島嶼環(huán)境下車輛金屬材料的腐蝕及防護(hù)對(duì)策研究

徐安桃，李錫棟，周慧

（陸軍軍事交通學(xué)院，a. 投送裝備保障系；b. 學(xué)員五大隊(duì)研究生隊(duì)，天津 300161）

隨著中國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的提出，海洋的重要性日益提升，而島嶼作為海洋中一種特殊的地理環(huán)境，其地位和作用也受到越來越多的關(guān)注。我國(guó)南部沿海島嶼作為祖國(guó)的南大門，其重要性不言而喻，維護(hù)南海諸島的權(quán)益是我軍肩負(fù)的最重要使命[1-2]。南海諸島正處在典型的亞熱帶海洋性氣候區(qū)，高溫、高濕和高鹽霧是該區(qū)域大氣環(huán)境的主要特點(diǎn)，使得部署在島嶼上的軍用武器和裝備受到腐蝕的影響很大[3-4]。車輛裝備作為一種特殊的作戰(zhàn)單元，不僅承擔(dān)著運(yùn)輸和保障任務(wù)，更是眾多武器裝備的運(yùn)載和作戰(zhàn)平臺(tái)。因此，研究我國(guó)南部島嶼環(huán)境下車輛裝備腐蝕行為具有極其重要的意義。

1 國(guó)內(nèi)外島嶼環(huán)境腐蝕研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)研究情況

長(zhǎng)期以來，我國(guó)在設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)常規(guī)武器裝備方面，主要在以本土防衛(wèi)作戰(zhàn)的戰(zhàn)略原則的指導(dǎo)下完成，主要參照的大氣基礎(chǔ)環(huán)境為大陸性氣候環(huán)境，因而忽視了那些部署在我國(guó)東南沿海熱帶、亞熱帶地區(qū)島嶼環(huán)境條件下的武器裝備，因受到嚴(yán)酷海洋大氣環(huán)境的影響而產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕的問題。這勢(shì)必會(huì)影響到我國(guó)在南部沿海地區(qū)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。近年來，隨著島嶼海洋大氣環(huán)境下腐蝕問題的不斷出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者開始將目光聚焦在島嶼環(huán)境下裝備腐蝕問題的研究上。

劉孝國(guó)[5]等研究了熱帶海島地區(qū)主要的氣候熱點(diǎn)以及影響兵器腐蝕的主要因素，針對(duì)我國(guó)常規(guī)兵器在熱帶海島地區(qū)的腐蝕問題，分析了熱帶島嶼環(huán)境下常規(guī)兵器腐蝕特點(diǎn)和損傷類型，闡明了我國(guó)常規(guī)兵器防腐蝕技術(shù)應(yīng)用情況。我國(guó)雖然已提出了“兩南”的戰(zhàn)略方針，但是在重大裝備研制的過程中缺少對(duì)未來戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境條件應(yīng)有的預(yù)測(cè)，并沒有提出有效的克服熱帶海島地區(qū)腐蝕問題的技術(shù)方案，也沒有提出對(duì)于強(qiáng)熱帶海島地區(qū)用常規(guī)兵器腐蝕問題的建議及應(yīng)對(duì)對(duì)策。李良春[6]等針對(duì)海島部隊(duì)彈藥腐蝕的具體情況，總結(jié)出了影響彈藥腐蝕的自然誘因和協(xié)同誘因，在防腐模式和包裝技術(shù)方法上提出了創(chuàng)新理論，設(shè)計(jì)了“雙重設(shè)防、外阻內(nèi)吸”的防腐蝕結(jié)構(gòu)方案，并指出并行防腐包裝技術(shù)將成為我軍在海島進(jìn)行彈藥防腐的重要模式，提高我軍在海島地區(qū)彈藥保障能力，為島嶼的局部戰(zhàn)爭(zhēng)提供有力的支撐。杜仕國(guó)[7]等研究了作為彈藥主要金屬元件的 D60鋼在熱帶海島地區(qū)的腐蝕行為，通過模擬熱帶海島環(huán)境高輻射、高鹽霧的條件，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 D60鋼的腐蝕試驗(yàn)，并利用紅外光譜法對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析。結(jié)果表明，隨著腐蝕的進(jìn)行，腐蝕產(chǎn)物也產(chǎn)生相應(yīng)變化，從腐蝕初期的γ-FeOOH和δ-FeOOH，到中期出現(xiàn)α-FeOOH，后期又衍變成 Fe3O4，加入 NaCl鹽粒將會(huì)加速基體金屬的腐蝕過程。

雖然熱帶島嶼環(huán)境下的腐蝕問題已經(jīng)引起我軍重視，但是，研究大多集中在常規(guī)兵器和彈藥，沒有覆蓋到所有裝備，而且防腐蝕技術(shù)匱乏。因此，針對(duì)島嶼環(huán)境下的腐蝕問題，我軍應(yīng)該高度重視，積極研究新的島嶼防腐蝕技術(shù)，完善防腐蝕制度和體系。

1.2 國(guó)外研究情況

腐蝕問題一直是外國(guó)學(xué)者研究中的一項(xiàng)重點(diǎn)工作，為應(yīng)對(duì)腐蝕問題，美國(guó)國(guó)防部成立了有專人負(fù)責(zé)處理美軍腐蝕防控工作的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)。通過調(diào)查顯示，近5年，美軍在武器裝備腐蝕防控領(lǐng)域投入的年度資金均在200億美元以上，2014年共投入219億美元。由此可見，美軍對(duì)于腐蝕問題十分重視。對(duì)于熱帶島嶼腐蝕問題，美軍也作了相關(guān)的研究。

在2004年，美軍在夏威夷群島地區(qū)針對(duì)車輛裝備和武器系統(tǒng)所使用的金屬材料進(jìn)行腐蝕行為研究。此研究由美國(guó)陸軍坦克自動(dòng)化與武器司令部（TACOM）發(fā)起，并在環(huán)太平洋地區(qū)腐蝕項(xiàng)目（PRCRP）的支持下，開展為期3年的海洋大氣暴露實(shí)驗(yàn)，并于2007年6月得到第一批實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雖然實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果與實(shí)際環(huán)境有一定的相關(guān)性，但是傳統(tǒng)的汽車加速腐蝕試驗(yàn)指標(biāo)不足以完全評(píng)估車輛裝備在沿海島嶼情況下的腐蝕行為。另一項(xiàng)研究來自美軍十年世界軍事操作環(huán)境腐蝕檢測(cè)總結(jié)結(jié)果：美軍在紐約長(zhǎng)島地區(qū)利用腐蝕傳感器研究了軍用飛機(jī)腐蝕速率與清洗時(shí)間間隔的關(guān)系。長(zhǎng)島地區(qū)三面環(huán)海，屬于典型的島嶼大氣環(huán)境，氣候環(huán)境惡劣。研究表明，腐蝕傳感器可以提供一個(gè)“硬性”的指標(biāo)，來確定軍用飛機(jī)的清洗時(shí)間間隔。這對(duì)于軍用飛機(jī)在長(zhǎng)島海洋大氣環(huán)境下的維護(hù)與保養(yǎng)具有重要意義。

美軍對(duì)于車輛裝備腐蝕問題研究起步較早，腐蝕控制組織機(jī)構(gòu)比較完善，我軍應(yīng)學(xué)習(xí)和借鑒美軍先進(jìn)的防腐蝕技術(shù)和手段，更好地解決我軍車輛裝備的腐蝕問題。

2 我國(guó)南部島嶼環(huán)境的特點(diǎn)

我國(guó)南部沿海諸島正處于亞熱帶海洋性氣候區(qū)，其主要特點(diǎn)為高溫、高鹽霧和高輻射，屬于典型的嚴(yán)酷大氣腐蝕環(huán)境。以南海四大群島之一的西沙群島為例，其年平均溫度約為27 ℃，全年符合濕熱帶標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)有7個(gè)月，一年中無明顯的四季區(qū)別。由于雨量充沛，因此其全年平均相對(duì)濕度達(dá)77.4%，年表面潤(rùn)濕時(shí)間為5000～6000 h/a，屬于ISO等級(jí)中的τ4等級(jí)[8-9]。南海諸島地屬低緯度，由于距離赤道比較近，因此，太陽投射角度大，光照充足，早晚區(qū)別不大，年日照時(shí)間在 2600 h 左右，太陽輻射量高達(dá) 1600 MJ/m2。此外，由于四面環(huán)海，島嶼環(huán)境下 Cl－沉積速率較高，年平均沉積速率達(dá)112.68 mg/(m2·d)，屬于 ISO中的 S2等級(jí)[9]。由此可見，我國(guó)南部沿海諸島，地理位置特殊，氣候環(huán)境惡劣，部署在島嶼上的軍事裝備將受到嚴(yán)酷大氣環(huán)境的挑戰(zhàn)。

3 車輛腐蝕情況分析

3.1 日常訓(xùn)練狀態(tài)

車輛裝備作為一種最廣泛、數(shù)量最多的基礎(chǔ)作戰(zhàn)單元，是開展日常軍事訓(xùn)練的重要載體。隨著南海局勢(shì)的日益緊張，軍事訓(xùn)練也變得常態(tài)化，島嶼上部署的車輛裝備在軍事訓(xùn)練中將面臨嚴(yán)重的腐蝕挑戰(zhàn)。其中高輻射和高鹽霧是影響日常訓(xùn)練狀態(tài)下車輛裝備腐蝕的重要因素。島嶼環(huán)境中的強(qiáng)輻射是車輛裝備表面涂層老化的主要影響因子，紫外線的能量足以破壞涂層的化學(xué)鍵，導(dǎo)致有機(jī)涂層中產(chǎn)生過氧化物和親水小分子，引發(fā)涂層的老化和失效。島嶼由于四面環(huán)海，空氣中鹽霧的含量常年居高不下，并且風(fēng)力越大，距離海岸空氣中的鹽霧含量越高。鹽霧是一種電解質(zhì)，可以潛入到車輛裝備零件內(nèi)部，形成局部腐蝕原電池，直接造成車輛裝備的腐蝕[11]。其次，車輛的訓(xùn)練過程中，受到風(fēng)力和降水的侵蝕，這對(duì)于車輛裝備的腐蝕影響也不容忽視。

3.2 泛水狀態(tài)

海水是島嶼環(huán)境下車輛裝備面臨的一種最常見的腐蝕環(huán)境，由于作戰(zhàn)和訓(xùn)練的需要，車輛要面臨泛水作業(yè)，此時(shí)腐蝕問題也隨之而來。海水是一種含鹽濃度很高的電解質(zhì)溶液，是以一種天然的腐蝕劑介質(zhì)，海水中大量的鹽粒子，沉積在車輛破損處的金屬表面，海鹽進(jìn)一步吸水潮解，促使金屬進(jìn)一步腐蝕。車輛裝備在在泛水過程中，由于潮汐的作用，不斷受到海水的沖擊和拍打，使得車輛表面涂層因應(yīng)力而產(chǎn)生疲勞。海水中夾雜著微生物和污染物，附著在車輛表面，使車體產(chǎn)生局部腐蝕，進(jìn)一步加速車輛的腐蝕進(jìn)程。因此，海水是車輛裝備泛水作業(yè)狀態(tài)下主要的腐蝕因素。

3.3 貯存狀態(tài)

部署在島嶼上的車輛裝備除訓(xùn)練和作戰(zhàn)外，大多數(shù)時(shí)間處于貯存狀態(tài)，但由于島嶼惡劣的大氣環(huán)境，使得車輛裝備的關(guān)鍵部位受到腐蝕的影響依然很大。其中高溫和高濕是影響貯存狀態(tài)下車輛裝備腐蝕的重要因素。南海諸島地處熱海洋帶氣候區(qū)，常年高溫，而高溫對(duì)于車輛表面金屬及涂層的影響極大，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越快，金屬及涂層老化過程越發(fā)劇烈。實(shí)驗(yàn)表明，溫度每升高10%，腐蝕速度約提高1倍。此外，南部島嶼地區(qū)氣候潮濕，車輛在貯存狀態(tài)下，車體表面會(huì)覆蓋一層水膜。隨著時(shí)間的推移，水膜將通過各種缺陷滲入涂層，使涂層產(chǎn)生膨脹和收縮，并最終導(dǎo)致涂層失效脫落。因此，高溫和高濕是車輛貯存狀態(tài)下產(chǎn)生腐蝕的主要因素[12]。

4 島嶼環(huán)境下車輛裝備防腐對(duì)策

4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛裝備腐蝕狀態(tài)

腐蝕是一個(gè)微觀而且緩慢的化學(xué)進(jìn)程，但其對(duì)于車輛裝備壽命的影響卻是巨大的。車輛裝備腐蝕初期，通過肉眼很難發(fā)現(xiàn)腐蝕問題的存在。當(dāng)出現(xiàn)宏觀腐蝕問題時(shí)，問題已經(jīng)十分嚴(yán)重，此時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救措施為時(shí)已晚。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)控車輛裝備的腐蝕狀態(tài)是十分有必要的。目前，比較成熟的腐蝕檢測(cè)技術(shù)有：電阻探針、線性極化探針、交流阻抗探針和超聲檢測(cè)等[13-16]。通過對(duì)車輛腐蝕狀態(tài)的監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解車輛腐蝕進(jìn)程，并對(duì)腐蝕情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，采取“適情維修”的防護(hù)措施，不僅可以節(jié)約腐蝕成本，提高工作效率，更能有效地解決車輛裝備腐蝕問題。

4.2 采用新的涂層技術(shù)和材料

在車輛裝備表面涂裝涂層是隔絕環(huán)境中腐蝕介質(zhì)侵蝕的最直接方式。島嶼環(huán)境下，高鹽霧和高輻射是影響車輛表面涂層防護(hù)性能的主要因素，大多數(shù)涂層在設(shè)計(jì)之初，并沒有考慮到島嶼環(huán)境的特殊性，涂層在島嶼大氣的侵蝕下失效較快。因此，針對(duì)島嶼環(huán)境的特點(diǎn)，采用新的涂層技術(shù)和材料是非常重要的。目前，應(yīng)用前景較好的涂層技術(shù)有熱噴涂技術(shù)和納米材料技術(shù)[17-18]。應(yīng)用熱噴涂技術(shù)可以大大提高車輛關(guān)鍵部件的防腐蝕能力，延長(zhǎng)部件的壽命，野戰(zhàn)淋浴車等特種裝備應(yīng)用熱噴涂技術(shù)后防腐能力大幅提升，反饋良好。納米材料技術(shù)是將納米粉體以一定比例添加到涂層中，從而提高涂層抗輻射能力，使車輛表面涂層免受輻射的侵害。

4.3 采取陰極保護(hù)

針對(duì)島嶼環(huán)境下車輛裝備需要泛水作業(yè)的狀況，可采用電化學(xué)陰極保護(hù)法減緩海水對(duì)車輛造成的腐蝕。目前，比較常用的陰極保護(hù)方法有犧牲陽極的陰極保護(hù)法和外加電流法[19]。對(duì)于車輛裝備的使用情況而言，外加電流法相對(duì)復(fù)雜，更適合犧牲陽極保護(hù)法。犧牲陽極保護(hù)法是利用不同金屬的化學(xué)活潑性質(zhì)不同，采用更活潑的金屬如鋁及鋁合金作為陽極與需要保護(hù)的金屬相接，形成宏觀腐蝕電池，通過犧牲陽極金屬來實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛關(guān)鍵部位的保護(hù)。陰極保護(hù)法不僅技術(shù)可靠，而且操作簡(jiǎn)便，可以有效地抑制局部腐蝕，減緩海水對(duì)車輛裝備的腐蝕。

4.4 科學(xué)封存車輛裝備

對(duì)于島嶼環(huán)境下車輛裝備的貯存，應(yīng)盡量避免露天存放，并采取科學(xué)嚴(yán)格的封存保護(hù)，以減緩車輛裝備的腐蝕速度。封存之前應(yīng)對(duì)車輛裝備進(jìn)行清潔和保養(yǎng)，對(duì)附著在車輛表面的污染物徹底清理，及時(shí)修補(bǔ)車身破損處的漆面。為提高封存效果，可以采用整裝封存和局部封存相結(jié)合的方式，對(duì)與車輛裝備關(guān)鍵部位及零部件進(jìn)行局部防腐蝕處理。盡管如此，腐蝕是不可避免的，因此應(yīng)根據(jù)車輛裝備腐蝕狀態(tài)，及時(shí)對(duì)車輛裝備進(jìn)行保養(yǎng)和補(bǔ)封。