0 引言

    隨著航母艦載機(jī)裝備部隊(duì)，艦載機(jī)將在保衛(wèi)我海洋國土安全方面發(fā)揮著越來越重要的作用。由于我國海域遼闊，總體位于北太平洋的西部邊緣，南起赤道附近，北至渤海遼東灣，跨越溫帶、亞熱帶和熱帶3 種氣溫帶，這種溫暖潮濕的環(huán)境為霉菌的繁殖蔓延創(chuàng)造了良好的環(huán)境。艦載機(jī)長期處于海洋環(huán)境中，容易受到霉菌的侵蝕，而且艦載機(jī)液壓系統(tǒng)大多處于機(jī)體的內(nèi)部，進(jìn)一步為霉菌提供了更為適合的環(huán)境。霉菌的生長會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)造成各種危害， 甚至誘發(fā)事故。美國空軍的C-130、KC135、B-52 機(jī)翼內(nèi)部曾受過芽枝霉和銅綠色極毛桿菌的嚴(yán)重腐蝕。20 世紀(jì)70 年代，我國某飛機(jī)系統(tǒng)附件霉變受損，而誘發(fā)了飛行事故。因此，深入分析霉菌的特點(diǎn)，研究對(duì)液壓系統(tǒng)的影響機(jī)理和失效模式，尋找防止霉菌危害的措施，對(duì)保證艦載機(jī)液壓系統(tǒng)可靠性和安全性是十分必要的。

    1 霉菌的種類及特點(diǎn)

    自然界中霉菌種類有大約十萬種， 侵襲工業(yè)材料的就有4 萬多種，而且分布極廣。在環(huán)境條件達(dá)到適宜它們生長的溫度和濕度（一般溫度24℃～31℃，濕度超過70%），并且提供了足夠的營養(yǎng)物質(zhì)（碳源、氮源和無機(jī)鹽）時(shí)，霉菌的孢子就會(huì)開始萌芽和生長。而這些條件，艦載機(jī)正常工作的環(huán)境都能夠提供。

    1.1 霉菌的種類

    根據(jù)霉菌的特點(diǎn)來區(qū)分各種霉菌。這些分類的依據(jù)是：

    （1）按形狀與外觀可分為：弧菌（Vibrio）：“逗號(hào)”狀細(xì)胞；桿菌（Bacillus）：桿狀細(xì)胞；球菌（Coccus）：圓球形細(xì)胞；絲狀真菌樣細(xì)胞的菌絲（Myces）。

    （2）按適于生長的溫度可分為：嗜溫菌（Mesophile）：最適宜在20℃ ～35℃ 溫度下生的細(xì)菌； 嗜熱菌（Thermophile）：高于40℃的溫度下依然有活性的細(xì)菌。

    （3）按消耗氧的情況可以分為：絕對(duì)或?qū)Ｐ詤捬蹙╝naerobes）， 有氧時(shí)這樣的細(xì)菌不起作用； 需氧菌（Aerobes）： 它們的新陳代謝需要氧； 兼性厭氧菌（Facultative anaerobes），無論有無氧，這樣的細(xì)菌都起作用；微嗜氧菌（Micro-aerophiles），耗氧量很低的細(xì)菌；耐氧菌（Aero-tolerants），屬于厭氧菌，但是有氧時(shí)不受影響。

    （4）按照能源、碳源和電化學(xué)反應(yīng)物的細(xì)菌分類如表1 所示。

    分布在我國沿海地區(qū)的霉菌主要菌群有根霉屬、毛霉屬、梨頭屬、曲霉屬、青霉屬、木霉屬、紫紅曲霉、白地霉和鐮刨霉屬等。對(duì)產(chǎn)品影響比較大的霉菌有米根霉、華根霉、苷薯根霉、魯氏毛霉、總狀毛霉、黑曲霉、米曲霉、黃曲霉、棲土霉菌、產(chǎn)黃青霉、桔青霉等，其中對(duì)

    艦載機(jī)液壓系統(tǒng)影響較大的有黑曲霉、黃曲霉、雜色曲霉、繩狀青霉、球毛殼霉等。

    1.2 霉菌的特點(diǎn)

    （1）霉菌具有體積小、吸收多的特點(diǎn)。霉菌體積微小， 從外界環(huán)境中吸取營養(yǎng)和排泄廢物是通過整個(gè)細(xì)胞表面進(jìn)行的，具有極大的表面與體積比。極大的表面積使真菌在短時(shí)間內(nèi)吸收大量養(yǎng)料和排出大量代謝廢物，為大量生長繁殖提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，也具有強(qiáng)大的吸收能力。

    （2）霉菌具有代謝旺、繁殖快的特點(diǎn)。霉菌具有驚人的轉(zhuǎn)化速度和代謝能力，在條件合適時(shí)，霉菌一晝夜合成的產(chǎn)物可達(dá)本身原來重量的30～40 倍。霉菌的代謝越旺，則破壞的物質(zhì)越多，造成的損失越大。霉菌的繁殖速度快，它們在短期內(nèi)產(chǎn)生很多后代，使工業(yè)制品迅速腐蝕、腐敗和霉變。

    （3）霉菌具有適應(yīng)強(qiáng)、易變異的特點(diǎn)。霉菌由于體積小、數(shù)量多、繁殖快以及與外界的接觸更為直接等原因，使得它們比較容易適應(yīng)外界不良的環(huán)境。如果環(huán)境條件發(fā)生劇烈變化，群體中的大多數(shù)個(gè)體會(huì)死亡，其中個(gè)別個(gè)體會(huì)發(fā)生變異而適應(yīng)新的環(huán)境。

    2 霉菌腐蝕的作用機(jī)理

    2.1 金屬材料失效機(jī)理

    艦載機(jī)液壓系統(tǒng)的附件大多由鋁合金、不銹鋼等金屬材料組成。金屬材料一般不具備霉菌生長所需的營養(yǎng)， 霉菌不可能通過其組成成分而直接損壞金屬本身， 而往往是霉菌生長誘發(fā)的電化學(xué)效應(yīng)引起金屬材料的損壞， 腐蝕反應(yīng)是通過構(gòu)成該系統(tǒng)的三個(gè)組成部分：金屬、溶液和霉菌的相互作用實(shí)現(xiàn)的。霉菌對(duì)金屬材料的腐蝕作用機(jī)理如下：

    （1）霉菌生長代謝過程中分泌出腐蝕性物質(zhì)，如各種酶、酸。這些物質(zhì)引起鋼、銅、鋁和其他金屬的腐蝕。

    （2）霉菌生長改變金屬表面狀態(tài)，使金屬表面化學(xué)勢能變化，形成一個(gè)半滲透性和半導(dǎo)電性的薄膜，這個(gè)薄膜起到電解液的作用， 從而在金屬表面構(gòu)成腐蝕電池，引起金屬腐蝕。生物膜模型如圖1 所示，生物膜帶負(fù)電，在生物膜下面的開放結(jié)構(gòu)里能夠發(fā)生局部腐蝕。

    （3）霉菌去極化作用引起腐蝕。當(dāng)電化學(xué)腐蝕原電池的一個(gè)電極上形成了電絕緣層或極化層時(shí)， 原電池腐蝕作用中斷，霉菌能消耗積聚在被腐蝕電極（如鐵）上的硝酸鹽和硫，也能消耗在這一電極上形成的氫氣、氧氣等氣態(tài)產(chǎn)物，從而使停止的腐蝕過程得以繼續(xù)。其反應(yīng)過程如圖2 所示。

    材料腐蝕到一定程度會(huì)使機(jī)載設(shè)備產(chǎn)生故障。不潔物體在不抗霉材料與抗霉材料連接處， 不抗霉材料上的霉菌使抗霉材料易受間接腐蝕， 從而加快霉菌對(duì)設(shè)備的腐蝕過程。對(duì)于艦載機(jī)來說，由于其結(jié)構(gòu)和零部件應(yīng)用的材料各式各樣，且相互鄰接，而且在制造貯存和使用過程中，難免在其表面積聚灰塵、油脂和各種污物，從而使抗霉材料的表面易長霉，由此所造成的破壞必然是各種失效機(jī)理組合和綜合作用的結(jié)果。

    2.2 非金屬材料失效機(jī)理

    天然材料和合成材料等非金屬材料往往由碳?xì)浠衔锝M成。霉菌生長后通過有機(jī)酸的水解作用，逐漸將材料分解成為碳分子和二氧化碳而被破壞， 碳分子被轉(zhuǎn)化為其細(xì)胞組分， 因此碳?xì)浠衔锖苋菀妆患?xì)菌利用作為碳源和能源。有些情況下，碳?xì)浠衔锏姆肿涌梢跃植康乇唤到饣蛏陨愿淖儭?br />
    1）一般塑料

    塑料中一般含有填料和增塑劑， 填料可分為有機(jī)填料和無機(jī)填料。有機(jī)填料大多能提供霉菌的營養(yǎng)并增加材料的吸濕程度，因而其耐霉性不如無機(jī)填料。塑料中的增塑劑是獲得塑性的主要成分， 增塑劑處于大分子中間的空隙處。由于大多數(shù)增塑劑是半抗霉的和不抗霉的，它們不斷被霉菌所利用。如果材料表面的增塑劑被消耗，則里面的增塑劑會(huì)向表面遷移，塑性變差且更易老化，因此，塑料中的有機(jī)填料和增塑劑是其被霉菌腐蝕損壞的主要根源。

    2）天然橡膠和普通合成橡膠

    天然橡膠和普通合成橡膠系高分子碳?xì)浠衔?。霉菌?duì)橡膠的侵襲主要是使碳鏈斷裂， 其物理與機(jī)械性能因此變壞；其次，加入的添加劑如為硬脂酸、陶土等，可成為霉菌的食物。某些橡膠在氧化硫桿菌的作用下，能將橡膠中的硫轉(zhuǎn)化為硫酸，而使橡膠受到破壞。

    3）漆膜

    漆膜的破壞主要是由霉菌生長所產(chǎn)生的有機(jī)酸性物質(zhì)所引起。有機(jī)酸性物質(zhì)的長期作用會(huì)將漆的脂鏈打開或者把碳鏈氧化，再經(jīng)水解，漆膜的高分子結(jié)構(gòu)變成低分子結(jié)構(gòu)。如霉菌生長嚴(yán)重，會(huì)逐漸將漆膜穿透。絕緣漆長霉以后， 絕緣電阻特性將顯著下降或發(fā)生泄電現(xiàn)象。

    3 霉菌綜合環(huán)境試驗(yàn)

    3.1 試驗(yàn)方案

    本試驗(yàn)方案是根據(jù)國軍標(biāo)GJB 1 50.10A -2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第10 部分霉菌試驗(yàn)》，并根據(jù)實(shí)際情況裁剪后制定的。為了更好地反映海洋環(huán)境下霉菌的破壞作用， 將霉菌試驗(yàn)安排在八個(gè)循環(huán)的高低溫、濕熱和鹽霧試驗(yàn)之后進(jìn)行，以檢驗(yàn)環(huán)境綜合因素對(duì)液壓系統(tǒng)的影響。霉菌綜合環(huán)境試驗(yàn)方案如圖3所示。

    3.2 試驗(yàn)技術(shù)要求

    （1）霉菌試驗(yàn)箱工作空間的各點(diǎn)溫度在29℃～31℃之間， 相對(duì)濕度在90%～95%之間， 指標(biāo)點(diǎn)溫度（30±1）℃，相對(duì)濕度在（95±5）%。  圖3 液壓系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)方案

    （2）試驗(yàn)附件經(jīng)過超強(qiáng)紫外線照射24h 后，將試驗(yàn)附件放入霉菌生化培養(yǎng)箱，并植入試驗(yàn)霉菌，附件霉菌試驗(yàn)。

    （3）試驗(yàn)周期28 天，在試驗(yàn)期間，定期對(duì)試件進(jìn)行調(diào)整和移位，以保證各種霉菌的作用發(fā)揮。

    3.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

    1）霉菌生長情況

    以7 天為一個(gè)周期， 對(duì)液壓系統(tǒng)附件的霉菌生長情況進(jìn)行檢查，情況如下：

    （1）在采樣的液壓附件表面上，表1 中列出的各菌種皆有生長發(fā)展；

    （2）液壓系統(tǒng)附件材料屬于Ⅰ-級(jí)；

    （3）寄生在絕緣材料、塑料、皮革、橡膠纖維素等物質(zhì)上并進(jìn)行霉變損壞，間接寄生并加速腐蝕金屬；

    （4）木霉屬占所有菌種的46%，是首要菌種，其他菌種均在10%以內(nèi)。其中，木霉屬每年有一個(gè)繁衍高峰期：立秋的前7 天到后8 天之間；在繁衍高峰期時(shí)，刺激動(dòng)物的眼睛及皮膚；

    （5）霉菌生長區(qū)的PH=5.3～6.9。

    2）液壓附件的腐蝕情況

    經(jīng)過霉菌試驗(yàn)后， 液壓系統(tǒng)附件的金屬表面大多保持完好，但有些表面局部滋生霉菌，并使金屬腐蝕加劇。特別是減速板作動(dòng)器和安全活門的表面有大面積的霉菌滋生， 附件表面金屬的腐蝕速度也遠(yuǎn)大于單一的濕熱試驗(yàn)或鹽霧試驗(yàn)。滋生的霉菌與金屬表面結(jié)合強(qiáng)度較大，去除困難。表層的腐蝕產(chǎn)物通過機(jī)械方法去除以后，發(fā)現(xiàn)表層金屬的點(diǎn)蝕明顯增多，而且腐蝕坑占據(jù)的面積較大。其主要特點(diǎn)如下：

    （1）不銹鋼或鋁合金等金屬的光滑表面不容易銹蝕及滋生霉菌。

    如圖4 所示， 液壓系統(tǒng)附件的光滑表面大多無銹蝕、無霉菌滋生。

    （2）附件較為粗糙的表面易于滋生霉菌，并產(chǎn)生較大面積的腐蝕。

    阻力板作動(dòng)器的鑄鋼材料表面大量滋生綠色木霉等多種霉菌（如圖5、圖6），霉菌對(duì)金屬表面有較為嚴(yán)重的腐蝕作用，金屬表面出現(xiàn)明顯可見的，較為密集的腐蝕坑，腐蝕面積較大，霉菌與金屬表面的結(jié)合較為緊密，需通過機(jī)械方法進(jìn)行去除。造成金屬表面的損傷降低了該附件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，應(yīng)在評(píng)定損傷等級(jí)后，再修復(fù)使用。

    （3）皮革不易受到腐蝕，對(duì)氟塑軟管有較好的保護(hù)作用。

    通過有皮革防護(hù)的氟塑軟管和無皮革防護(hù)的氟塑軟管對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有皮革保護(hù)的氟塑軟管（如圖7 所示），鋼絲編織層基本無斷絲、無銹蝕現(xiàn)象，而且皮革無破損，但皮革的張緊拉線有老化現(xiàn)象。無皮革防護(hù)的氟塑軟管（如圖8 所示），鋼絲編織層有明顯的斷絲銹蝕現(xiàn)象。

    4 霉菌的防護(hù)

    艦載機(jī)液壓系統(tǒng)的防霉特性很大程度上取決于材料的選取，選擇本身耐腐蝕、抗菌的材料，能夠從根本上提高液壓系統(tǒng)的防霉水平。采用有效的材料表面防護(hù)涂層也是提高抗霉能力的重要方面。除此之外，在艦載機(jī)的使用維護(hù)中還應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

    （1）為了防止艦載機(jī)液壓系統(tǒng)在使用過程中長霉，可以進(jìn)行通風(fēng)、除濕；

    （2）在維護(hù)和使用中注意避免手汗、污物等污染裝備光面；

    （3）有外殼的裝備，使用中應(yīng)定期進(jìn)行清理，以去除可供霉菌生長的營養(yǎng)物質(zhì)（如灰塵和污垢）；

    （4）部分密封的外殼內(nèi)放置干燥劑并定期更換或進(jìn)行加熱，以保持殼內(nèi)的溫度較低，避免長霉；

    （5）如材料和裝備允許時(shí)，可用紫外線或臭氧進(jìn)行滅菌處理。

    5 結(jié)論

    要提高艦載機(jī)液壓系統(tǒng)的抗霉能力， 在選材上首先應(yīng)選擇耐霉性能較好的材料，當(dāng)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)用抗霉涂料等防護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)；另一方面，應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度考慮，以避免有利于霉菌生長的溫、濕度條件， 在使用中采用必要的維護(hù)和環(huán)境控制措施抑制霉菌生長。霉菌試驗(yàn)是評(píng)價(jià)材料和裝備抗霉特性的重要手段，在材料和裝備研制、設(shè)計(jì)定型以及使用階段均應(yīng)開展相應(yīng)的霉菌試驗(yàn)，以獲取有關(guān)信息，為改進(jìn)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)耐霉能力提供信息支持。

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責(zé)任編輯：王元

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