基于船舶與海洋工程領域的新材料的分析與應用

許江

【摘要】人類進入海洋開發(fā)新時代，傳統(tǒng)材料已經不能滿足我們的發(fā)展需要，各種各樣的新型材料應運而生。新材料的開發(fā)與應用如今已成為世界各國普遍關注的項目。二十一世紀被稱為“海洋世紀”，美日韓等海洋強國都在重新規(guī)劃自己的海洋戰(zhàn)略，海洋工程材料自然而然被推到了突出的地位。海洋工程材料宏觀上是指從海洋中提取的材料和專屬用于海洋開發(fā)的各類特殊材料。通過對新材料研究的不斷深入，人類對海洋的探索能力將不斷增強，海洋資源開發(fā)的能力也將得到巨大提升，這也是各國不惜巨大投資，大力發(fā)展新材料工程的原因。海洋對航行器的威脅有很多方面，比如海水的腐蝕性、深海低溫環(huán)境、洋流、巨浪等。新材料在海軍工程領域具有非常大的應用空間，特別是在降噪、速航、耐低溫、隱身等方面，世界軍事大國對此非常重視。

【關鍵詞】新材料；海洋；開發(fā)；應用

1、海洋新型防腐蝕材料

1.1海洋腐蝕

1.1.1海洋腐蝕機理

海洋環(huán)境是一種復雜的腐蝕環(huán)境。在這種環(huán)境中，海水本身是一種強的腐蝕介質，同時波、浪、潮又對金屬構件產生低頻往復應力和沖擊，加上海洋微生物、附著生物及它們的代謝產物等都對腐蝕過程產生的加速作用。

1.1.2海洋腐蝕的形式

（1）海水腐蝕

海水中含有大量、等多種成分，對于浸沒在海水中的金屬材料具有極強的腐蝕性。這些腐蝕性離子還以細浪或者煙霧等形式漂浮在空氣中腐蝕海上結構物。

（2）微生物腐蝕

海洋中有大量的微生物，形成微生物腐蝕。中國工程院院士柯偉認為每年與海洋微生物有關的材料破壞和失效占到涉海材料損失總量的。由此可見微生物腐蝕的帶來的危害必須重視起來。

1.2防腐材料

為防止海水腐蝕對海洋工程設施的危害，工程人員通常會在工程設施表面涂上一層防腐涂料，以避免腐蝕介質與鋼鐵直接接觸，從而避免鋼鐵發(fā)生腐蝕。水基自固化無機鋅硅防腐涂料就是最新研制的新型防腐涂料。該材料特點是固化快，結合力強，防腐蝕性能優(yōu)異，耐高溫，耐老化，是長期在海洋，大氣等腐蝕性介質中工作的鋼鐵結構的防腐材料。目前該材料在軍事、商業(yè)、資源開發(fā)等很多領域都有廣泛的應用。

此外，高性能耐腐鈦合金材料、非晶態(tài)耐蝕鈦合金材料都是性能良好的新型防腐蝕材料

2、軍事海洋材料

軍事海洋材料是當今科技含量最高的領域，高校、科研機構和現代化生產企業(yè)三位一體的研發(fā)模式是最理想的。它是一個國家科技水平的完美展現。

2.1減振降噪及隱身材料

在減震降噪方面，目前軍事大國都在大力開展魚雷噪聲的綜合治理工作，力求降低魚雷的噪音水平。潛艇表面的涂料由阻尼涂層制成，該涂層可以吸收聲吶波，最大限度的規(guī)避敵方偵查，它還可以降低自身行進過程中產生的噪音。

水面艦艇如今也朝著隱身方向發(fā)展，在艦艇表面涂上吸收可見光和雷達波的涂料也可使水面艦艇達到隱身的效果。

2.2高溫超導材料

艦船裝備應用超導材料可以顯著提高電力效率，減小設備尺寸、體積，減輕重量，增加有效載荷，降低噪音，提高隱蔽性，從而能大大提高艦艇的戰(zhàn)斗力。

早期的超導體存在于液氦極低溫度條件下，極大地限制了超導材料的應用。高溫超導材料，是具有高臨界轉變溫度，能在液氨溫度條件下工作的超導材料。因主要是氧化物材料，故又稱高溫氧化物超導材料。

高溫超導電機的優(yōu)勢是運行成本可降低一半，供給同樣動力尺寸僅為原來的三分之一，制造成本降低百分之四十，電流損耗可較少百分之五十。這些因素對船舶推進性能影響極大。

2.3鈦和鈦合金

由于鈦合金材料顯示良好的斷裂韌性、耐腐蝕性、高溫強度和低磁信號，鈦合金的發(fā)展加工制造技術顯得尤為重要。

由于鈦合金具有耐高溫強度性能，由鈦合金和制成的新型復合材料可使發(fā)動機的耐高溫性能得到顯著改善。此外，鈦合金的延展性，耐腐蝕性在艦船設計方面也得到很大的應用。

2.4其他材料

軍事海洋材料一直處在科技前沿領域，與國防事業(yè)緊密相關。甲板防滑材料、潛艇等艦船的發(fā)動機排氣隔熱材料、阻燃材料、艦載導彈天線罩材料、軍港防偽設施建筑材料、雷達探測及各種檢測傳感材料等都是軍事海洋材料，它們的研制與應用體現出了一個國家的國防實力。

3、防污材料

3.1防污情勢

海洋中存在大量的微生物.船舶在行進過程中船底和舷側難免被海洋生物附著，因而增加了船舶發(fā)動機的負載。隨著附著物的不斷積累，航行阻力越來越大，航速下降，燃油耗費量增加，等溫室氣體排量增加，增加了航行成本，造成了環(huán)境污染，生態(tài)破壞。因此防污問題不容忽視。

3.2防污材料

傳統(tǒng)的防污材料有機錫對環(huán)境的破壞特別嚴重。目前，有機錫的主要替代技術主要有可控溶解型防污漆、雜化防污漆、自拋光防污漆和低表面能防污漆。前三者屬于釋放型防污涂料，難免會對環(huán)境產生危害，而后者利用自身低表面能的特性進行防污，不僅環(huán)保無污染，而且摩擦阻力低，大大地降低了能耗，節(jié)約了航行成本，減少了溫室氣體的排放，可謂是一舉多能。

總結：

海洋資源開發(fā)、海上運輸、海港和海防建設都需要大量的新型材料和經過新型粉體材料表面防護的傳統(tǒng)材料，研究這些材料的制備科學和工藝技術、失效機制、探索未來海洋開發(fā)所需求的新概念材料合成理論和應用領域預測顯得格外重要和迫切。

如今的國際競爭演變成了科技的競爭，傳統(tǒng)的材料已不能滿足飛速發(fā)展的科技水平的需要，新材料的出現使得科技發(fā)展走向了新方向。提出將海洋材料研發(fā)作為海洋科技發(fā)展的一個密切相關而重要的科學問題，將有利于國家從整體上構思海洋戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。