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艦載飛機(jī)高效抗腐蝕關(guān)鍵涂層材料最新研究進(jìn)展

2017-11-16 13:30:53 作者：楊旭,許廣興,董春蕾來(lái)源：中國(guó)航空新聞網(wǎng) 分享至：

核心提示：艦載機(jī)是人民海軍“近海防御與遠(yuǎn)海護(hù)衛(wèi)”不可或缺的武器裝備，其以航空母艦為起降平臺(tái)，隨航母在廣闊大洋上服役，處于極端的腐蝕環(huán)境，主要受到高鹽霧、高濕熱、含硫廢氣、微生物、季候風(fēng)、雨水和海量沖刷等影響，極易導(dǎo)致機(jī)體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)嚴(yán)重腐蝕。腐蝕可造成機(jī)體結(jié)構(gòu)損傷和功能系統(tǒng)失效，增加維修成本，降低使用壽命，甚至危及飛行安全。

艦載機(jī)是人民海軍“近海防御與遠(yuǎn)海護(hù)衛(wèi)”不可或缺的武器裝備，其以航空母艦為起降平臺(tái)，隨航母在廣闊大洋上服役，處于極端的腐蝕環(huán)境，主要受到高鹽霧、高濕熱、含硫廢氣、微生物、季候風(fēng)、雨水和海量沖刷等影響，極易導(dǎo)致機(jī)體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)嚴(yán)重腐蝕。腐蝕可造成機(jī)體結(jié)構(gòu)損傷和功能系統(tǒng)失效，增加維修成本，降低使用壽命，甚至危及飛行安全。表面防護(hù)涂層材料是艦載機(jī)腐蝕防護(hù)控制中的關(guān)鍵材料，是保護(hù)機(jī)體結(jié)構(gòu)，防止腐蝕損傷的關(guān)鍵功能材料，其性能的優(yōu)劣直接影響艦載飛機(jī)的出勤率、維修成本及使用壽命。因此，建立艦載飛機(jī)高效抗腐蝕關(guān)鍵涂層材料體系已經(jīng)成為艦載飛機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

國(guó)內(nèi)外艦載飛機(jī)高效抗腐蝕

關(guān)鍵涂層材料研究現(xiàn)狀

高性能的表面防護(hù)涂層材料，是艦載機(jī)腐蝕防護(hù)控制中的關(guān)鍵材料，歐美等國(guó)家已經(jīng)制定了較為詳細(xì)的高性能表面防護(hù)材料體系和材料規(guī)范。歐美等國(guó)家一般要求防護(hù)面漆應(yīng)具有優(yōu)異的抗紫外線性能、杰出的光澤保持率和保色性、耐鹽霧性能、優(yōu)異的抗高低溫沖擊性能以及便捷的現(xiàn)場(chǎng)清洗維護(hù)性能等，底漆具有良好的耐絲狀腐蝕性能及施工性能，與面漆配套使用，具有較好的相容性。

美國(guó)波音公司研制的艦載機(jī)F/A-18E/F、T-45，采用的是高固體份防護(hù)環(huán)氧底漆MIL-P-23377和聚氨酯蒙皮面漆MIL-PRF-85285。環(huán)氧底漆具有優(yōu)異的耐化學(xué)品性好及較好的施工性能，底漆經(jīng)1000小時(shí)絲狀腐蝕后，劃痕處生長(zhǎng)的絲長(zhǎng)不超過(guò)3.2mm，其與配套蒙皮面漆使用，耐鹽霧2000小時(shí)后，在劃痕處仍不出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，具有優(yōu)異的抗腐蝕性能；聚氨酯蒙皮面漆具有較好的保色性能，耐鹽霧性能及抗污染能力，使用壽命達(dá)到20年以上，大大減輕了飛機(jī)的日常維護(hù)工作。美國(guó)海軍的飛機(jī)、歐洲的“協(xié)和”超聲速客機(jī)、日本全日空公司的幾百架飛機(jī)均采用了聚氨酯含氟蒙皮涂料。目前，美國(guó)試圖追求壽命達(dá)30年以上的新型涂層的研究工作，涂層特別需要考慮涂層抵抗紫外線、冷熱有機(jī)流體、海水、濕度與溫度循環(huán)、機(jī)械應(yīng)力和磨損等因素的作用能力。

國(guó)外軍機(jī)復(fù)合材料表面防護(hù)涂層系統(tǒng)一般采用底、面漆雙層的涂層系統(tǒng)，如無(wú)鉻溶劑型防護(hù)底漆加柔韌型的防護(hù)面漆涂層系統(tǒng)、無(wú)鉻水基防護(hù)底漆加柔韌型的防護(hù)面漆涂層系統(tǒng)。無(wú)鉻溶劑型防護(hù)底漆起到封閉復(fù)合材料表面孔隙隔水防潮的作用。高柔韌性特征主要是滿足復(fù)合材料表面抗雨蝕、砂蝕、磨蝕對(duì)涂層力學(xué)性能的要求，涂層太脆在遇到雨蝕、砂蝕、磨蝕時(shí)，會(huì)導(dǎo)致涂層開(kāi)裂脫落喪失防護(hù)能力。波音飛機(jī)復(fù)合材料表面防護(hù)采用了不同于飛機(jī)蒙皮底漆BMS10-79的耐雨蝕耐濕熱循環(huán)的無(wú)鉻防護(hù)底漆BMS10-103底漆，此底漆不含鉻酸鹽等防腐蝕顏料，耐雨蝕性能達(dá)到7級(jí)以上，耐濕熱循環(huán)性能（試驗(yàn)條件為5個(gè)溫濕度循環(huán)周期，每個(gè)周期中還包括400次溫度沖擊循環(huán)）達(dá)到0級(jí)或1級(jí)，而蒙皮底漆BMS10-79沒(méi)有耐濕熱循環(huán)性能要求。由此可以看出，復(fù)合材料的防護(hù)更加注重濕熱所引起的疲勞損傷，采用的是更加耐濕熱和環(huán)保的無(wú)鉻溶劑型（或水基）防護(hù)涂層。

波音飛機(jī)起落架采用了不同于飛機(jī)蒙皮底漆的耐化學(xué)品和介質(zhì)的專(zhuān)用BMS10-11防腐底漆，其耐鹽霧性能提到3000小時(shí)，而蒙皮底漆BMS10-79耐鹽霧性能為1000小時(shí)。MIL-PRE-23377J中蒙皮底漆耐鹽霧性能指標(biāo)為2000小時(shí)。由此可以看出，起落架的防護(hù)采用的是更加耐化學(xué)品耐介質(zhì)和耐腐蝕的防護(hù)涂層。

美、英等發(fā)達(dá)國(guó)家還十分重視飛機(jī)的使用維護(hù)，在日常維護(hù)及修補(bǔ)方法方面有較大投入，即使在飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造階段也采用了完整有效的腐蝕防護(hù)措施。由于服役環(huán)境的不確定性，在使用中腐蝕仍將不可避免的會(huì)產(chǎn)生。而及時(shí)有效的腐蝕維護(hù)能夠大大減輕和延緩飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕，是艦載機(jī)腐蝕控制的重要一環(huán)。

另外，美、英等發(fā)達(dá)國(guó)家也十分重視新的或改進(jìn)的防腐涂層在飛機(jī)上的應(yīng)用研究，并建立評(píng)定涂層的加速試驗(yàn)方法對(duì)涂層性能功能考核。

我國(guó)在役艦載機(jī)采用的防護(hù)材料是在“九五”期間開(kāi)展研制的，并在“十一五”期間推廣應(yīng)用到重要航空武器裝備上，使我國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)外表面防護(hù)涂層材料達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平，但當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)僅是基于陸基飛機(jī)的設(shè)計(jì)要求。鋁合金材料用防護(hù)底漆沒(méi)有耐絲狀腐蝕性能，底漆和面漆配套后，未考慮到涂層破損時(shí)，涂層的抗腐蝕防護(hù)性能，而復(fù)合材料用底漆、高強(qiáng)鋼用底漆、緩蝕劑和清洗劑等與國(guó)外指標(biāo)存在較大差距，且我國(guó)目前仍沒(méi)有針對(duì)艦載機(jī)建立完善的艦上快速維護(hù)修補(bǔ)專(zhuān)用防護(hù)材料。因此，建立具有優(yōu)異抗腐蝕防護(hù)性能的艦載飛機(jī)高效關(guān)鍵涂層材料已經(jīng)是我國(guó)艦載飛機(jī)腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

艦載飛機(jī)高效抗腐蝕關(guān)鍵涂層材料最新研究進(jìn)展

航空工業(yè)沈陽(yáng)所是我國(guó)首款固定翼艦載戰(zhàn)斗機(jī)的總體設(shè)計(jì)單位，確保飛機(jī)服役期間不發(fā)生影響飛機(jī)安全使用的腐蝕，責(zé)無(wú)旁貸。在國(guó)防科工局的大力支持下，以型號(hào)副總設(shè)計(jì)師、航空工業(yè)首席專(zhuān)家楊旭為負(fù)責(zé)人的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，迎難而上，根據(jù)艦載機(jī)的服役環(huán)境和設(shè)計(jì)要求，參照國(guó)際先進(jìn)抗腐蝕涂層體系的技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合國(guó)內(nèi)抗腐蝕涂層研制及應(yīng)用的現(xiàn)狀，提出了具有國(guó)際水平的艦載戰(zhàn)斗機(jī)抗腐蝕涂層體系技術(shù)指標(biāo)，目標(biāo)是確保艦載飛機(jī)防護(hù)涂層材料的綜合防護(hù)能力提高60%以上。2013年經(jīng)過(guò)嚴(yán)格審查，開(kāi)展了艦載飛機(jī)高效抗腐蝕防護(hù)體系關(guān)鍵涂層材料工程化及應(yīng)用研究。組成了由航空工業(yè)沈陽(yáng)所牽頭，國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)單位參加的項(xiàng)目攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)近5年的艱苦攻關(guān)，成功突破高耐候性防護(hù)面漆和底漆等13種材料的配方設(shè)計(jì)和制備工藝優(yōu)化、涂層材料施工工藝優(yōu)化技術(shù)、涂層體系厚度優(yōu)化技術(shù)、加速腐蝕試驗(yàn)環(huán)境譜與實(shí)際腐蝕當(dāng)量關(guān)系、典型件在海洋環(huán)境下防護(hù)涂層腐蝕損傷表征與評(píng)估、腐蝕防護(hù)涂層體系考核典型試驗(yàn)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)等15大項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，申報(bào)了15項(xiàng)國(guó)家、國(guó)防專(zhuān)利，成功研制并建立了國(guó)內(nèi)首套滿足艦載飛機(jī)設(shè)計(jì)及使用要求的艦載飛機(jī)高效抗腐蝕防護(hù)涂層材料體系，已在國(guó)內(nèi)多個(gè)型號(hào)艦載飛機(jī)上應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)艦載機(jī)防護(hù)涂層材料體系的升級(jí)換代。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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