资讯中心

数据共享

试验资源

信息资源

防护技术

装甲装备腐蚀现状及表面防护技术

2018-04-20 09:31:56
作者:魏世丞 童辉 黄威 王玉江 梁义
来源:陆军装甲兵学院

装甲装备被称为“陆战之王”,承担着平时军事训练、战时作战的重大责任。为满足未来军事战争的需要,使用和管理好我军现有的装备,提高装备的完好率,延长装备的使用寿命,充分发挥装备的作战威力,已成为装甲装备面临的主要问题之一。高科技武器装备的发展和使用,需要高科技的维修保障技术。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,由于腐蚀或与腐蚀相关的维修问题也越来越突出。因此,需要有针对性地采取合适和必要的腐蚀防护措施,将具有重大的军事意义和经济效益。

1.png

魏世丞 陆军装甲兵学院装备保障与再制造系主任、研究员、博导

 

    装甲装备被称为“陆战之王”,承担着平时军事训练、战时作战的重大责任。为满足未来军事战争的需要,使用和管理好我军现有的装备,提高装备的完好率,延长装备的使用寿命,充分发挥装备的作战威力,已成为装甲装备面临的主要问题之一。高科技武器装备的发展和使用,需要高科技的维修保障技术。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,由于腐蚀或与腐蚀相关的维修问题也越来越突出。因此,需要有针对性地采取合适和必要的腐蚀防护措施,将具有重大的军事意义和经济效益。


    一、装甲装备腐蚀现状分析

 

    装甲装备根据腐蚀部位不同,主要发生在:车体部分、行动部分、动力部分、操纵部分和武器部分,下面分别介绍其腐蚀状况。


    1. 车体部分腐蚀状况

  

    水陆两栖装甲装备在沿海服役,锈蚀比较严重的部位有:翼板、裙板、前后浮箱、与行动部分相邻的车体,前后浮箱存在较严重的撞击变形,被撞击部位出现脱漆现象和严重锈蚀车体上半部、炮塔部分,如图 1 所示。油漆保护层较完整,只有少量因划痕、碰撞而造成的局部小块油漆脱落,油漆脱落处均有相应大小的锈蚀,如图 2 所示。


2.png

 

    2. 行动部分腐蚀状况

 

    行动部分腐蚀严重的部位主要有:履带(图 3 所示)、负重轮、诱导轮、平衡肘限制板固定螺栓、主动轮大螺帽、侧减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、负重轮、诱导轮轴承盖固定螺栓等零部件的腐蚀最为严重,部分螺栓连接因锈蚀而丧失了连接强度,在保养过程中,许多螺栓拆卸时因“锈死”而被拧断,如图4所示。


3.png

 

    3. 动力部分腐蚀状况

 

    动力部分零部件的腐蚀环境主要为高盐雾。一般不与海水直接接触,但传动部分零部件表面的电解质水膜一般难以消除,特别是车辆上岸后,传动部分主要零部件在保养中不允许用淡水进行冲洗。在阳光照射下,车体温度迅速上升,车内底部留存的海水因高温蒸发导致蒸腾的盐雾非常严重,与空气接触的传动部分零部件表面处于更为恶劣的腐蚀环境中。传动部分零部件的腐蚀磨损因部件的结构不同和功能不同而异,如某式水陆坦克曲轴、齿轮等,如图 5、图 6 所示。


4.png

 

    4. 操纵部分腐蚀状况

 

    操纵部分活动零部件较多,零部件的腐蚀环境主要为高盐雾。操纵部分锈蚀比较严重的零部件主要包括拉杆、拉杆接头、销子、助力弹簧等。某水陆坦克和某装甲输送车两种车型的操纵部分零部件均出现腐蚀,腐蚀使活动部位摩擦阻力加大,导致操作困难,经常出现转向困难甚至操作失灵。部分车辆左右转向离合器的长拉杆及接头因严重锈蚀已无法进行调整。


    5. 武器部分腐蚀状况

 

    武器部分零部件的腐蚀环境主要为高盐雾和个别部位密封不好直接接触海水。例如,火炮部分的炮塔座圈在训练中易出现锈蚀,主要原因是炮塔座圈与炮塔之间密封较差,海水夹带泥沙进入弹子槽,海水腐蚀与沙粒研磨综合作用破坏了其灵活运动关系,有的炮塔电机因载荷过大而被烧毁。


    综上所述,目前军用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。此外,随着高新装备不断配备部队,又出现了许多新的腐蚀问题,如坦克和装甲车辆排气管等都受到不同程度的腐蚀与磨损,使装备的故障率增加,影响着装备战斗力的发挥。但由于防腐措施不到位,严重影响了装备的使用寿命及部队的战斗力,已经成为亟待解决的问题。


    二、表面防护技术在装甲装备上的应用

 

    采用表面防护以及再制造关键技术可以很好地防止或延缓腐蚀,是一种行之有效的防腐技术措施,已取得了显著的军事效益和经济效益。目前已推广应用或处于研究阶段的腐蚀防护表面防护技术包括高速电弧喷涂防腐技术、纳米电刷镀防腐技术、等离子喷涂防腐技术、非晶态合金化学镀层防腐技术、纳米固体薄膜减摩防腐技术、纳米防腐涂料及涂装技术等。


    1. 高速电弧喷涂防腐技术

 

    电弧喷涂技术应用最为广泛的领域之一是长效防腐涂层的制备,电弧喷涂锌、铝及锌铝合金涂层具有优良的防海水、海洋大气、盐雾以及土壤的腐蚀能力,加入稀土可以有效地改善涂层的物理化学性能,提高涂层的耐腐蚀性能。


    Zn-15Al 涂层材料防腐效果良好,是国内广泛应用的防腐蚀材料。涂层中 A1 的质量分数超过 13%~ 15%时,Zn-A1 合金涂层既具有纯 Zn 涂层对钢铁基材有效的阳极保护,对点腐蚀和裂纹不敏感的特点,又因涂层中含有足够的 Al,能够形成完整的 Al 2 O 3 保护膜而耐环境腐蚀。Zn-Al 合金涂层是替代 Zn和 A1 涂层的极具发展前途的耐蚀金属涂层。在 Zn-Al 耐蚀涂层的基础上,装备再制造技术国防科技重点实验室又开发了Zn-Al-Mg及Zn-Al-Mg-RE涂层。


    这两类涂层由于具有“自封闭”作用,进一步提高了涂层耐腐蚀性能。采用该技术后防腐蚀寿命延长至 15 年以上,目前已对水陆坦克车体进行了防腐处理,应用证明防腐效果良好。


    2. 纳米电刷镀防腐技术

 

    将纳米材料与电刷镀技术相结合,开发了纳米复合电刷镀技术。它是在常规电刷镀镀液中加入一种或几种纳米颗粒,通过高能机械化学法使纳米颗粒均匀分散并稳定悬浮,刷镀过程中纳米颗粒与基质金属镍发生共沉积,从而得到弥散分布着硬质纳米颗粒的复合刷镀层,提高了基体材料的防腐性能。应用纳米电刷镀技术在某型坦克连杆上实施了再制造,经实车考核试验后,已被批准用于该类零部件的批量修复,创造了巨大的军事和经济效益。


    3. 等离子喷涂防腐技术

 

    等离子喷涂是继火焰喷涂、电弧喷涂之后发展起来的种新的喷涂技术,工业应用始于上世纪 70 年代。等离子喷涂采用喷枪产生的等离子流将粉末加热和加速,在熔融或接近熔融的状态下喷向母材表面形成涂层。等离子弧温度高达 16000℃,喷流速度达 300 ~ 400m/s,因而可以喷涂各种高熔点、耐磨、耐热涂层。用该法制备的涂层有较高的结合强度,气孔及夹杂少,因而涂层特性好,尺寸也易于控制,更适合于陶瓷材料的喷涂。选用惰性气体作介质,减少了粒子飞行过程中的氧化,因此等离子喷涂广泛应用于耐蚀、耐磨、隔热、绝缘、抗高温涂层的制备。


    4. 非晶态合金化学镀层防腐技术

 

    非晶态合金化学镀层技术是一种在不加外电流的情况下,利用化学还原的方法使镍阳离子还原成金属镍并沉积在催化金属表面上的方法。该技术通过控制磷含量得到的非晶态镀层致密、孔隙少,耐腐蚀性能优于电镀层。


    由于非晶态镀层无晶界,不存在晶界腐蚀,因而抗腐蚀性能特别优异。非晶态合金强化镀层几乎不受碱液、中性盐水、淡水和海水的腐蚀。在 3.5%(质量分数)盐水中的腐蚀速度,镀层只有1.21μm/a,在海水或盐雾条件下,零件表面如果沉积 40 ~ 50μm 厚的镀层进行保护,可以确保零部件 20 ~ 30 年不腐蚀。目前该技术已经用于解决两栖装备的腐蚀防护问题。


    5. 纳米固体薄膜减摩防腐技术

 

    纳米固体薄膜减摩防腐技术是将固态物质涂(镀)于摩擦界面,起到固体润滑作用,以降低摩擦,减少磨损,同时具有防止腐蚀的作用。纳米固体薄膜减摩防腐技术特别适用于解决苛刻腐蚀环境条件下的润滑和防腐难题。


    通过添加纳米 Al 2 O 3 后,固体润滑干膜的磨损体积减小,添加比例越大,磨损体积越小,高添加比例的润滑干膜比普通润滑干膜磨损体积减少了3~5倍,盐雾腐蚀试验> 100 h。纳米固体润滑膜已在两栖装甲车辆的部件上得到应用。


    6. 纳米防腐涂料及涂装技术

 

    采用纳米材料合成高性能无机硅酸盐树脂,并研制成功了钛纳米聚合物涂料、有机硅改性水性无机硅酸盐富锌涂料,将其作为钢结构长效防腐底漆。针对不同环境,设计综合保护涂层体系。


    该技术应用于某发射基地发射塔部分功能区的防腐蚀。经应用考核,漆膜防护性能优异,涂层完好如新,无任何粉化、腐蚀锈斑等损坏现象发生。微纳米锌粉 / 磷酸盐无机自干防腐底漆进行了实验性能测试,涂层性能良好。


    三、展望

 

    随着科技的迅猛发展,新材料技术在装甲装备上的应用有了长足进步,装备性能也得到了显著提升。装备的防护是一项长期的系统工程,不但要知其然更要知其所以然。因此,基础性的研究是学者们关注的重点。只有尽可能地全面掌握不同环境对装备材料的影响规律,分析材料的协同作用与影响机理、材料组织结构特征的演化机制,才能有针对性地设计和研发性能可靠、工艺简便的新型材料,同时建立材料服役寿命预测及相关评价机制,有针对性地对装备材料开展寿命预测分析,为服役过程中损伤的动态提取和寿命演变规律研究提供技术支撑。


    ●  人物简介

 

5.png

 

    魏世丞,陆军装甲兵学院装备保障与再制造系主任、研究员、博导。主要从事表面工程、再制造工程、装备腐蚀防护的教学与科研工作。是军队科技创新人才工程“科技领军”培养对象。享受政府特殊津贴,获中国科协“求是杰出青年实用工程”奖,入选国家百千万人才工程,获有“突出贡献中青年专家”称号。


    兼任中国腐蚀与防护学会常务理事、中国腐蚀与防护学会青年工作委员会委员、中国机械工程学会焊接分会理事、海洋防腐蚀产业技术创新战略联盟理事、中国工业防腐蚀标准化委员会委员、中国机械工程学会焊接分会堆焊与表面工程委员会委员,海洋腐蚀与防护国防科技重点实验室、航空材料先进腐蚀与防护航空科技重点实验室学委会委员。主持及参与了国家、军队科研项目 30 余项,2012 年获国家自然科学基金“优秀青年基金”资助,2017年获军委科技委卓越青年基金资助。先后出版专著12部,发表论文108篇,SCI 33篇、EI 59篇。获授权国家(防)发明专利 12 项、受理国家(防)发明专利 5 项。先后获国家科技进步二等奖 1 项、军队及部委级科技一等奖 6 项。

标签: 魏世丞, 装甲装备, 腐蚀, 表面防护

腐蚀与防护网官方微信

官方微信

新闻 天天有料
分享到: