裝甲車輛的腐蝕防護(hù)體系化發(fā)展研究

賈陽光，陳 曦，韓方丁，侯 蔚，李子森

(中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所，北京 100089)

裝甲車輛是指具有裝甲防護(hù)的履帶、輪式軍用或警用車輛的統(tǒng)稱，主要由推進(jìn)系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、防化系統(tǒng)、電子與通信系統(tǒng)、綜合電子信息系統(tǒng)等總體構(gòu)成[1]，分類框圖如圖1所示。裝甲車輛承擔(dān)著保家衛(wèi)國、軍事訓(xùn)練、對敵作戰(zhàn)等任務(wù)，具有全域機(jī)動、快速突擊、持續(xù)作戰(zhàn)獨(dú)特能力，長期暴露在風(fēng)沙、雨雪、潮濕、鹽霧等惡劣環(huán)境條件下工作而經(jīng)常引發(fā)腐蝕問題，如金屬部分會氧化、腐蝕、生銹；表面涂鍍層會龜裂、變質(zhì)、脫落；電氣元件會老化、擊穿、變質(zhì)；光學(xué)器材會起霧、發(fā)霉、失效，嚴(yán)重影響裝備的使用壽命和作戰(zhàn)能力，影響著裝甲車輛的可靠性和綜合作戰(zhàn)性能[2]。據(jù)某大修廠的維修數(shù)據(jù)可知，除單純的機(jī)械故障外，裝甲車輛的絕大多數(shù)故障都是由于環(huán)境影響造成，其中腐蝕問題提高了裝甲車輛15%維修費(fèi)用，增加了25%維修頻次[3-5]。

圖1 裝甲車輛的分類框圖

為全面提升現(xiàn)役裝甲車輛的腐蝕防護(hù)水平，著眼未來裝甲車輛的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)裝甲車輛全域機(jī)動和表面防護(hù)技術(shù)的可靠性提升，做好腐蝕的系統(tǒng)防護(hù)，推動裝甲車輛的高質(zhì)量發(fā)展。賈海波等[6]從材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面分析軍工產(chǎn)品的防護(hù)措施，為軍工產(chǎn)品的防腐蝕設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。倪余偉等[7]對國內(nèi)軍用車輛生產(chǎn)廠家和使用部隊進(jìn)行了長期走訪調(diào)研，對軍用車輛的腐蝕現(xiàn)狀、防腐工藝進(jìn)行深入研究分析，提出了系統(tǒng)工藝改進(jìn)措施。王光雍等[8]研究了材料腐蝕與裝備環(huán)境工程關(guān)系，重點(diǎn)討論了不同服役環(huán)境對典型材料的服役影響規(guī)律，使材料自然環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù)與試驗研究成果直接為裝甲車輛服務(wù)。王俊芳、王博等[9-10]通過分析國內(nèi)外武器裝備腐蝕控制的基本現(xiàn)狀，并根據(jù)我國目前軍用防護(hù)涂層的發(fā)展?fàn)顩r，重點(diǎn)討論了常用的防腐蝕涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了我國軍用防腐涂料涂裝技術(shù)發(fā)展建議。

裝甲車輛是集成度最高、功能最全、技術(shù)最為密集、帶動作用最為顯著的核心陸戰(zhàn)裝備，因此一直是世界各國陸軍裝備轉(zhuǎn)型建設(shè)和技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。此外，裝甲車輛研制設(shè)計、生產(chǎn)組織管理體系和產(chǎn)品配套體系較為成熟，配套單位較為集中，配套層級較為簡單，規(guī)模列裝較多，增長空間巨大。本文以裝甲車輛作為研究對象，立足裝備車輛的現(xiàn)實(shí)腐蝕需求，以軍工產(chǎn)品試點(diǎn)為主線開展腐蝕防護(hù)體系化發(fā)展研究工作，分析確認(rèn)腐蝕風(fēng)險、防腐技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)問題，研究對策并將研究成果推廣應(yīng)用于型號裝備全線，助推武器裝備高質(zhì)量發(fā)展，意義重大、需求迫切。

1 我國裝甲車輛的腐蝕防護(hù)基本要求

早期，我國裝甲車輛主要使用和部署于內(nèi)陸北方地區(qū)，出口于周邊國家，環(huán)境引發(fā)腐蝕問題并不嚴(yán)重，研制中也較少關(guān)注腐蝕防護(hù)問題。隨著我國裝甲車輛使用地域的拓展，帶來腐蝕機(jī)理復(fù)雜化、腐蝕類型多樣化等問題，全域作戰(zhàn)能力也對裝甲車輛的腐蝕防護(hù)水平提出了新要求。隨著科技飛速發(fā)展，新材料、新技術(shù)日新月異，在裝甲車輛的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，但不同系統(tǒng)、不同部件和不同材料的防腐工藝均有較大區(qū)別，同時也存在著傳統(tǒng)的防護(hù)技術(shù)規(guī)范不適用、防腐需求不統(tǒng)一、技術(shù)要求繁雜等問題，既無法滿足沿?；蛏詈５确栏?，也有過防腐保護(hù)情況。如某戰(zhàn)車因輕量化和信息化的要求，應(yīng)用了大量高強(qiáng)鋼、鋁鎂合金、鈦合金和復(fù)合材料，安裝了高度集成化的精密測算系統(tǒng)、電子通信和武器觀瞄光學(xué)電子系統(tǒng)，經(jīng)短期服役后，出現(xiàn)了應(yīng)力腐蝕、電偶腐蝕導(dǎo)致的拆卸困難等問題，操縱臺的電纜插頭、插座、輔助繼電氣因海水滲漏、鹽霧出現(xiàn)短路燒壞等問題，通信部分由于密封性或受潮濕影響，出現(xiàn)尖叫等問題。

裝甲車輛的全域機(jī)動、輕量化和信息化對防腐蝕技術(shù)提出了更高的要求。我國幅員遼闊，氣候環(huán)境包括了各種復(fù)雜的自然環(huán)境特征，從亞熱帶海洋性氣候到北溫帶、寒帶氣候，從高原戈壁荒漠氣候到熱帶雨林氣候。以裝甲鋼為主的車輛主體結(jié)構(gòu)材料，以各種高性能合金鋼制成的動力傳動、行動系統(tǒng)及武器系統(tǒng)，以及高度集成化的精密計算機(jī)系統(tǒng)、電子通信和武器觀瞄的光學(xué)電子系統(tǒng)，必須適應(yīng)包括海洋性氣候條件下的濕熱、鹽霧、水汽，熱帶雨林氣候條件下的飽和水汽、霉菌微生物，寒帶極端低溫等苛刻氣候條件，并能夠在這些復(fù)雜氣候條件下正常遂行作戰(zhàn)任務(wù)。

裝甲車輛的防腐蝕技術(shù)水平?jīng)Q定了復(fù)雜氣候條件下的環(huán)境適應(yīng)性能，裝甲車輛的環(huán)境腐蝕特點(diǎn)和類型見表1。

表1 裝甲車輛的環(huán)境腐蝕特點(diǎn)和類型

2 裝甲車輛的腐蝕防護(hù)類型及應(yīng)用現(xiàn)狀

裝甲車輛的腐蝕防護(hù)是一個系統(tǒng)工程，涂鍍層是技術(shù)保障手段，但腐蝕問題是產(chǎn)品設(shè)計階段就應(yīng)同步開始考慮的問題，應(yīng)在全系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)腐蝕防護(hù)的體系化。防腐涂料、電鍍層作為重要的防腐措施之一，在做好優(yōu)秀耐蝕材料的選用研制、科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、防腐手段評估選擇的同時，還應(yīng)重視涂料涂裝的規(guī)范性和可靠性，同時開展整車涂裝檢驗檢測技術(shù)的試驗驗證。

2.1 腐蝕防護(hù)技術(shù)體系

涂鍍層技術(shù)是指將惡劣環(huán)境與裝備車輛表面進(jìn)行隔離，從而達(dá)到延緩裝備腐蝕速度的目的，如金屬結(jié)構(gòu)材料表面電鍍鋅、某些結(jié)構(gòu)件涂覆陶瓷、車體噴涂樹脂。防腐涂料是裝甲車輛車體等大表面的重要腐蝕防護(hù)手段?？v觀裝甲車輛用防腐涂料的發(fā)展歷程，主要是隨著合成樹脂的發(fā)展而進(jìn)步的。第二次世界大戰(zhàn)前，裝甲車輛主要使用油性漆、硝基漆，戰(zhàn)后大部分使用油性漆、硝基漆等。伴隨著裝甲車輛走向沿海和深海，提出了“重防腐涂料”的概念，醇酸樹脂涂料、氯化橡膠涂料、氯乙烯樹脂涂料、環(huán)氧樹脂涂料、聚氨酯樹脂涂料、聚酯樹脂涂料等合成樹脂涂料迅速發(fā)展[11]。通過對國內(nèi)主要裝甲車輛生產(chǎn)廠走訪調(diào)研，梳理了目前常用的防腐涂料(見表2)[12-13]。

表2 常用防腐涂料

目前，磷化、金屬鍍層、達(dá)克羅是裝備車輛零部件和結(jié)構(gòu)件的主要防護(hù)手段，初步形成了裝甲車輛的零部件的腐蝕防護(hù)技術(shù)體系。20世紀(jì)70年代，英國人突破了磷化工藝，將其成功運(yùn)用在梅卡瓦主戰(zhàn)坦克上。我國磷化技術(shù)起步較晚，經(jīng)過多年的發(fā)展，在磷化技術(shù)的配方、工作機(jī)理等方面已取得了較大的進(jìn)展[14]。受限于國內(nèi)環(huán)保的要求，磷化技術(shù)主要應(yīng)用于兩棲裝甲車輛和艦船的高強(qiáng)鋼零部件。金屬鍍層技術(shù)因具有良好的防護(hù)性、性價比、優(yōu)異的耐蝕性和低氫脆等特性，是裝甲車輛零部件的主要防腐手段[15]。達(dá)克羅涂層具有較高的耐腐蝕性、高耐熱性、高耐候性、無氫脆、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，主要用于發(fā)動機(jī)熱負(fù)載零件、排氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件等零部件、齒輪等復(fù)雜零件[16]。裝甲車輛輕量化拓展了微弧氧化技術(shù)的應(yīng)用范圍，主要用于鋁、鎂等閥金屬及合金[17]。

長期以來，涂鍍層技術(shù)作為裝甲車輛簡單和有效的防腐手段，保障了裝甲車輛的車體部分、行動部分、動力部分、操縱部分、武器部分等正常運(yùn)轉(zhuǎn)，形成了腐蝕防護(hù)技術(shù)體系。作為裝甲車輛腐蝕防護(hù)的重要一環(huán)，我國裝甲車輛目前采用的部分防腐涂料還比較落后，防護(hù)手段比較單一，涂裝涂料品種比較混亂。如裝甲車輛在早期研制中較少考慮濕熱、海洋等惡劣環(huán)境的腐蝕問題，選用達(dá)克羅技術(shù)解決了當(dāng)時的研制急需，但長時間使用和多次拆卸暴露出涂層脫落、腐蝕等失效問題。因此，單一功能防腐蝕涂料、鍍層技術(shù)已無法滿足現(xiàn)代裝甲車輛全域作戰(zhàn)的要求，構(gòu)建腐蝕防護(hù)技術(shù)體系勢在必行。此外，腐蝕防護(hù)是一個綜合、系統(tǒng)工程，在裝甲車輛研制設(shè)計時，需結(jié)合服役環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)等條件，選擇匹配材料，合理結(jié)構(gòu)設(shè)計，選用正確防腐技術(shù)工藝，進(jìn)行腐蝕系統(tǒng)控制管理，確保裝甲車輛的可靠性、安全性和使用壽命。在涂料配方設(shè)計時，要兼顧多方面因素，綜合考慮防腐蝕、耐候性能、抗菌性能等因素，選擇合適的成膜物質(zhì)、助劑、填料等。此外，在發(fā)展防腐工藝技術(shù)體系的同時，還應(yīng)兼顧腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2.2 腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

國外裝甲車輛的防腐技術(shù)發(fā)展都是以軍事用途需求為牽引、民用推廣為重點(diǎn)，從設(shè)計方法、新品研制、工藝手段和應(yīng)用研究上協(xié)同發(fā)展，走通用為主兼顧專用、技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)同步、專業(yè)化的發(fā)展道路，各類防腐技術(shù)齊全、性能穩(wěn)定，滿足軍工產(chǎn)品發(fā)展需求。美國武器裝備要經(jīng)受全球嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境，動用了大量人力和物力實(shí)施腐蝕控制戰(zhàn)略，高度重視軍用裝備腐蝕控制，專門建立了腐蝕控制的相關(guān)管理機(jī)構(gòu)。在21世紀(jì)初發(fā)布了《陸軍腐蝕與防護(hù)控制大綱》《國防部防止和減緩腐蝕戰(zhàn)略計劃》等戰(zhàn)略，編制了武器系統(tǒng)的材料和工藝要求，具體規(guī)定了材料的選擇、保護(hù)涂層和設(shè)計考慮，保護(hù)武器系統(tǒng)和保障設(shè)備的表面處理、涂層和密封劑，通過應(yīng)用防腐標(biāo)準(zhǔn)原則來減輕腐蝕，提高了裝甲車輛的防腐能力。

我國裝甲車輛現(xiàn)有防腐措施效率較低，技術(shù)水平不高，防腐效果不理想，同時我國腐蝕防護(hù)在國防工業(yè)生產(chǎn)中處于輔助性、附屬性、服務(wù)性地位，缺少政策法規(guī)支持，基礎(chǔ)工業(yè)相對薄弱，標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)滯后。隨著我軍裝甲車輛的迅速發(fā)展、新型號裝備列裝和東南沿海的部署，其腐蝕問題越來越顯著，這就要求我們研究相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和腐蝕控制的規(guī)范。為了解決裝甲車輛的各種設(shè)備、零固件的腐蝕問題，中國工程院牽頭發(fā)布了《中國腐蝕調(diào)查報告》。隨后，以王海舟院士為代表的老一代學(xué)者致力于設(shè)計、生產(chǎn)、制造全流程的成套標(biāo)準(zhǔn)體系的制定，梳理了644項材料腐蝕方面的國標(biāo)、1 312項行標(biāo)。2019年，國家材料環(huán)境腐蝕平臺頒布了47項標(biāo)準(zhǔn)，其中17項涉及低合金耐蝕鋼的標(biāo)準(zhǔn)，28項是涉及大氣、土壤、海水材料進(jìn)行野外腐蝕試驗的標(biāo)準(zhǔn)。裝甲車輛的防腐密封器材配發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和兩棲裝甲車的鋅-鉻涂層應(yīng)用技術(shù)要求等3項國家軍用標(biāo)準(zhǔn)的制定，提高了裝甲車輛腐蝕控制和維修保障能力，完善了部隊使用保養(yǎng)規(guī)范，為我國裝甲車輛的腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的形成奠定了基礎(chǔ)[18-19]。

我國裝甲車輛的腐蝕防護(hù)技術(shù)研究起步較晚，在研制設(shè)計、工藝技術(shù)、生產(chǎn)制造和試驗評價等諸多方面與發(fā)達(dá)國家存在著一定的差距，且在腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面存在著許多空白(見表3)[20-21]。為構(gòu)建出科學(xué)、合理的裝甲車輛腐蝕防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，應(yīng)從國家和行業(yè)的高度，認(rèn)真理清標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的工作范圍，梳理現(xiàn)有國家、行業(yè)腐蝕標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確定未來腐蝕防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的種類、內(nèi)容，推動防腐蝕行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)工作有序開展。

表3 不同部位的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范情況

3 結(jié)論與展望

裝甲車輛的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，信息化占比日益增多，與發(fā)達(dá)國家相比，我國裝甲車輛的腐蝕防護(hù)水平相對落后，工藝技術(shù)較為單一，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范無法滿足現(xiàn)役、未來裝甲車輛的腐蝕防護(hù)需求，由腐蝕相關(guān)帶來的維修問題愈發(fā)突出。因此提出裝甲車輛的腐蝕防護(hù)體系化發(fā)展建議，支撐合理的腐蝕控制設(shè)計，對提高裝甲車輛可靠性和綜合作戰(zhàn)性能具有重要意義。筆者對我國裝甲車輛的腐蝕防護(hù)體系化發(fā)展建議如下。

1)重點(diǎn)解決腐蝕突出問題，建立與之配套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。針對性地解決裝甲車輛長期存在因腐蝕引起的可靠性差的問題(如車體涂層脫落、連接件和活動件卡蝕等)，可以顯著提升裝備的環(huán)境適應(yīng)性和戰(zhàn)時可靠性，全面提升裝備的保障水平和戰(zhàn)斗力。結(jié)合裝甲車輛服役環(huán)境特點(diǎn)，根據(jù)裝甲車輛系統(tǒng)、零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行狀況，制定環(huán)境評級及防腐蝕涂料評級、梳理和制定防腐蝕典型結(jié)構(gòu)，建立防腐蝕結(jié)構(gòu)庫，搭建不同的防腐蝕涂層結(jié)構(gòu)，明確涂層體系防腐特點(diǎn)、涂層結(jié)構(gòu)、厚度、工藝參數(shù)等具體要求，研究關(guān)鍵零件及部件表面預(yù)處理評級圖譜，編制內(nèi)陸、近海、遠(yuǎn)海防腐規(guī)范，最終建立裝甲車輛可直接篩選的防腐蝕體系。

2)吸收先進(jìn)技術(shù)防腐措施，加大腐蝕防護(hù)治理力度。傳統(tǒng)的防腐措施存在防腐效果差、耗時多、人力消耗大等缺點(diǎn)，影響部隊?wèi)?zhàn)斗力的提高，因此應(yīng)積極采用先進(jìn)的耐蝕材料和防腐技術(shù)。雖然開發(fā)新材料和先進(jìn)的防腐技術(shù)一次性投入較高，但防腐性能好，并能夠減少日常維護(hù)的工作量，可使部隊有更多的時間投入訓(xùn)練，促進(jìn)戰(zhàn)斗力的提高。針對新裝備防腐新需求及衍生問題，通過實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的技術(shù)措施的防腐蝕工程化應(yīng)用(如高速激光熔覆、石墨烯、滲鋅等，攻關(guān)防腐蝕關(guān)鍵技術(shù)工藝)，打通腐蝕預(yù)處理、涂料/電鍍工藝以及后期維護(hù)整個防腐鏈條，聯(lián)動密封、磨損、表面等相關(guān)行業(yè)發(fā)展，建設(shè)一批專業(yè)化的技術(shù)攻關(guān)隊伍，加大腐蝕防護(hù)治理力度，進(jìn)一步優(yōu)化和完善裝甲車輛防腐技術(shù)體系。

3)落實(shí)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，樹立裝備全壽命觀念。緊密結(jié)合我國的環(huán)保要求，堅持國防工業(yè)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)綠色防腐蝕技術(shù)的應(yīng)用，使腐蝕防護(hù)觀念深入到裝備設(shè)計、制造、使用和維修的各個環(huán)節(jié)，加強(qiáng)裝備維修保障，特別是涉海裝備作訓(xùn)后的保障措施的落實(shí)等，實(shí)現(xiàn)裝備全周期、全壽命防腐的目標(biāo)，通過裝備的防腐蝕技術(shù)提升工作，實(shí)現(xiàn)裝備防腐蝕觀念的更新，做到設(shè)計先行，預(yù)防為主，突出重點(diǎn)，加大防腐技術(shù)和新型耐蝕材料的開發(fā)研究，增強(qiáng)對裝備車輛的防腐蝕技術(shù)基礎(chǔ)工作的支持。