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前沿 | 艦船裝備腐蝕控制技術(shù)展望

    “海洋十三五”啟動在即,必將加大海洋產(chǎn)業(yè)投入,海洋防腐蝕領(lǐng)域必將面臨更多的基于和挑戰(zhàn)?!昂Q笫濉敝攸c發(fā)展領(lǐng)域有海上船舶、海工裝備、海上風(fēng)電、海洋工程等。船舶裝備特別是艦船裝備的防腐蝕對于推動海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、實現(xiàn)強國夢具有社會、軍事、經(jīng)濟(jì)意義,同時對于推動腐蝕學(xué)科發(fā)展具有重要的學(xué)術(shù)價值和技術(shù)促進(jìn)作用。

    搞好船舶裝備的防腐蝕工作其社會、軍事、經(jīng)濟(jì)意義重大

    腐蝕是一種客觀存在的自然現(xiàn)象,人們很早就認(rèn)識到防腐蝕的重要性,防止腐蝕的行為可以追溯到遠(yuǎn)古時代,三千多年前的中國大漆、出土的兩千多年前的青銅劍表面鈍化就是很好的證明。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,大量的金屬材料應(yīng)用于工業(yè)、民用基礎(chǔ)設(shè)施、國防乃至于日常生活,腐蝕問題逐步突顯出來,腐蝕預(yù)防與控制工作一步一步受到人們重視,開展腐蝕預(yù)防與控制系統(tǒng)的研究則是近 100 年左右的事情。大量腐蝕事故的不斷出現(xiàn)是我們必須認(rèn)識到,環(huán)境對材料的侵蝕是嚴(yán)重的,忽略腐蝕控制將會受到大自然的懲罰,將會造成重大的軍事、社會和經(jīng)濟(jì)損失。

    海水是自然界腐蝕性最強的介質(zhì),終年航泊或運行于大海上的船舶、海工裝備,在海水這一惡劣的腐蝕環(huán)境中,腐蝕更具有普遍性、突發(fā)性和嚴(yán)重性。搞好艦船裝備腐蝕控制,一是防腐蝕可以避免艦船裝備重大事故的發(fā)生;二是防腐蝕可以提高船舶裝備的壽命和在航率。船舶的在航率和壽命是裝備設(shè)計的主要指標(biāo),腐蝕工作能起到舉足輕重的作用;三是搞好軍事裝備的防腐蝕工作帶來的經(jīng)濟(jì)效益更高,腐蝕帶來的直接損失是一個方面,實際上艦船裝備腐蝕引起的間接損失更大,間接損失包括停航損失、效率損失、污染損失等,還有巨大的報廢損失,搞好軍事裝備的防腐蝕工作帶來的經(jīng)濟(jì)效益比一般民用設(shè)施、海工裝備、民用船舶要更高。

    做好艦船腐蝕控制是一項系統(tǒng)工程

    國防裝備的腐蝕控制是一項戰(zhàn)略工程,也是一項系統(tǒng)工程。之所以說是一項系統(tǒng)工程,可以站在國家層面來看如何系統(tǒng)開展材料的研制、腐蝕控制政策的制定、機構(gòu)的設(shè)置、材料和腐蝕大數(shù)據(jù)的共享等等,也可以站在一艘艦、一項工程應(yīng)該地對待腐蝕及腐蝕控制問題。要做好艦船裝備腐蝕控制,一是需要我們將腐蝕預(yù)防與控制工程置于裝備技術(shù)發(fā)展的重要位置;二是要求我們積極推進(jìn)“腐蝕經(jīng)濟(jì)學(xué)”,算好全壽命、全行業(yè)的經(jīng)濟(jì)賬;三是裝備腐蝕控制的頂層設(shè)計、系統(tǒng)控制,建立腐蝕控制系統(tǒng)工程的管理程序;四是重視研制過程中的腐蝕預(yù)防與控制設(shè)計;五是腐蝕預(yù)防與控制要貫穿建造的全過程;六是使用過程中要始終注意延緩腐蝕發(fā)生,修理過程中要注意繼承性、相容性。

    目前的艦船腐蝕控制技術(shù)現(xiàn)狀還存在薄弱環(huán)節(jié)

    當(dāng)前艦船腐蝕控制技術(shù)研究還有差距,在如下幾個方面還存在薄弱環(huán)節(jié),基礎(chǔ)還比較差,還有待加強。

    一是腐蝕控制實際狀況與裝備發(fā)展需求發(fā)展之間的差距。裝備發(fā)展迅速,走得更遠(yuǎn),潛得更深,可靠性要求更高,而裝備的腐蝕實際狀況離需求有明顯差距;

    二是國內(nèi)研究與國外技術(shù)水平之間存在差距。從裝備的實際狀況和腐蝕控制技術(shù)綜合應(yīng)用的現(xiàn)狀來看,國內(nèi)的艦船腐蝕控制技術(shù)還是有很大的發(fā)展空間;

    三是對潛艇的研究與對水面艦船的研究之間存在差距。就腐蝕控制來說,水面艦船相對簡單,潛艇結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使役環(huán)境多變,特別雙層殼體內(nèi)部的腐蝕防護(hù),材料種類多、腐蝕環(huán)境多變,腐蝕控制難度很大,各國對此研究都是難點和薄弱環(huán)節(jié);

    四是對特殊船型的腐蝕研究明顯不夠。較長時間以來,單體深 V、螺旋槳推進(jìn)的船型占有絕對多數(shù),隨著船舶總體技術(shù)的發(fā)展,雙體、三體以及采用噴水推進(jìn)的船型越來越多,但是如何搞好這些船型的防腐蝕工作各國都在摸索過程中;

    五是對新型材料的防護(hù)研究剛剛開始。長期以來結(jié)構(gòu)鋼是船體結(jié)構(gòu)的主要材料,對結(jié)構(gòu)鋼的防腐蝕研究也占有絕大多數(shù),但是隨著裝備減重、減振、長壽命的需要,鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料等先進(jìn)材料應(yīng)用越來越多,給船舶裝備帶來的腐蝕形式、腐蝕問題也相應(yīng)地越來越多,而我們腐蝕界則顯得對這些新材料、新結(jié)構(gòu)的腐蝕研究準(zhǔn)備不足;

    六是對遠(yuǎn)海、 深海的腐蝕研究不多,研究條件受限。長期以來,我們對家門口的海域環(huán)境了解得比較多,腐蝕研究也比較多,隨著海運和海工裝備事業(yè)的發(fā)展,船舶逐步從近海走向遠(yuǎn)海,從淺海走向深海,對海洋環(huán)境以及這種條件下的腐蝕研究需要從“二維”走向“三維” , 而且 “維度” 還得逐漸擴(kuò)大。 顯然,遠(yuǎn)海、深海的環(huán)境條件以及我們裝備材料在這些條件下的腐蝕特性等方面的數(shù)據(jù)、信息掌握得還不多,更談不上如何開展腐蝕控制和探索腐蝕控制技術(shù)的有效性。

    艦船腐蝕控制技術(shù)發(fā)展展望

    通過上面的分析,艦船腐蝕防護(hù)科學(xué)研究應(yīng)跟上裝備的發(fā)展步伐,提出以下幾點意見,供大家參考:

    (1)對裝備的腐蝕研究方法需要從對宏觀方法的研究向宏觀與微觀方法相結(jié)合的研究方向發(fā)展。影響腐蝕的發(fā)生及其規(guī)律變化多種多樣,同一個地區(qū)、同一個系統(tǒng)、同一種結(jié)構(gòu)因為微小環(huán)境變化、組織結(jié)構(gòu)變化,腐蝕形成機理可能就不一樣,應(yīng)以傳統(tǒng)的宏觀分析結(jié)合現(xiàn)代的微觀晶相、微觀環(huán)境的思想去研究和思考不同的船舶腐蝕問題。例如,我們以前長期以來都是裝備的腐蝕在南海比東海、北海的問題嚴(yán)重,其主要原因是南海的腐蝕環(huán)境惡劣,海水鹽度、溫度和海洋大氣的濕度比其他海域都高,而在前幾年我們碰到了這樣的一個現(xiàn)象:同樣的鋁合金船舶在東海某局部海域比南海、北海都要嚴(yán)重,排除泥沙、使用等因素影響,靠傳統(tǒng)腐蝕學(xué)理論很難解釋該現(xiàn)象,經(jīng)過長期的腐蝕環(huán)境掛片試驗、材料微觀結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)該地區(qū)腐蝕環(huán)境有周期性變化規(guī)律,在該海域條件下該種鋁合金材料發(fā)生電位偏移,并有可能與犧牲陽極材料之間發(fā)生電位逆轉(zhuǎn)。所以,在對實際裝備的腐蝕問題研究中,既不能采取傳統(tǒng)的幾大類宏觀腐蝕現(xiàn)象來判斷,也不能完全是以發(fā)表論文為目的采用“高、大、上”手段的研究方法,而要根據(jù)實際需要采取宏觀與微觀方法相結(jié)合的方法來處理。

    (2)從對二維腐蝕環(huán)境的研究向?qū)θS腐蝕環(huán)境的研究方向發(fā)展。受裝備需求和研究條件限制,我們搞腐蝕及腐蝕防護(hù)研究的學(xué)者關(guān)注的焦點是“家門口”海域的腐蝕問題,隨著船舶逐步從近海走向遠(yuǎn)海,從淺海走向深海,許多船舶需要環(huán)球航行,探索海洋的深潛器工作深度從幾百米、三四千米已到七千米,甚至上萬米,這里有不同材料在不同海域的腐蝕規(guī)律不一樣的問題,還有在不同壓力海水條件下材料及防護(hù)技術(shù)失效規(guī)律與常壓下不一樣的問題,美國早幾十年前就在全球建立了數(shù)十個材料和腐蝕考核站點,研究了典型海域數(shù)千米下材料的腐蝕失效,我們呢?經(jīng)過大概十年左右的研究,我們已經(jīng)知道在壓力海水條件下涂層和犧牲陽極材料、防護(hù)系統(tǒng)失效機理與常壓下不一樣,但是還沒有人能說得清楚太平洋彼岸或者大西洋、印度洋的腐蝕規(guī)律是否跟我們這邊一樣,離裝備需求、離美國的研究水平我們還差得太遠(yuǎn)。對海洋環(huán)境以及這種條件下的腐蝕研究,首先需要我們搞腐蝕研究的人員思想上從“二維”走向“三維”,著力點是“三維”海洋環(huán)境,然后從技術(shù)上逐步探索三維海洋環(huán)境下的材料及腐蝕防護(hù)技術(shù)失效規(guī)律、數(shù)據(jù),最后才有可能找到腐蝕控制的有效方法和措施。

    (3)從對單因素、簡單構(gòu)件腐蝕研究向多因素、復(fù)雜結(jié)構(gòu)研究方向發(fā)展。我參加了近幾年的全國腐蝕大會和海洋材料大會,從與會報告和學(xué)術(shù)論文來看,大多數(shù)材料試板、試片為基礎(chǔ)進(jìn)行研究和論述的,探索“器件”和“系統(tǒng)”的腐蝕問題的不多,因為影響腐蝕的變量太多, 研究工作量太大, 也不好發(fā)表文章,大家都知難而退。這里,我要強調(diào)的是,以傳統(tǒng)的掛板模擬自然環(huán)境腐蝕問題的研究方法已經(jīng)不能適應(yīng)艦船裝備發(fā)展的需要,研究結(jié)論對工程的參考價值也不大,對解決實際裝備腐蝕問題、提升裝備質(zhì)量和可靠性的幫助也不大,艦船腐蝕問題的研究對象應(yīng)該從“材料級”逐步向 “器件級” 、 “系統(tǒng)級” 、 “總體級” ,方法也從應(yīng)該多元化,需要站在總體或者系統(tǒng)角度思考、研究腐蝕問題。

    (4)從單一腐蝕防護(hù)功能向材料多功能方向發(fā)展。船舶材料往往承擔(dān)著多種功能,艦船材料本身朝著多功能方向發(fā)展,單純的“防腐”材料用途有限,一方面要求提高各種材料的耐蝕性,另一方面需要在防腐材料的功能上添加新的功能, 如材料具有 “防腐+降噪” 、 “防腐 + 減阻”、 “防腐 + 耐磨”功能等等。如丙烯酸聚氨酯、氟碳涂料、丙烯酸改性有機硅材料等有著較好應(yīng)用前景,具有熱反射涂料、能夠使銹蝕轉(zhuǎn)化為無色的自清潔船殼漆是下一代船殼涂料開發(fā)重點;甲板防滑漆要求在長效防腐的同時具備高彈性、耐磨防滑、輕質(zhì)、抗沖擊,近來還出現(xiàn)了具有熱反射功能的改性聚氨酯彈性甲板漆;特殊部位防腐涂料還要求防結(jié)露、防冰凍,或者耐熱、防火,或者吸聲和阻尼,或者紅外、雷達(dá)波和激光偽裝涂料等等,都有很好的前途。

    (5)從被動防護(hù)研究向主動控制研究方向發(fā)展。船舶裝備防腐強調(diào) “整體” 概念, 不希望出現(xiàn) “水桶的短板” , 或者希望這個 “水桶短板”能快速更換。所以,在論證設(shè)計之初就對船舶總體和各個重要系統(tǒng)的防腐效果有一個預(yù)估,需要根據(jù)裝備的壽命和全壽命周期維修間隔來選材設(shè)計、腐蝕控制設(shè)計,在裝備研制、使用、修理各階段開展防腐蝕效果評估,要能實現(xiàn)主動控制,而不是出現(xiàn)問題后“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”。所以,除發(fā)展長效防腐蝕材料、裝置外,腐蝕評估技術(shù)、監(jiān)檢測技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、腐蝕建模仿真技術(shù)在艦船裝備上有著較好的應(yīng)用前景。

    (6)從單純腐蝕行為研究向以腐蝕科學(xué)研究指導(dǎo)材料研發(fā)方向發(fā)展。許多腐蝕問題實際上是一個材料耐蝕性問題,腐蝕學(xué)發(fā)展前期工作重點一直是在材料失效機理、材料腐蝕防護(hù)方面,而在如何提高材料耐蝕性研究方面參與不多。對于一直服役于海水和海洋大氣中的艦船裝備來說,特別需要材料本身有較強的耐海水腐蝕能力,我們要通過對腐蝕問題的研究轉(zhuǎn)化成指導(dǎo)材料耐蝕問題的研究,要強調(diào)指導(dǎo)如何“優(yōu)生”,而不是被動地停留在“優(yōu)育”層面。如組織納米化、潔凈化對結(jié)構(gòu)材料耐蝕性的影響;將腐蝕學(xué)與材料學(xué)結(jié)合,著重探索新型結(jié)構(gòu)材料技術(shù),實現(xiàn)材料高可靠與多功能,發(fā)展納米材料、生物材料、海軍專用合金材料體系;研究 / 掌握艦船材料腐蝕發(fā)生和擴(kuò)散機制并轉(zhuǎn)而指導(dǎo)緩蝕技術(shù),等等,都有很好的發(fā)展前途,這是艦船腐蝕控制技術(shù)的發(fā)展所需,也是腐蝕學(xué)科出路所在。

作者簡介

    方志剛,海軍裝備研究院高級工程師,哈爾濱工程大學(xué)教授。長期從事艦船材料與腐蝕防護(hù)領(lǐng)域的科研工作,是該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人,軍隊先進(jìn)材料技術(shù)專家組成員,973特聘專家。主持我國中長期艦船材料和腐蝕發(fā)展規(guī)劃,在我國提出并創(chuàng)建系統(tǒng)控制、綜合治理艦船腐蝕的技術(shù)體系,為逐步解決我國艦船腐蝕控制難題打下了堅實的基礎(chǔ)。獲國務(wù)院政府津貼,獲軍隊優(yōu)秀人才津貼,獲軍隊科技進(jìn)步一等獎1項,二等獎8項,三等獎2項,國家發(fā)明專利10項,主編《高性能船舶金屬材料》、《鋁合金艦艇腐蝕控制技術(shù)》等專著7部,主編國家軍用標(biāo)準(zhǔn)5部,在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議和刊物上發(fā)表論文50余篇。

(來源:《腐蝕防護(hù)之友》2016年第5期)

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