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黄燕滨:军事装备防腐是国防建设不可或缺的因素

2018-01-26 13:56:50
作者:王元
来源:《腐蚀防护之友》

国家的兴衰与国防密切相关,国防强弱直接关系到国家的安全、民族的尊严、社会的发展。军事装备是国防建设的重要组成部分,军工行业一直以来是国家发展的重点。然而装备可靠性和耐久性除了与设计和技术相关之外均离不开腐蚀控制,军事装备的防腐比一般工程、设施、设备的防腐更加重要。

    国家的兴衰与国防密切相关,国防强弱直接关系到国家的安全、民族的尊严、社会的发展。军事装备是国防建设的重要组成部分,军工行业一直以来是国家发展的重点。然而装备可靠性和耐久性除了与设计和技术相关之外均离不开腐蚀控制,军事装备的防腐比一般工程、设施、设备的防腐更加重要。

    目前不少人对这些方面不甚了解,为此记者邀请了装甲兵工程学院装备再制造工程系黄燕滨教授来详细介绍相关面的情况。

    黄燕滨,中国腐蚀与防护学会第九届理事会常务理事,装甲兵工程学院装备再制造工程系教授,装备再制造工程加工及信息化和装备腐蚀控制研究领域的学术带头人。

 

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黄燕滨 装甲兵工程学院装备再制造工程系教授

   

    记者:请您谈谈军工材料的研发、军事装备防腐在国防建设中的意义?

    黄教授:现代军事装备日趋复杂,维修费用在装备系统中所占比例越来越大,致使使用费用与采购费用相比已经从附属的地位跃居主导地位。随着武器装备高技术含量的增加,装备维修由硬件扩展到软件,而且软硬件结合的软件密集系统使维修难度增大,维修高技术系统的技能已经变得与设计系统的创造力一样重要了。如歼击机的采购费占30-50%,而使用维修费占 50-70%;战车的采购费占 20-30%,而使用维修费占70-80%;驱逐舰的采购费占 25-40%,而其使用维修费占 60-75%。由于腐蚀或与腐蚀相关的维修问题也越来越突出。

    我军的装备在部队列装以后,承担着部队的军事训练和对敌作战任务,长期在风沙、雨雪、潮湿、盐雾等恶劣气象环境条件下工作,将会不同程度地受到环境条件的影响而引起腐蚀,例如:装备的表面涂覆层会龟裂、变质、脱落;金属部分会氧化、腐蚀、生锈;电气元件会老化、击穿、变质;光学器材会起雾、发霉、失效;装具会发霉、断裂、腐烂等等。凡此种种,都严重影响装备的使用寿命和作战能力。尤其在军事科学技术飞速发展的今天,许多高新军事技术在装备中得到了的应用,由于恶劣的环境条件对装备造成的危害,无论在军事方面还是在经济方面的影响都将更加巨大和严重,损失将更加惊人。因此,对装备的腐蚀机理、腐蚀现状和因腐蚀造成的危害开展研究,以及由此而引起的防腐研究是一个必须引起重视的重要问题。

    记者:请您谈谈军事装备的腐蚀现状?军事装备防腐方面存在的主要问题?

    黄教授:
全军的武器装备都不同程度地受到环境的腐蚀,尤其是海军的舰船、沿海空军的飞机、导弹的发射井及发射架、两栖作战的装甲车辆、沿海部队的通用装备等受腐蚀的情况更严重一些。腐蚀造成海军舰艇维修期长、新舰艇尚未运行就出现腐蚀等问题。海军的舰船由于受到海水及海面盐雾的侵蚀,每年都需要几次刷漆,否则舰船甲板将会受到严重的腐蚀,无法确保舰船的使用寿命;海军南海地区舰艇每次维修时都需要更换腐蚀的钢板,既增加了维修的工作量,降低了舰船在航率,又造成巨大的经济损失;空军的腐蚀问题也很突出,严重影响训练和战备任务的完成;渡海作战的装甲装备由于受到海水的侵蚀,每次下水之后都必须及时采用有效的方法,否则装备就会因为腐蚀而破坏严重;二炮部队部分导弹发射井高温、潮湿,环境条件恶劣,弹体、发射架、控制设备、检测设备等锈蚀严重;通信设备在东南沿海使用遇到了突出的防腐问题,由于腐蚀出现故障,影响正常使用;沿海、海岛部队军械弹药由于受潮、腐蚀,弹药成批报废,造成巨大的经济损失。综上所述,腐蚀问题已经成为急待解决的问题,而且随着科技发展和新材料、新领域的出现,出现了许多新的腐蚀问题,如导弹导航系统的电子元器件的腐蚀,信息系统的腐蚀等。

 

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装备腐蚀微观图


    目前我军装备的腐蚀问题仍然很严重,存在的主要问题有以下几点:

    一、对装备防腐重视不够,经费和科研力量投入不足

    由于腐蚀造成的危害具有长期性和隐蔽性的特点,因而对防腐工作从客观上说容易造成疏忽。相关部门对装备腐蚀和防腐问题会重视不够,经费和科研力量投入显得不足。例如大部分部队仅有兼职人员负责装备腐蚀情况的登记,各级装备管理机构和人员负责的工作中包含涉及的防腐工作,防腐投入的经费远远不能满足实际需要。较为重视腐蚀防护的海军、空军等虽然有腐蚀防护的专门研究人员,但缺乏系统的研究,经费和科研力量的投入力度难以满足腐蚀防护工作的需要。

    二、防腐措施水平低,费用高,经济损失巨大


    现有防腐措施效率低下,技术水平不高,防腐效果不理想,基本上是头痛医头、脚痛医脚。海军舰船腐蚀的直接损失就占海军维修费用的 50% 左右,海军的飞机由于腐蚀问题使大修费用提高 10%,舟桥部队每年的维修费用中约75% 用于腐蚀防护,通用武器装备维修费用大约占全部维修费用的80%左右。因此,由于防腐费用太高,非常有限的装备的维修经费大部分均用于防腐开支,装备的正常修理费用显得奇缺,维修备件严重不足,装备失修严重,不仅造成巨大的经济损失,也严重影响部队的训练和作战任务的完成。

    三、防腐工作频度高,工作量大,严重影响战斗力


    目前装备的腐蚀防护处理频率高、工作量大,占用大量时间和人力,腐蚀造成了装备损坏或性能降低,严重影响战斗力。舰船需要经常性维护和定期的维修,由于腐蚀增大维修工作量,延长修理时间,使舰艇在航数量和时间缩短,耗费了艇员的训练、学习和休息时间,而且腐蚀后舰艇的快速性、续航力、生命力等战术技术性能降低,战斗力下降,多艘舰船发生极其严重的局部腐蚀破坏而报废。由于腐蚀问题使导弹发射井内的光学仪器发霉,管道发生腐蚀穿孔现象,致使发射井失去原有的作战功能,被迫降级使用,由原来的战时发射井降为平时训练操作使用。通用武器装备因腐蚀造成的武器、弹药报废严重,不仅经济损失惊人,而且严重影响部队训练和战备任务的完成。

    记者:请您谈谈军事装备防腐上应包括哪些方面的工作?

    黄教授:
装备防腐应从腐蚀的定义谈起。金属腐蚀的定义为:金属与其周围介质发生化学或电化学作用而产生的破坏。当将腐蚀的定义扩大到非金属在内的定义为:材料(包括金属和非金属)由于环境作用引起的破坏或变质称为腐蚀。这里所说的所谓环境因素主要应包括:时间、温度、湿度(含水分)、盐分、各种化学液体和腐蚀性气体等。因此,从宏观和防腐的角度来说,防腐机理及要点主要有以下几点:

    一、针对装备腐蚀机理采取措施

    1、研究和选择新型材料

    研制新型金属材料,力求做到不腐蚀(实际是不可能的)、腐蚀少或腐蚀缓慢。比如耐腐蚀铸铁、低合金钢、不锈钢、有色金属及其合金等。

    研制新型非金属材料,力求做到不变质(实际是不可能的)、变质少或变质缓慢。比如棉毛制品、陶瓷、玻璃钢、环氧树脂、合成涂料、橡胶、工程塑料和新型黏结剂等。

    2、为装备设定一个基本满足工作需求的良好环境

    设定一个基本满足装备工作需求的良好环境,主要是指:根据装备工作的特点,通过对装备工作或储存场所的密封、防潮、降湿、温度调节(利用空调进行加温或降温)等技术手段和措施,设定一个一定范围内的小环境,减少和延缓装备的腐蚀。

    3、将恶劣环境与装备表面进行隔离将

    恶劣环境与装备表面进行隔离,主要是指:其一,利用耐腐蚀金属对装备金属结构材料表面进行涂覆,比如冷喷锌涂层、电弧喷涂铝涂层、电镀(包括镀锌、镀铬、镀镍、镀金、镀银等),使易腐蚀金属材料表面与恶劣环境隔离,延缓金属腐蚀速度;其二,利用耐腐蚀无机材料对装备某些结构表面进行涂覆,如硅酸盐、陶瓷、玻璃、搪瓷、石墨等,使金属材料或非金属材料表面与恶劣环境隔离,延缓装备表面腐蚀速度;其三、研究耐腐蚀有机材料如新型涂料、油漆、沥青、树脂和合成树脂等,使装备表面与恶劣环境隔离,延缓装备腐蚀速度。

    4、研究装备结构加工、装配和表面处理工艺

    在装备结构设计、材料选择、零件表面工艺处理、加工和装配工艺等方面进行系统综合研究,以减少腐蚀液体残留,减少电化学腐蚀,提高装备表面工艺水平,综合提高装备本身耐腐蚀性能,延缓腐蚀进程,延长装备使用寿命。

    二、针对装备防腐的管理采取措施

    在装备的论证、研制和定型阶段由军方提出腐蚀防护的要求,由生产部门按照提出的要求生产制造,使配备到使用单位的装备具有良好的防腐性能,主要做到:

    1、装备研制和生产,应非常重视防腐问题

    其一,对装备的战术、技术指标进行综合论证中有明确的防腐性指标,在装备的设计、研制、生产阶段提出各个阶段的防腐措施,在验收阶段有明确的防腐验收标准,在装备使用过程中提出最基本的环境条件需求;其二,加强驻工厂军事代表对装备研制、生产质量的监督力度,彻底改变装备研制和生产中原材料质量差、工艺水平低下、粗制滥造的局面,杜绝偷工减料、以次充好;否则,不仅浪费国家有限的宝贵资源,使原材料造成极大的浪费,同时也对我军装备造成极大的损害,对祖国的安全造成巨大的危害!

    2、强调和重视装备和维修备件的出厂包装,提高装备防腐能力

    应根据装备结构、功能特点需求,对装备本身进行科学、合理包装。装备维修备件、器材在工厂生产后由于备件、器材未经过储存、运输和使用,零部件表面基本没有受潮和氧化,应立即进行包装,可大大提高装备维修备件、器材的完好率。包装时,应根据备件、器材性能特性需求,分别采用气象、真空、密封或塑料薄膜技术包装。有的备件和器材根据部队分发、使用方便,满足防潮的需要,包装数量上宜采用单件包装,实现包装规格标准化和规范化。

    记者:您是装备再制造工程加工及信息化和装备腐蚀控制研究领域的学术带头人。一直从事装备维修保障、表面工程和腐蚀控制等领域的教学和科研工作。请给我们分享研发经验,关键技术以及应用价值?

    黄教授:
我研究的领域主要是两栖装备。经过近几年的装备腐蚀研究,通过大量的统计分类研究,实验室模拟分析,综合分析铝合金车体、行动部分、传动部分、操纵系统、武器系统、电气系统、动力系统等腐蚀现状,研究得出均匀腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀等,以电偶腐蚀为代表的 8 大类腐蚀特征。揭示了两栖装备腐蚀的基本规律,形成了腐蚀与磨损复合作用下两栖装备保障的新模式和有效的装备保障运行机制,确定了两栖装备的腐蚀形态、腐蚀类型、影响因素、腐蚀速率及危害,探索并揭示了腐蚀与故障的基本规律(特点),为正在开展的现役两栖装备的保障、管理与全面建设,为新装备的设计、研制与样车试验提供了重要依据,发展和完善了两栖装备腐蚀控制维修保障理论体系。根据装备关键腐蚀问题,开展关键防腐技术攻关和新技术、新材料、新工艺应用研究,显著提高两栖装备腐蚀控制和维修保障能力,完善了部队使用保养规范,制定了新型两栖装备的防腐密封器材配发标准和两栖装备锌铬涂层应用技术要求等 3 项国家军用标准,开展了大量人员培训,系统构建了两栖装备的全系统全过程的腐蚀综合控制维修保障技术体系,为两栖装备维修保障奠定了坚实的基础。

    针对新型两栖装备铝合金底甲板易磨蚀、现有牺牲阳极材料表面易结壳、履带连接件锈死严重和异种材料连接电偶腐蚀严重等问题,进行 Al 2 O 3 陶瓷型耐磨蚀涂层、Al-Zn-In-Mg-Ga-Mn 六元高活化速度的牺牲阳极材料、渗锌 +锌铬涂层 + 高分子螺纹锁固剂的复合防腐覆层和异种材料电偶腐蚀综合防护等关键技术的攻关,运用数值模拟和电位分布量化测算、工艺过程优化和环境试验等方法,有效解决了铝合金车体腐蚀防护关键技术难题,并进行了大量实车考核与验证,在新型两栖装备生产和维修中推广应用。制定了以预防、控制和治理腐蚀与磨损为主要保障内容的工艺规程,创建了两栖装备腐蚀综合控制维修保障配套技术手段。

    针对新型两栖装备使用、维护保养过程中的腐蚀控制需求,筛选了防腐新材料、新技术和新工艺,对两栖装备进行了腐蚀防护技术改造,通过累计 200余天的海训实车试验,优化、验证了系列防腐技术的使用效果,分析研究了腐蚀防护机制,确定了 11 种有效的防腐密封材料,为制订新型两栖装备防腐密封器材标准奠定基础。DQ-25 电器设备清洗剂、DB-823 电器保护剂和 JS-01聚氨酯三防漆的综合应用,有效解决电气设备和系统的腐蚀;FY-52 多功能防护渗透油能够对运动零部件和电气设备进行综合防腐;GP-027 平面密封胶密封和 YL-043 螺纹锁固剂的防腐密封效果良好;GY-1767 银基高温抗咬合剂能够解决零件高温锈死问题;SR-40 松锈润滑剂对连接件松动效果显著;HY-01 环氧锶黄底漆、HM-5037 红外面漆自喷漆能够修复脱落的吸波涂层;YL-01 高效油污清洗剂有效清除车体表面的油污。

    该研究技术成果已在多种新型两栖装备上都得到了应用。经过累计 200天海训考核试验表明:采用复合防腐覆层、陶瓷耐磨蚀涂层、铝基六元牺牲阳极材料、电偶腐蚀综合防护技术,有效地提升了两栖装备的抗腐蚀能力。研制配发的两栖装备防腐密封器材和机工具,直接应用于部队每年的海训训练,在两栖装备日常的使用、维护保养和维修中,有效提高了装备腐蚀控制的维修保障能力,提升了两栖装备的战备完好率。

    记者:随着工业 4.0 的积极布局、《国防科技工业 2025》的确认编制,谈谈军事防腐行业的未来发展的看法?

    黄教授:
我认为军事防腐行业未来发展主要归纳为以下几点:

    第一,继续加强认识防腐工作的重要性。

    1、解决防腐问题对保证和提高战斗力有重要意义

    通过对装备进行防腐蚀处理,提高装备的抗腐蚀能力,能显著提高这些设备及部件的战备完好率,保证战术技术性能,保证部队正常训练和战备任务的完成,恢复和提高部队的战斗力,具有显著的军事效益。

    2、搞好防腐工作是提高经济效益,节约经费的重要手段

    装备经过防腐蚀处理后,不再需要在短时间内任何定期涂漆和采取其它防腐蚀措施,不再需要投入大量的人力、物力和财力,具有显著的经济效益。如对两栖装甲车辆进行冷喷锌防腐处理后,单车就可节约经费 4 万元,同时缩短了战士对车辆保养的时间。

    第二,更新观念,预防为主,重视防腐技术和新型耐蚀材料的开发,增加防腐科研投入。

    由于腐蚀带来的损失严重,随着装备使用年限的延长和新装备的发展,需要不断开发防腐技术,积极探索新的防腐方法。目前的经费投入大量用于腐蚀事故和腐蚀损失的处理,属于补救性投入,建议根据腐蚀的原因和情况,加大防腐科研投入,设立专门的装备腐蚀研究机构或增加现有研究机构防腐的职能,对易腐蚀装备采用新型耐蚀材料和防腐技术,防止或减弱腐蚀的发生。

    第三,加大腐蚀防护治理力度,积极采用先进防腐措施,大力推广新型防腐技术在装备上的应用。

    传统的防腐措施存在防腐效果差,耗时多,人力消耗大等缺点,影响部队战斗力的提高,因此应积极采用先进的防腐技术。虽然先进的防腐技术一次性投入较高,但防腐性能好,并能够减少日常维护的工作量,可使部队有更多的时间投入训练,促进战斗力的提高。如采用电弧喷涂铝涂层防腐技术,无机富锌涂层防腐技术等长效防腐技术,可使装备防腐寿命达 10 年以上,可节省防腐费用 2/3 以上。全军装备维修表面工程研究中心的电弧喷涂治理舰船腐蚀课题获得了全军科技进步一等奖,目前又开发了纳米固体干膜、贴体密封涂料、纳米电刷镀等新技术,为使装备获得良好的耐蚀性能提供了有力的技术保障。因此需要加大腐蚀防护治理力度,把现有的新技术推广应用到装备腐蚀防护中去。

    第四,加强环保意识,坚持可持续发展 - 开发绿色防腐技术,提高社会效益。

    可持续发展是一种新的发展模式,它要求经济发展速度与自然界的再生能力相适应,以做到既能满足当代人的需求,又不对后代人满足其需求的能力构成危害。我国于 1994 年公布的《中国二十一世纪议程》中要求在今后的生产中做到“废物减少化、资源化和无害化,或消灭于生产过程中”。实践已证明,采用新型防腐技术,可以防止因腐蚀造成的装备报废,而且能够通过新技术新工艺进行综合治理,恢复和提高装备的性能,延长使用寿命。开发新的防腐技术应该加强环保意识,这样使防腐技术的应用不仅可以大量地节能、节材,而且做到少污染或不污染,从而成为可持续发展的重要支柱。

    第五,树立全寿命观念,使腐蚀防护观念深入到装备设计、制造、使用和维修的各个环节,充分认识前期采取防护措施的积极意义和长远效益。

    虽然装备的腐蚀问题是在使用过程中出现的,但其抗腐蚀性能从设计开始就决定了,使用维护时的防腐措施是弥补设计的不足。实践证明,对腐蚀环境认识不足或没有采取适当的防护措施,是导致腐蚀破坏过早出现的重要原因。美国在海洋大气环境中使用的舰载飞机和水上飞机,出现过由于修复腐蚀破坏的费用超过本身造价而提前报废的情况,致使美国空军提出“优先搞好腐蚀控制”的政策,明确提出要与腐蚀破坏作斗争,通过“寿命周期成本分析”法,大力倡导预先采取防护措施,以减少后期维修、停车所带来的巨大经济损失。由此可见将防腐措施贯穿于设计、制造等前期过程的意义和长远经济效益是不可低估的。

    后记:

    由于我军装备种类繁多,使用环境多样,有的装备腐蚀情况并没有包含进来,但从掌握的情况可以看到腐蚀问题的普遍性、腐蚀危害的严重性和防腐工作的必要性,而且腐蚀防护问题是一个长期性的系统工程,必须从思想上引起高度重视,加大腐蚀科研投入和腐蚀治理力度,才能从根本上解决腐蚀问题。

 

    ●  人物简介

 

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    黄燕滨,中国腐蚀与防护学会第九届理事会常务理事,装甲兵工程学院装备再制造工程系教授,是装备再制造工程加工及信息化和装备腐蚀控制研究领域的学术带头人,多年来一直从事装备维修保障、表面工程和腐蚀控制等领域的教学和科研工作。主持或重点参与科研项目 30 项,获军队科技进步二等奖 1 项,三等奖5项。获国家和军队精品课程一等奖各1项,获总装课程建设一等奖1项,全军教学成果二等奖1项。出版教材 3 部、专著 2 部,发表学术论文 70 余篇。

标签: 黄燕滨, 军事装备防腐, 装备防腐措施, 军事防腐行业未来发展

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