中美軍用飛機及武器裝備部分底漆標準差異淺析

甘志宏,王浩偉

(中國特種飛行器研究所,湖北荊門448035)

中美軍用飛機及武器裝備部分底漆標準差異淺析

甘志宏,王浩偉

(中國特種飛行器研究所,湖北荊門448035)

對比分析了我國軍用飛機及武器裝備用底漆標準與美軍標存在的差異,并提出具體的改進措施。綜述了中美現(xiàn)有的軍用飛機及武器裝備用底漆的相關標準,從標準體系和技術指標兩方面入手分析了二者存在的差異。由于時間、經驗不足等原因,我國現(xiàn)行軍用飛機及武器裝備底漆標準體系尚不完善,性能指標尤其是耐鹽霧和絲狀腐蝕性能與美軍標有較大差距。提出了我國軍用飛機及武器裝備用底漆產品研發(fā)以及建立和健全我國軍用飛機及武器裝備底漆標準的建議,有助于全面提升海洋環(huán)境下軍機及武器裝備腐蝕防護與控制水平。

軍用飛機;武器裝備;底漆;標準;技術要求

與陸基飛機不同,海軍航空裝備的服役環(huán)境具有濕度大、紫外照射強、鹽霧侵蝕等特點。隨著我國海軍戰(zhàn)略的轉型和航母的服役,海軍航空裝備使用環(huán)境日益惡劣,腐蝕損傷威脅日趨嚴重[1]。海軍航空裝備腐蝕調查結果證實了這一分析,近年來我海軍飛機隨著服役年限的增長和海上活動范圍及停留時間的增加,陸續(xù)出現(xiàn)了結構腐蝕問題[2—3]。涂層技術是飛機和武器裝備腐蝕控制最經濟、最有效的方法之一。涂層防護體系對抵抗環(huán)境因素對飛機結構的腐蝕至關重要,是提高飛機結構抗腐蝕品質,保障飛機結構達到預期服役使用年限的決定性因素[4—6]。因此,當前我國應不遺余力地開展高效防腐涂層體系的研發(fā),滿足航母和艦載飛機等軍用飛機及武器裝備的腐蝕防護要求。

涂層防護體系的耐蝕性能和附著力主要依靠底漆層[7],因此發(fā)達國家均非常重視底漆的研發(fā)工作,研制了多種類型和用途的底漆,并制定了相應標準。由于美國國防部網(wǎng)站對中國讀者的封鎖,美軍標收集不盡完善。美軍標底漆標準矩陣中涉及軍用飛機和武器裝備用二十類底漆標準,基本涵蓋了軍用底漆產品品種和類型,詳細規(guī)定了這些產品的基本組成、用途和技術指標等。與一般工業(yè)用底漆相比,軍用飛機和武器裝備使用的底漆在可靠性、安全性和有效性等方面有其特殊性和更高的要求,因而系統(tǒng)了解國外先進標準,對國內底漆產品的研發(fā)和應用具有重要的參考和借鑒價值。文中主要從標準體系和技術要求上對軍用飛機及武器裝備使用的底漆美軍標及國軍標進行綜合對比,找出二者之間的差異,提出我國軍用飛機及武器裝備用底漆產品研發(fā)以及我國軍用飛機及武器裝備底漆標準體系構建的相關建議,為國內軍用飛機及武器裝備高效抗腐蝕防護體系涂層材料工程化及應用研究提供技術支持。

1 軍用底漆標準體系的比較

1.1 美國軍用標準矩陣

美國軍用底漆有專用于鋁合金、復合材料以及碳纖維表面的,有用于鉚釘和接縫處以及與高柔韌性蒙皮面漆配套用的聚氨酯彈性底漆,還有水性漆、電泳漆、高固體份、無鉻無鉛、潮氣固化型的、起落架上用的底漆等,都符合低VOC要求,專用性強,以滿足不同機型,不同使用環(huán)境的要求。美國軍方根據(jù)底漆的組成、用途和施工方法對底漆進行詳細分類,制定了門類齊全的底漆產品標準。部分美國軍用底漆標準見表1[8]。

1.2 國內軍用標準

國內軍用底漆產品的基本品種與國外相比差別較大,在品種花色上與國外相比遜色不少,特別是專用性方面。國內目前僅有飛機蒙皮用底漆、復合材料用聚氨酯底漆、氟聚氨酯無光磁漆配套聚氨酯底漆、艦船富鋅防銹底漆、環(huán)氧有機硅耐熱底漆和鋁粉瀝青船等六類底漆產品及相應軍用標準。國內現(xiàn)有的軍用飛機和武器裝備用底漆標準列于表2中。

1.3 軍用底漆標準體系上的差異

由表1、表2比較可見,國軍標與美軍標在標準體系上主要存在的差異主要包括兩方面:一方面,相對美軍標而言,國內軍用底漆產品種類匱乏,專用性差,且缺乏相應的技術標準;另一方面,美軍標嚴格規(guī)定了標準適用的軍種,這是考慮到飛機和武器裝備在各軍種的服役環(huán)境不盡相同。因此防護產品必須經過相關軍種腐蝕預防與控制主管部門的環(huán)境適應性驗證與評估,滿足使用環(huán)境要求后方可獲準在該軍種推廣應用。我國尚未全面開展防護產品有針對性的環(huán)境適應性評估。

2 軍用底漆標準技術要求綜合對比分析

GJB 5591—2006《軍用飛機氟聚氨酯涂料通用規(guī)范》中配套使用TB 06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆,該材料于“九五”期間等效采用美軍標 MIL-P-23377D-85《耐化學品和溶劑的環(huán)氧聚酰胺底漆標準》開展研制的,并在“十一五”期間推廣應用到重要航空武器裝備上,使我國戰(zhàn)斗機外表面防護涂層材料達到當時國際先進水平。隨著世界先進材料的發(fā)展和美軍對底漆防腐性能認識和應用目的上的變化,美國研制了軍用飛機和武器裝備,尤其是艦載飛機,適用的新型高效防腐底漆,并修訂MIL-P-23377D-85,形成了MIL-PRF-23377K-2012[35]標準。由于受型號研制周期、經費、技術儲備以及對腐蝕認識上的局限,我國高效抗腐蝕涂層材料研究相對滯后,新研型號仍沿用TB 06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆。下面通過對GJB 5591與MIL-PRF-23377K的性能指標分析,找出我國軍用飛機底漆材料與國外材料的差距,有助于后續(xù)底漆產品的改進與研發(fā)。

表1 美國軍用底漆標準矩陣Table 1 Specifications and standards matrix of primer coatings for aircraft and military equipment in America

表2 中國軍用底漆標準Table 2 Specifications and standards of primer coatings for aircraft and military equipment in China

性能指標逐一比對后可見,GJB 5591與MILPRF-23377K的技術指標差異主要表現(xiàn)在10個項目上,具體差異見表3。MIL-PRF-23377K底漆具有優(yōu)異的抗腐蝕性能,經1000 h絲狀腐蝕后,劃痕處絲狀腐蝕長度不超過3.2 mm;破環(huán)性試樣耐鹽霧2000 h后,劃痕處不出現(xiàn)腐蝕問題。TB 06-9鋅黃丙烯酸聚氨酯底漆,目前其防腐蝕性能指標已經低于MIL-PRE-23377K相應指標要求,耐鹽霧性能上有所欠缺,而耐絲狀腐蝕性能尚未考慮。在高溫高濕和高鹽霧等惡劣的海洋大氣環(huán)境中,絲狀腐蝕極易發(fā)生,且相當嚴重[36]。

表3 GJB 5591—2006聚氨酯底漆與MIL-PRF-23377K的主要技術指標差異Table 3 Major performance differences between GJB 5591—2006 polyurethane primer and MIL-PRF-23377K

3 我國軍用底漆產品研發(fā)和標準體系構建的建議

為有效規(guī)范我軍腐蝕防護工作,促進高性能底漆產品的研制、開發(fā)與應用,全面提升航空裝備整體抗腐蝕防護能力,保障飛機和武器裝備的可靠性與安全性,從底漆產品開發(fā)和標準體系構建兩方面開展下列工作迫在眉睫。

3.1 我國軍用底漆產品研發(fā)建議

1)強化軍用飛機和武器裝備腐蝕防護涂層體系中關鍵骨干材料的抗腐蝕性能,包括鋁合金、結構鋼、復合材料表面用的防護底漆,全面提升艦載機的整體抗腐蝕防護能力。優(yōu)化鋁合金、結構鋼表面用防護底漆的耐鹽霧性能,非破壞性試樣3000 h,破壞性試樣2000 h;借鑒美軍標MIL-PRE-23377K,增加底漆耐絲狀腐蝕1000 h性能要求。

2)從專用性出發(fā),拓展國內軍用底漆的品種花色。如增加用于鉚釘和接縫處以及與高柔韌性蒙皮面漆配套用的聚氨酯彈性底漆,水性漆、電泳漆、潮氣固化型等底漆品種,滿足不同機型、不同服役環(huán)境、不同施工方式的要求。

3)優(yōu)先開發(fā)綜合性能優(yōu)異、環(huán)境友好的底漆產品。今后航空涂料將向底漆無鉻、無鉛化,底面漆體系高性能化,高固體份、無溶劑和水性化方向發(fā)展。近期我國應重點發(fā)展無鉛/無鉻、高固體份、水性和彈性底漆產品的研制。

4)長期以來,面向我國重點行業(yè)和重大產業(yè)的中高檔涂料涂層用原材料——樹脂和顏填料等基本全部依賴進口,使得占我國涂料價值70%左右的中高端市場基本為國外公司所壟斷。迫切需要加強原材料合成、防腐機理等相關基礎性研究工作,解決納米材料和納米結構應用于樹脂涂層中的關鍵和共性技術問題,突破國外的中高端樹脂及其涂料涂層專利技術壁壘和產品的長期壟斷和封鎖。

3.2 我國軍用底漆規(guī)范與標準體系構建的建議

1)參考、借鑒國外軍用標準體系,制定電泳底漆、水洗底漆、無鉛/無鉻環(huán)氧底漆、高固體份環(huán)氧底漆、水性環(huán)氧底漆和高固體份彈性聚氨酯底漆等國家軍用標準,建立全面、系統(tǒng)、規(guī)范的腐蝕防護底漆產品規(guī)范與標準體系。雖然上述新型底漆產品在國內尚處于研制階段,但標準先行,有利于規(guī)范生產廠商的產品技術要求,穩(wěn)定產品質量。

2)制定技術指標科學合理,具有實用性、可操作性和先進性的底漆國家軍用標準規(guī)范。相對涂膜的其他物理性能,絲狀腐蝕試驗方法是考察涂層抗腐蝕性能的一項更靈敏、更嚴格的方法,建議國軍標增加此項技術要求,大力推動國內生產單位研制出防止絲狀腐蝕擴展性能優(yōu)異的底漆。

3)涂料在國際上被列為僅次于汽車的第二大“空氣污染源”,各國紛紛出臺法律法規(guī),限制揮發(fā)性有機物和重金屬的使用。我國必須按照本國國情,分階段分步驟地將強制性環(huán)保要求列入我國軍用標準的技術要求。

4)加強標準的宣貫,宣貫范圍包括底漆的研制、生產、使用各方(如底漆生產企業(yè)、飛機制造廠、空軍、海軍、陸航、各飛機大修廠等),以加強標準的約束力,促進高性能、質量穩(wěn)定的底漆產品的研制、開發(fā)與應用。

4 結語

標準日益成為國家發(fā)展的戰(zhàn)略性資源和國際競爭力的核心要素,標準化已經與型號研制成敗相依、密不可分,始終貫穿于武器裝備采購與研制全壽命周期。從標準體系和技術指標對比分析中美軍用飛機及武器裝備用底漆存在的差異,提出我國軍用飛機及武器裝備底漆產品研發(fā)以及我國軍用飛機及武器裝備底漆標準體系構建的建議,有助于全面提升海洋環(huán)境下軍機及武器裝備腐蝕防護與控制水平。

[1] 楊曉華,金平.飛機使用環(huán)境譜的編制[J].裝備環(huán)境工程,2010,7(6):99—102. YANG Xiao-hua,JIN Ping.Compile of Aircraft Operation Environment Spectrum[J].Equipment Environmental Engineering,2010,7(6):99—102.

[2] 穆志韜,譚曉明,劉志國.海軍現(xiàn)役飛機的腐蝕損傷失效分析及腐蝕防護[J].裝備環(huán)境工程,2009,6(1): 43—48. MU Zhi-tao,TAN Xiao-ming,LIU Zhi-guo.Corrosion Damage Failure Law Analysis and Corrosion Control for Naval Aircraft in Servicing[J].Equipment Environmental Engineering,2009,6(1):43—48.

[3] 譚曉明,穆志韜,張丹峰,等.海軍飛機結構當量加速腐蝕試驗研究[J].裝備環(huán)境工程,2008,5(2):9—11. TAN Xiao-ming,MU Zhi-tao,ZHANG Dan-feng,et al.E-quipment Accelerated Corrosion Test Study of Navy Aircraft Structure[J].Equipment Environmental Engineering,2008,5(2):9—11.

[4] 王俊芳,楊曉然.軍用防腐涂料涂裝的發(fā)展探討[J].裝備環(huán)境工程,2005,2(6):45—49. WANG Jun-fang,YANG Xiao-ran.Discussion on the Development of Military Corrosion Protective Coating Technology[J].Equipment Environmental Engineering,2005, 2(6):45—49.

[5] 房振乾,陳群志,董兵,等.飛機結構表面涂層體系改進研究[J].裝備環(huán)境工程,2013,10(5):102—107. FANG Zhen-qian,CHEN Qun-zhi,DONG Bin,et al.Improvement of Aircraft Structure Surface Coating System [J].Equipment Environmental Engineering,2013,10 (5):102—107.

[6] EVANS U R.The Corrosion and Oxidation of Metals[M]. London:Edward Arnold Ltd,1960.

[7] NGUYEN T N,HUBBARD J B,MCFADDEN G B.A Mathematical Model for the Cathodic Blistering of Organic on Steel Immersed in Electrolytes[J].J Coat Tech, 1991,794(63):43—52.

[8] Robert A.Herron.Corrosion Specifications and Standards-Developing A Standardized Qualification Process[EB/ OL].http://www.dodcorrosionexchange.org,2005.

[9] SSPC Paint1,Oil Primer,Red Lead and Rawlinseed[S].

[10]SSPC Paint27,Basic Zinc Chromate-vinyl Butyral Wash Primer Paint Specification No.27[S].

[11]A-A-1552,Primer Coating(Ferric Oxide,Aerosol)[S].

[12]A-A-50557,Primer,Water-Borne,Acrylic or Modified A-crylic,for Metal Surfaces[S].

[13] A-A-52465,Primer Coating,Synthetic,VOC Complaint (for Brake Drums)[S].

[14]A-A-52474,Electrocoating Primer[S].

[15]DOD-P-15328,Primer(Wash),Pretreatment(Formula No.117 for Metals)(Metric)[S].

[16]DOD-PRF-24648,Primer Coating,Zinc Dust Pigmented for Exterior Steel Surfaces(Metric)[S].

[17]MIL-P-11414,Primer,Alkyd,Fast Dry,Corrosion Inhibi-ting,Lead and Chromate Free,VOC Complaint[S].

[18] MIL-P-19602,Primer,Size Coating,Baking,for Roller Coat Application[S].

[19]MIL-P-53022,Primer,Epoxy Coating,Corrosion Inhibiting,Lead&Chromate Free[S].

[20]MIL-P-53030,Primer Coating,Epoxy,Water Reducible, Lead&Chromate Free[S].

[21]MIL-P-53084,Primer,Cathodic Electrodeposition,Chemical Agent Resistant[S].

[22] MIL-PRF-23377,Primer Coatings:Epoxy,High-Solids [S].

[23]MIL-PRF-26915,Primer Coating,for Steel Surfaces[S].

[24]MIL-PRF-85582,Primers:Epoxy Waterborne[S].

[25]TT-P-1757,Primer Coating,Alkyd Base,One Component [S].

[26]TT-P-2760,Primer Coating,Polyurethane,Elastomeric,High-Solids[S].

[27]TT-P-645,Primer,Paint,Zinc-Molybdate,Alkyd Type[S]. [28]TT-P-650,Primer Coating,Latexbase,Interior,White(for Gyp Sum Wallboard)[S].

[29]GJB 385A—1996,飛機蒙皮用脂肪族聚氨酯磁漆及配套底漆規(guī)范[S]. GJB 385A—1996,Specifications for Aliphatic Polyurethane Enamels and Compatible Primers for Aircraft Skin Application[S].

[30]GJB 461—1988,L44-87鋁粉瀝青船底漆[S]. GJB 461—1988,Aluminum Bitumen Shipbottom Paint [S].

[31]GJB 1592—1993,H 61—83航空用各色環(huán)氧有機硅耐熱底漆規(guī)范[S]. GJB 1592—1993,H61—83 Heat-resistant Epoxy Organosilicone Primer Coating with Various Colours for Aircraft Use,Specifications for[S].

[32]GJB 4063—2000,艦船富鋅防銹底漆通用規(guī)范[S]. GJB 4063—2000,General Specifications for Zinc Rich Anticorrosive Primer for Naval Ship[S].

[33]GJB 5452—2005,直升機復合材料用聚氨酯底漆和面漆規(guī)范[S]. GJB 5452—2005,Specification for Polyurethane Primer and Top Coat for Helicopter CompositeMaterials[S].

[34]GJB 5591—2006,軍用飛機氟聚氨酯涂料通用規(guī)范[S]. GJB 5591—2006,General Specifications for Fluorocarbon Polyurethane Coating for Military Aircraft[S].

[35]MIL-PRF-23377K,Primer Coatings:Epoxy,High-solids [S].

[36]MOL J M C,HINTON B R W,WEIJDE D H VAN,et al. A Filiform Corrosion and Potentiodynamic Polarisation Study of some Aluminum Alloys[J].J Mater Sci,2000, 35:1629—1639.

A Brief Analysis of Military Specifications for Primer Coatings of Aircraft and Military Equipment between China and America

GAN Zhi-hong,WANG Hao-wei
(Special Vehicle Research Institute of China,Jingmen 448035,China)

To compare the differences of military specifications for primer coatings of aircraft and military equipment between China and America,and to propose detailed improvement measures.Some major military specifications for primer coatings of aircraft and military equipment in China and America were reviewed and compared.From the two aspects of specification system and technical requirement,the differences of military specifications for primer coatings of aircraft and military equipment were analyzed.Due to the lack of time and experiences,the existing military specifications system for primer coatings of aircraft and military equipment in China still requires to be improved.There is still a wide gap compared to American military specifications in salt-spray corrosion resistance and filiform corrosion resistance.Some suggestions were proposed on the development of primer coatings for aircraft and military equipment and the existing military specifications.They are helpful for the overall improvement of the level of corrosion prevention and control of aircraft and military equipment in marine environment.

military aircraft;military equipment;primer coating;specification;technical requirement

10.7643/issn.1672-9242.2014.05.014

TQ630.7

:A

1672-9242(2014)05-0069-06

2014-07-30;

2014-08-23

Received:2014-07-30;Revised:2014-08-23

甘志宏(1973—),女,江西宜春人,博士,高級工程師,主要研究方向為飛機腐蝕防護與控制。

Biography:GAN Zhi-hong(1973—),Female,from Yichun,Jiangxi,Ph.D.,Senior engineer,Research focus:corrosion prevention and control for aircraft.