部件失效的次要或主要原因。絕大多數(shù)問題都涉及到戰(zhàn)爭用裝備(例如飛機(jī)、地面車輛和導(dǎo)彈)的零部件。

粗略檢查表 3 可知，陸軍的腐蝕問題并不限于部隊(duì)使用的裝備，還包括生產(chǎn)武器和彈藥所需要的工具和設(shè)備。

在生產(chǎn)硝基胍和TNT炸藥時(shí)碰到的問題促使陸軍開始研究加工彈藥所用設(shè)備和建筑材料的腐蝕。這項(xiàng)工作最初是按彈藥生產(chǎn)基地現(xiàn)代化和擴(kuò)建規(guī)劃的要求做的。AMMRC的任務(wù)是為制造硝基胍和TNT炸藥用的硫酸和硝酸的生產(chǎn)設(shè)備提供材料選擇咨詢。此外，對已失效的部件(例如酸儲(chǔ)存罐、接收罐、換熱器、襯里、冷凝器和泵)進(jìn)行了冶金分析。

產(chǎn)品失效分析和產(chǎn)品發(fā)展研究確認(rèn)，需要通過改進(jìn)防腐蝕技術(shù)對陸軍負(fù)責(zé)的任務(wù)范圍補(bǔ)充支援。陸軍最重要的任務(wù)范圍包括︿飛機(jī)、導(dǎo)彈、軍械、裝甲車輛、司令部的指揮和通訊、情報(bào)、后勤和人員支援、飛行器、地面機(jī)動(dòng)性障礙和反障礙、化學(xué)戰(zhàn) 生物防護(hù)以及激光武器。

只有增加對基礎(chǔ)現(xiàn)象的理解才可能進(jìn)一步改善材料的許多功能和性能。因此，陸軍對基礎(chǔ)研究有很大的興趣。缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)或理論方法常常阻礙應(yīng)用研究或探索發(fā)展研究的進(jìn)展。

腐蝕基礎(chǔ)機(jī)理研究的主要發(fā)起單位是陸軍研究局(ARO)。一般說來，這些基礎(chǔ)研究是由美國高等院校的著名研究員進(jìn)行的。研憲腐蝕基礎(chǔ)的高等院校有：亞利桑那國立大學(xué)、紐約大學(xué)、倫塞勒工業(yè)學(xué)院、北卡羅來納國立大學(xué)、美國大學(xué)、佐冶亞工業(yè)學(xué)院、麻省理工學(xué)院、明尼蘇達(dá)大學(xué)和波特蘭國立大學(xué)。

有害物質(zhì)對結(jié)構(gòu)金屬和鍍層金屬的直接化學(xué)侵蝕仍然是一個(gè)棘手的問題。陸軍研究局發(fā)起了一些基礎(chǔ)研究，以便弄清在鋼中產(chǎn)生摩擦腐蝕疲勞開裂的機(jī)理。摩擦腐蝕及其結(jié)果已經(jīng)給發(fā)動(dòng)機(jī)和陸軍飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件帶來了嚴(yán)重的影響。

正在研究材料在熱流動(dòng)介質(zhì)中的燒蝕機(jī)理，研究在炮管、燃?xì)廨啓C(jī)和導(dǎo)彈推進(jìn)部件中的工作環(huán)境下材料保護(hù)的機(jī)理。

通過硫在單晶和多晶氧化物(包括 NiO,CoO，Al₂O₃，Cr₂O₃和FeO₃)中的遷移機(jī)理的研究，正在闡明硫在超耐熱合金腐蝕中的作用。對于這種現(xiàn)象進(jìn)一步的理解將制造出用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)受熱件的更佳材料。

一項(xiàng)實(shí)用的重要工作是研究桿維增強(qiáng)劑和鋁合金基體之間的化學(xué)相互作用。這種新式的輕重量高強(qiáng)度材料很可能在飛機(jī)和橋梁上有許多用途。

正在研究支配暴露在水和大氣中工作的鋁——石墨及鋁——氧化鋁纖維復(fù)合材料的腐蝕行為的因素。離子注入能夠形成自愈合鍍層，用于阻止局部腐蝕，正在研究在軍械中的應(yīng)用。

另一項(xiàng)具有實(shí)際重要性并需要加深理解的現(xiàn)象是應(yīng)力腐蝕開裂的復(fù)雜行為。正在進(jìn)行幾項(xiàng)關(guān)于鋁合金應(yīng)力腐蝕開裂機(jī)理的研究，以便增進(jìn)基礎(chǔ)知識(shí)。

由于AMMRC及在軍械研究和發(fā)展司令部、導(dǎo)彈司令部和機(jī)動(dòng)裝備司令部部內(nèi)的一些研究所對特定的陸軍器材系統(tǒng)具有專門的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn), 所以在他們內(nèi)部也進(jìn)行一些基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。

在一般的腐蝕領(lǐng)域內(nèi)，利用長期監(jiān)視法和短時(shí)的電化學(xué)法，陸軍內(nèi)部正在繼續(xù)研究減少彈藥加工所用設(shè)備和建筑材料的腐蝕。

氧化和硫化腐蝕方式是航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)師非常關(guān)心的間題。正在陸軍內(nèi)部研究提高燃?xì)廨啓C(jī)用合金性能的防護(hù)涂層。

燒蝕是在陸軍器材例如火炮、燃?xì)廨啓C(jī)、火箭噴管和彈藥加工設(shè)備中可能出現(xiàn)的失效機(jī)制。夾雜在高速、粘稠的反應(yīng)介質(zhì)中的固體粒子是促進(jìn)機(jī)械和化學(xué)復(fù)合腐蝕作用的條件。

陸軍內(nèi)部正在研究在火炮藥室的溫度和壓力條件下確定發(fā)射藥氣體和炮鋼間化學(xué)反應(yīng)的程度。還在努力測定燒蝕組成物和影響表面開裂現(xiàn)象的因素。同時(shí)，正研究支配高溫、高壓和高氣體速度對炮鋼燒蝕影響的參數(shù)。

應(yīng)力腐蝕開裂失效由于共破壞性而引人注意。除了前述陸軍研究局做的一些研究外，在發(fā)展新的AlZnMgLi鍛造材料和AlZnMgCu粉末冶金材料中，正在努力調(diào)節(jié)成分和采用形變熱處理來提高耐應(yīng)力腐蝕開裂性能。還正在測定濕度和到150℉溫 度對商品牌號鋁合金應(yīng)力腐蝕開裂的影響。

高強(qiáng)度鋼對陸軍仍然重要。可惜這些鋼對應(yīng)力腐蝕很敏咸。正在研究濕度、溫度、雜質(zhì)、表面處理和氧擴(kuò)散特性的影響。正在制定實(shí)際的導(dǎo)彈儲(chǔ)存參數(shù)。還在繼續(xù)努力設(shè)計(jì)用于測定裝甲鋼應(yīng)力腐蝕開裂特性的加速試驗(yàn)方法。

應(yīng)力腐蝕開裂特性也是改善穿甲彈心用鈾合金所耍考慮的重要內(nèi)容。正在研究氫、濕度、應(yīng)變率、熱處理和殘余應(yīng)力的影響。用適合的涂層來保護(hù)敏咸合金表面是誠緩腐蝕失效問題的另一途徑。

在陸軍內(nèi)部研究發(fā)展各種材料和加工技術(shù)用于保護(hù)各種材料(鋁、鑄鎂、鈮、鈾合金、超耐熱合金、炮鋼、鎂-氧化鋁和鋁-石墨復(fù)合材料)免受各種環(huán)境的有害影響。正在研究金屬鍍層、金屬互化物鍍層和非金屬涂層系統(tǒng)。由于毒性和污染作用，正研究在有機(jī)和半有機(jī)底漆中取代鉛和六價(jià)鉻酸鹽。

陸軍已把這些涂層系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)動(dòng)裝備、車輛裝甲、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、燃?xì)廨啓C(jī)、彈藥加工設(shè)備和高速穿甲彈心。還在自然環(huán)境中不斷地鑒定試驗(yàn)性涂料和工業(yè)涂料。空氣凈化法合要求發(fā)展完全新型的低溶劑含量的有機(jī)涂料或油漆，以取代現(xiàn)今所需和使用的涂料。正在進(jìn)行的工作集中在水性涂料和水性聚合物上。正發(fā)展低溶劑含量的涂料以取代大量使用的標(biāo)準(zhǔn)涂料，目前包括偽裝涂料、防腐底漆、抗化學(xué)戰(zhàn)劑涂料和預(yù)處理等。水溶性醇酸樹脂似乎最有希望用于底漆和偽裝。

水性聚氨醋、催化樹脂和改性聚氨醋樹脂似乎最適合暴露在惡劣環(huán)境(包括化學(xué)戰(zhàn)劑)下應(yīng)用。還正在探索使用水性環(huán)氧和環(huán)氧醋以及高固體分的醇酸、聚氨酷和環(huán)氧。

總之正不斷地進(jìn)行各種研究、發(fā)展、試驗(yàn)和鑒定工作，以弄清和闡明腐蝕破壞和防護(hù)的機(jī)理，并發(fā)展經(jīng)濟(jì)新型和改進(jìn)的解決 辦法，用以避免陸軍器材的腐蝕破壞。

表3 陸軍材料和力學(xué)研究中心所做的腐蝕損壞失效分析

資料來源:

ARMY RESEARCH DEVELOPMENT & ACQUISITION MAGAZINE, 1981, 5一6

原文閱讀:

美國陸軍的腐蝕和防腐蝕研究工作.pdf

76af54c14fe3022609ef56282a96e1e1.pdf (660.19 KB)