海洋環(huán)境中雷達表面涂層的現(xiàn)狀及分析

黃湘鵬，陸　敏(.海軍駐南京地區(qū)雷達系統(tǒng)軍代表室，南京0003;.海軍指揮學院浦口分院，南京800)

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海洋環(huán)境中雷達表面涂層的現(xiàn)狀及分析

黃湘鵬1，陸敏2
(1.海軍駐南京地區(qū)雷達系統(tǒng)軍代表室，南京210003;2.海軍指揮學院浦口分院，南京211800)

摘要:雷達產(chǎn)品是在惡劣環(huán)境中使用的大型電子設(shè)備，其防護設(shè)計直接與總體設(shè)計、電路設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、計劃管理、生產(chǎn)管理、標準化等相關(guān)聯(lián)。本文對國內(nèi)外電子設(shè)備防護材料新的發(fā)展動態(tài)進行了歸納，并介紹了滿足惡劣環(huán)境使用條件的涂層應(yīng)用于雷達裝備上的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:雷達;腐蝕與防護;涂料;涂層

0　引言

按照金屬腐蝕的原理，金屬的腐蝕和老化是環(huán)境對于人類行為的一種凈化本能，是自然的和不可避免的。因此，沒有良好的表面防護，再好的設(shè)備也難持久地保持它的功能。電子設(shè)備腐蝕是一個漸進的過程，短期內(nèi)也許不嚴重，但對于有20年壽命期的雷達產(chǎn)品來說，防護性能是一個不能忽視的重要技術(shù)指標。因此，表面防護技術(shù)應(yīng)運而生。如果要讓電子設(shè)備能夠長期、可靠地工作，就要有針對性地進行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計，選擇合理的防護技術(shù)。

海洋環(huán)境的氣候具有高溫、高濕、高鹽霧、臺風以及強日光輻射等顯著特征，而大型雷達體型龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對環(huán)境適應(yīng)性防護提出了更高的要求。本文針對海洋的氣候特征，分析了這些氣候特征可能給設(shè)備造成的影響，并提出了相應(yīng)的防護措施［1］。

1　存在問題

在海洋大氣環(huán)境條件下使用的雷達將遭受高溫、高濕、多海鹽粒子的侵蝕。海洋環(huán)境對電子設(shè)備的侵蝕是非常嚴重的。嚴酷的鹽霧環(huán)境，加之溫濕度的綜合作用，常常引起武器裝備上電子設(shè)備三防的失效，使印刷電路板上的線路隨之產(chǎn)生腐蝕和剝離，元器件金屬管腳產(chǎn)生腐蝕或斷裂，連接器的接觸電阻增大，引起線路故障或產(chǎn)生各種由環(huán)境因子而引發(fā)的失效。例如美國對日作戰(zhàn)中，美軍雷達和其他電子設(shè)備在用船運往東南亞和太平洋戰(zhàn)場的過程中因受潮濕、鹽霧腐蝕和長霉，沒有投入使用就大批量損壞，50%到達戰(zhàn)場不能使用。這些都使我們意識到電子裝備環(huán)境適應(yīng)性的重要性。

雷達等電子設(shè)備要適應(yīng)該海洋環(huán)境下的要求，主要面對的問題有材料的腐蝕速度快、結(jié)構(gòu)密封性差、內(nèi)表面凝露嚴重、高分子材料老化嚴重、常規(guī)電鍍耐蝕性差、縫隙和尖角處腐蝕嚴重等［2］。

2　防護工藝

解決以上問題首先是設(shè)計時應(yīng)該具備防護設(shè)計意識，擁有正確的防護設(shè)計技術(shù)并正確使用防護工藝。當金屬材料已經(jīng)確定時，防止腐蝕的方法大致可以分為3類:表面涂層防護、電化學防護、腐蝕介質(zhì)處理。表面涂層防護是在固體表面涂覆一層或多層不同材料的涂層，來達到強化表面或使表面具有特殊功能的目的。電化學防護是根據(jù)電化學腐蝕原理，依靠外部電流的流入改變金屬的電位，從而降低金屬腐蝕速度的一種材料防護技術(shù)。腐蝕介質(zhì)處理是采用除去介質(zhì)中有害成分、調(diào)節(jié)介質(zhì)的pH值、降低氣體介質(zhì)中的水分的一種材料防護技術(shù)。

在金屬的這3種防腐蝕方法中，雷達鋼結(jié)構(gòu)件常采用的是表面涂層防護，也就是電鍍和油漆的方法。涂層防護是阻止腐蝕、老化的屏障，是設(shè)備防護的主要手段。表面一旦出現(xiàn)局部損壞，腐蝕就會從該點開始。根據(jù)已掌握的完整、可靠的表面處理工藝技術(shù)，采用長效防腐蝕技術(shù)為基礎(chǔ)、現(xiàn)場三防技術(shù)為補充的處理原則，對零部件進行完整的涂覆，對關(guān)鍵、重要的部件進行局部密封保護。

對易腐蝕鋼結(jié)構(gòu)件，主要采用鍍鋅，鍍鉻、氧化處理3種防護方法。然而在海洋環(huán)境下，鍍鋅層的防腐性較差。鍍鉻層的不足之處是鍍層不致密，容易產(chǎn)生孔隙，并且脆性較大，容易開裂。同時，鉻的膨脹系數(shù)較小，較大的溫差變化會影響鉻層與鋼鐵基體的結(jié)合強度。雖然在電極電位排序中鉻的位置與鋅相近，但在大氣中鉻層表面很容易形成鈍化膜，而鈍化了的鉻層表面電位迅速變正，作為電極的行為可近似于銀。所以，在鋼結(jié)構(gòu)件上鍍鉻，鉻是陰極鍍層，不能起電化學保護作用，只能起隔離介質(zhì)的機械保護作用，因而防護作用較差。

鋼結(jié)構(gòu)件的氧化處理，通常是將制件浸在含有氧化劑(硝酸鈉或亞硝酸鈉)的堿(NaOH)溶液中，表面生成一層保護性的磁性氧化膜，即四氧化三鐵(Fe3O4)的微品層。

從這3種鍍層的特性及防腐機理可以看出，在惡劣的海洋氣候環(huán)境中，它們對鋼結(jié)構(gòu)件的防護能力是有限的，難以滿足軍用電子設(shè)備高抗蝕性的要求。

通過幾年的探索，我們認識到，雷達的使用環(huán)境，特別是氣候環(huán)境，不是人力所能改變的。要延緩鋼結(jié)構(gòu)件的腐蝕，保障設(shè)備的可靠性，根本的辦法是加強現(xiàn)場環(huán)境條件的調(diào)查和設(shè)備環(huán)境效應(yīng)的研究，采用新工藝、新技術(shù)、新材料對設(shè)備現(xiàn)有的防護設(shè)計進行改進，以提高設(shè)備對環(huán)境的適應(yīng)能力，延長設(shè)備在惡劣環(huán)境中的使用壽命［3］。

3　涂料涂層

采用涂料涂層進行防腐蝕是海洋環(huán)境下雷達最有效和最主要的防腐蝕手段。事實上，以涂料涂于鋼鐵表面形成隔離膜的方法很早就被人們使用。與其他防蝕方法相比，它對于復(fù)雜形狀的工件施工更容易些，更新簡單，換色容易，修補性好，裝飾性好。針對不同的環(huán)境，容易選擇合適品種的涂裝涂料，即它有較強的適用性［4］。

3.1表面處理

為了給設(shè)計的涂料涂層系統(tǒng)的施工提供必需的清潔度和規(guī)定的粗糙度，雷達鋼結(jié)構(gòu)必須進行表面處理。質(zhì)量再好的涂料，如果表面處理不正確、不徹底，也會導(dǎo)致涂料涂層防腐蝕效果大打折扣。在表面處理前，要注意徹底清除表面油污、鐵銹、氧化皮等。表面處理后要在4 h內(nèi)進行涂料的涂覆。為在表面處理中獲得涂料涂層所需要的粗糙度，噴砂清理應(yīng)采用清潔的、相應(yīng)等級的磨料，使用前磨料必須進行干燥處理。

3.2涂料的選用

當涂層不太厚時，單一品種涂料很難經(jīng)受海洋氣候的長期浸蝕。因此，一般都將多種涂料組成涂裝體系。涂裝體系分為底層、中間層和面層。底層主要起防銹作用，使用防銹能力較強的涂料，如富鋅涂料;中間層主要是起增厚和密封作用，使用涂膜針孔少的涂料，如無溶劑涂料等;面層涂料主要是起抗老化和裝飾作用，一般使用丙烯酸樹脂涂料和聚氨醋樹脂涂料，也有用有機硅和氟涂料的。底、中、面層涂料組合的好壞對涂層性能產(chǎn)生重要影響。

一般來說，底層涂料應(yīng)能在很長的施工期間保護底材，同時能經(jīng)得住搬運和建造期間的磨損。裸露于陽光中的構(gòu)件宜采用耐紫外線、抗粉化性能好、耐老化的涂層體系。一些雷達的結(jié)構(gòu)件，由于經(jīng)常磨損，應(yīng)優(yōu)先使用容易修補和維修的涂層系統(tǒng)。

3.3雷達各部件的涂層

首先是雷達天線底座。由于雷達天線底座服役在海洋大氣環(huán)境條件下，遭受高溫、高濕、多海鹽粒子的侵蝕，采用一般涂層防護不能滿足長效防腐蝕目的。目前以高耐蝕性和高裝飾性為目的，國內(nèi)外在許多鋼結(jié)構(gòu)件的防護涂層體系的面層涂料選用中，常采用含氟樹脂涂料。選用無機富鋅涂料/環(huán)氧云鐵涂料/常溫固化氟樹脂涂料組合對鋼結(jié)構(gòu)件進行防護，耐腐蝕壽命可達10年以上。

然后是雷達的天線部分。北京航空材料研究院20世紀90年代研制了專用天線配套涂料，天線反射體表面涂裝環(huán)氧聚酰胺底漆和丙烯酸聚氨酯面漆，天線罩表面涂裝環(huán)氧聚酰胺清漆和丙烯酸聚氨酯面漆以及抗靜電漆。北方涂料工業(yè)研究設(shè)計院在20世紀70 至90年代先后研究開發(fā)了多種型號雷達罩涂料，包括氯化橡膠涂料、聚氨酯涂料、無機浸漬涂料等，解決了重要型號飛機和導(dǎo)彈雷達罩保護的難題。

但是，除了遭到大氣環(huán)境的腐蝕以外，海岸雷達、艦載雷達天線表面還受到海鹽粒子的侵蝕。目前，重防蝕涂層發(fā)展較快，可采用較先進的涂層體系進行防護。對于天線及雷達其他外部結(jié)構(gòu)件，底層可選用富鋅涂料，對易處理表面采用無機富鋅涂料，對難處理表面采用環(huán)氧富鋅涂料，富鋅涂層可對底層金屬起良好的電化學保護作用。中間層一般選擇環(huán)氧云鐵涂層，云母氧化鐵顏料由于具有扁平的幾何形狀，對腐蝕介質(zhì)滲透的阻隔作用較好。面涂層宜選用丙烯酸聚氨酯涂層，這種涂層耐候性好。若要求條件更高，可選用常溫固化的氟樹脂涂料。這種涂料是目前常溫固化涂料中耐候性最好的一類。

根據(jù)天線材質(zhì)的不同，可以使用不同的涂料組合。鋁合金天線通常采用環(huán)氧鋅黃底漆和氯化橡膠面漆，鐵基天線采用磷化底漆和氯化橡膠面漆，天線罩表面采用環(huán)氧聚酰胺底漆和氯化橡膠或丙烯酸聚氨酯面漆。事實上，海洋環(huán)境下的雷達罩對透磁漆的耐濕熱、耐鹽霧、耐老化性能要求應(yīng)比飛機雷達罩透磁漆高得多。而另一方面，海洋環(huán)境下的雷達罩透磁漆的抗靜電性能要求比飛機雷達罩透磁漆低一些。而采用以上涂層方法都能較好地解決這些要求。

最后是雷達的連接件和緊固件的涂層。在海洋環(huán)境下，連接件和緊固件腐蝕產(chǎn)生的咬死經(jīng)常給設(shè)備的運行、維修帶來不便，甚至會影響雷達正常服役功能。有一些比較先進、成熟并實用的工藝可用于緊固件的防腐蝕，例如高耐蝕電鍍鋅技術(shù)、滲金屬技術(shù)以及金屬粉末涂覆技術(shù)。高耐蝕電鍍鋅技術(shù)包括電鍍鋅基合金和改進鍍鋅層表面鈍化技術(shù)以提高鍍鋅層的耐蝕性兩個方面。滲金屬技術(shù)用于緊固件防腐蝕，主要有滲鋅層、滲鋁層。它們作為陽極被消耗，從而起到保護碳鋼的作用。用于緊固件的金屬粉末涂覆技術(shù)則是指“達克羅”(Dacromot)涂層，即片狀鋅基鉻鹽防護涂層。這一技術(shù)是20世紀60年代末美國DLAMONDSHAMROCK公司發(fā)明的。它具有很高的耐蝕性，其原因一是多層重疊的鋅粉有效地阻止了腐蝕介質(zhì)的滲透，二是整體鋅粉均處于鈍化狀態(tài)，腐蝕非常緩慢，而普通的電鍍鋅一旦表面鈍化膜破壞，內(nèi)層鋅將以較大速度腐蝕?！斑_克羅”涂層雖有優(yōu)良的耐蝕性，且涂層薄，很適宜嚴酷環(huán)境中緊固件的防腐蝕，但它不是完全的“綠色產(chǎn)品”。美國MCI公司近年開發(fā)了“交美特”，是“達克羅”的替代產(chǎn)品，雖在耐鹽霧性能上稍遜于“達克羅”，但耐濕熱腐蝕上與之相當。這類涂層較薄，涂覆于緊固件一般不會帶來公差配合問題，且耐蝕性特別優(yōu)良，是高耐蝕緊固件的首推防護涂層。

雷達中應(yīng)用的涂料除了防護涂料以外還有功能涂料。隨著雷達在現(xiàn)代通信中的作用日漸重要，雷達上的功能涂料由于其特殊的功能性和不可替代性，其價值已接近防護涂料且有增長的趨勢。因此，對雷達功能涂料的研究逐漸引起人們的關(guān)注。近年來雷達中應(yīng)用較廣的幾種功能涂料包括吸波涂料、電磁屏蔽涂料、抗靜電涂料以及重防腐涂料。然而，很多功能涂料存在著生產(chǎn)工藝復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差、不易維護等問題。這就需要結(jié)合工程實際，對功能涂料進行優(yōu)化，以達到功能實現(xiàn)的最大化。雷達對功能涂料的要求將越來越多，進一步研究高性能、多功能、寬頻帶的吸波、多頻譜電磁屏蔽涂料是功能涂料未來發(fā)展的主要方向。

3.4涂料施工與檢查

涂料的施工應(yīng)遵循相關(guān)標準規(guī)范的要求，參照涂料產(chǎn)品說明書進行?！叭滞苛?，七分涂裝”是業(yè)內(nèi)的常識，說明涂裝工藝的重要性，對于雷達罩涂裝而言更有其特殊的意義。涂裝工藝必須保證達到兩個基本要求才能發(fā)揮雷達罩涂料的保護作用而不影響雷達罩的電性能。第一，涂裝施工不得改變或破壞雷達罩的結(jié)構(gòu)和表面，否則就會嚴重影響雷達罩的電性能;第二，涂層厚度一致、外觀平滑均勻，否則就不能滿足雷達罩涂料電性能的要求。因此，雷達罩涂裝工藝必須基于這兩個基本要求，依據(jù)雷達罩涂料配套體系的特點設(shè)計涂裝工藝。而涂層質(zhì)量檢查包括施工期間和施工完成后的質(zhì)量檢查。在施工期間，涂裝前應(yīng)該對表面處理的質(zhì)量進行檢查。施工過程中對各工序間的質(zhì)量進行檢查，每道涂層涂裝前應(yīng)對上一道涂層進行檢查。施工完畢后，應(yīng)對涂層質(zhì)量進行檢查，檢查項目包括外觀、厚度、粘結(jié)力和針孔等。

4　結(jié)束語

海洋環(huán)境對雷達等裝備的性能與作戰(zhàn)使用有很大影響。為盡可能延長這些設(shè)備的使用壽命，防護工程就顯得尤為重要。材料的防腐蝕處理，不但保證了設(shè)備正常使用，使設(shè)備能正常服役，而且保護了環(huán)境。事實上，在生產(chǎn)中遇到的防護問題大多數(shù)是一般性的，只要適當?shù)亟邮軐I(yè)培訓，正確地運用防護手段，就可以解決大多數(shù)的腐蝕問題，避免不必要的防護設(shè)計錯誤而造成產(chǎn)品腐蝕損失。

參考文獻:

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Status quo and analysis of radar surface coatings in marine environment

HUANG Xiang-peng1，LU Min2
(1.Military Representatives Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing，Nanjing 210003; 2.Pukou Institute of Naval Command College，Nanjing 211800)

Abstract:Radar is large electronic equipment used in the severe environment.The protection design of radar is directly associated with the overall，circuit，and structural design，the project and production management，and the standardization.The latest development of protective materials for the electronic equipment home and abroad is summarized，and the development trends of the coatings applied in radar equipment in the severe environment are introduced.

Keywords:radar; corrosion and protection; painting; coating

作者簡介:黃湘鵬(1977-)，男，工程師，碩士，研究方向:雷達試驗和總體技術(shù);陸敏(1976-)，女，講師，碩士，研究方向:電子通信工程。

收稿日期:2014-12-03

文章編號:1009－0401(2015)01－0058－03

文獻標志碼:A

中圖分類號:TQ637