金濤　中國航空特種飛行器研究所高級工程師

    十八大以來，加快推進“建設海洋強國”戰略的深化實施成為我國當前和今后一段時期內的重要任務，作為裝備安全性使用的基石，腐蝕防護與控制技術的發展水平是影響和制約海軍裝備先進性、可靠性、安全性及綜合作戰能力的重要保障因素。為了全面科普航空裝備防腐技術前沿，了解中國特種飛行器在防腐技術研究方面面臨的機遇與挑戰，記者特邀請到中國航空特種飛行器研究所金濤高級工程師做相關方面的精彩解讀。

    記者：結構腐蝕防護與控制技術屬于航空裝備的重要技術領域，未來一段時間基于我國國家戰略規劃及海洋航空裝備發展需求，請您談談海洋裝備腐蝕防護與控制技術發展面臨的機遇與挑戰。

    金濤：隨著我國“海洋強國”、“一帶一路”、“海洋十三五規劃”等重大戰略的提出與實施，越來越多的裝備將使用于惡劣的海洋環境下，部分環境正常工作溫度低于零下 30℃，高至零上70℃，溫度最大可達 100%，鹽霧濃度接近 3%，這些高溫、高濕、高鹽霧等惡劣的環境因素加速裝備腐蝕。XX 直升機海洋環境下使用以來所暴露出的嚴重腐蝕問題，表明我國海洋裝備腐蝕防護與控制體制及技術水平與歐美強國仍存在較大差距，已嚴重影響飛機的使用安全性和使用壽命。

    我國海洋裝備的需求與發展將逐漸趨向于深藍海域，對裝備的壽命、使用安全性、可靠性、低成本使用要求越來越高，這不僅對研發設計過程中融入腐蝕防護與控制理念提出要求，同時對裝備使用過程中的全面維護與維修提出了新的挑戰。具體表現為：

    一是新形勢海洋裝備的使用要求必須有健全的腐蝕防護與控制管理及技術體系。美國海洋裝備在各種規劃的具體落實方面投入了巨大精力，根據不同時期的戰略需求變化，及時調整包括設計、制造、維護與維修等全壽命期的腐蝕防護與控制，對于我國而言沒有遠海裝備使用的經驗，缺乏對于裝備全壽命周期宏觀和微觀腐蝕防護與控制的經驗，這就需要有健全的腐蝕防護與控制管理及技術體系。

    二是裝備從近岸走向遠海對結構 /設備在極端條件下的環境適應性、可靠性、安全性等提出了更高的要求。裝備在嚴酷的海洋環境中服役，必然會面臨腐蝕問題，導致海洋裝備腐蝕問題最為突出。我國海洋裝備將逐步從近海走向遠洋，裝備服役環境更為惡劣，對結構/ 設備的環境適應性、可靠性、長壽命要求越來越高。這就要求裝備在研發設計過程中需要充分考慮腐蝕的影響，強化結構抗腐蝕細節設計，增強結構在極端惡劣環境下的抗腐蝕能力。

    三是海洋裝備壽命要求延長對關鍵結構材料和腐蝕防護材料技術提出了嚴峻挑戰。過去 60 年來，我國艦船壽命要求不超過 30 年提升到目前的 45 年服役要求，飛機日歷壽命提升至目前大約30 年左右。隨著戰略轉型和越來越多的重大戰略裝備進入研制流程，對重大裝備壽命提出了更高的要求，這對關鍵結構材料的耐腐蝕、長壽命、高可靠性提出了挑戰。

    四是大量海軍裝備駐島使用要求積極開展腐蝕維護與維修技術及其防護產品應用研究。海洋惡劣環境將對裝備造成嚴重的腐蝕影響，未來一段時間對如何作好島礁裝備的腐蝕維護與維修工作將是面臨的一道難題。

    記者：貴所通過多年的預先研究開展了諸多腐蝕防護與控制技術儲備，針對航空裝備海洋環境下使用模式和發展需求，請談談貴所腐蝕防護與控制研究中心當前的前沿技術研究進展情況，如您負責的飛機結構腐蝕監測技術研究進展及應用情況。

    金濤：中國特種飛行器研究所腐蝕防護中心以型號腐蝕防護與控制工程應用技術需求為導向，對腐蝕防護與控制的基礎理論、關鍵技術攻關、前沿技術等開展了系統研究，突破海洋環境下使用的防腐蝕關鍵技術，為保障重點型號使用對于防腐的需求奠定了技術基礎。就目前而言，針對型號研制、使用維護與維修等防腐技術需求，開展了多項前沿技術研究，如石墨烯重防腐特種涂料防護技術、飛機結構腐蝕監測技術、飛機結構腐蝕仿真模擬與預測技術、先進的表面處理工藝等。

    （1）開展了基于石墨烯改性的重防腐特種涂料防護技術研究。采用氧化石墨烯的表面功能化改性和涂層的微結構調控技術，提升了涂料的防腐性能，探索了高性能石墨烯改性防腐蝕涂料、絕緣石墨烯防腐蝕涂料等配方工藝，開發的高性能石墨富鋅重防腐涂料，達到了9000h的耐鹽霧性能（劃叉法）。目前，研究中心正在與廣東省航運科學研究所合作，開展石墨烯防腐涂料在南海民船上的涂裝工作。

    （2）開展了飛機結構腐蝕監測技術研究。國外基于電化學的腐蝕損傷監測技術實現了較大的技術突破，已經在軍、民用飛機上實現了工程應用。如美國海洋護航衛隊在 HC-130、HH-60、HU25 飛機上安裝了幾十個薄片式腐蝕傳感器，以監控結構的腐蝕速率及評定使用維護措施的有效性；美國海軍將腐蝕監測傳感器應用于 C-130、F-16、H-60等飛機上，采集了 3 ～ 5 年的腐蝕環境或腐蝕速率數據，通過傳感器對清洗周期、緩蝕劑和防護體系的性能進行了在線評價。國內開展了基于腐蝕引起較大的應力或應變后監測的壓電、光纖、聲發射等原理的腐蝕監測技術應用，基于電化學的腐蝕監測技術在石油化工行業有一定應用，但只適用于本體溶液或本體介質，不適用于大氣環境中薄液膜下的腐蝕監測。鑒于此，中國特種飛行器研究所依托工信部民機科研專項技術研究項目開展了飛機結構腐蝕監測技術研究及腐蝕監測系統研制，借助于電化學理論分析和試驗驗證，突破了空氣薄液膜狀態下的電化學腐蝕監測技術，建立腐蝕特征量與腐蝕監測系統輸出信號的映射關系，開發了飛機結構腐蝕監測系統及可視化軟件分析系統，可實現對空氣薄液膜狀態下的涂層老化、金屬腐蝕速率、溫度、濕度、環境嚴酷度、表面濕度 pH 值、離子濃度的監控，該腐蝕監測系統獲得了軍方機關單位的認可并下發了軍機驗證試飛計劃，并于舟山開展了民用飛機可靠性、穩定性及功能性裝機試飛測試驗證，同時獲得了多家行業內單位的采購與合作應用。

圖1 氧化石墨烯表面功能化改性示意圖

圖2 石墨烯改性防腐涂層體系的微結構設計示意圖

    （3）開展了結構腐蝕損傷仿真模擬及預測技術研究。目前國內飛機結構的抗腐蝕設計與評估主要是基于實驗室加速環境試驗、外場暴曬試驗以及使用經驗等，其存在試驗周期長、經濟成本高、對設計反饋滯后嚴重等缺點。國外已通過開發全尺寸腐蝕模擬仿真和建模工具實現對飛機全機的三維腐蝕仿真模擬。

    國內在飛機結構腐蝕模擬預測技術方面的研究僅限于試驗室環境簡單的試片，無法考慮結構幾何、維護等因素對腐蝕的影響，對復雜環境及結構難于適用，離實際應用尚有距離。中國特種飛行器研究所以水陸兩棲飛機在惡劣的使用環境下面臨的腐蝕問題為需求背景，針對水陸兩棲飛機使用環境特點，采用表面電勢、介觀建模分析和機器學習等技術，開展了基于面結構光的腐蝕損傷高精度立體檢測技術及圖形算法、基于圖形處理和機器學習的蝕坑三維形貌重建技術、基于數據驅動的典型結構材料蝕坑萌生及生長規律、基于表面電勢和介觀建模的典型結構腐蝕預測與分析技術等技術研究，建立機器學習、介觀建模、邊界元技術腐蝕仿真模塊，實現智能化的參數選擇及其計算流程，構建模塊間的相互接口、數據傳輸方式及仿真數據庫。

    （4）開展了防腐涂層可視化監測與評估技術研究。針對海洋環境中防腐涂層腐蝕失效可視化監測評估的技術難題，利用三維立體視覺測量系統的無損檢測技術獲得涂層損傷形貌圖像，通過圖像處理的小波變換、圖像分割、邊緣識別、輪廓檢測與跟蹤等相關算法，提取防腐涂層腐蝕損傷特征參量，開展防腐蝕涂層腐蝕損傷識別與量化技術研究，并建立損傷評價體系，系統分析腐蝕程度以及不同腐蝕程度的變化規律，揭示其不同階段腐蝕損傷的界限規律。

    記者：在航空裝備型號研制過程中，如何將貴單位的技術研究成果成功運用于型號研制過程中？

    金濤：中國特種飛行器研究所從“八五”至“十二五”期間開展了大量的航空裝備預先研究，以型號裝備為依托、以關鍵技術為牽引、以裝備服役環境為出發點，積極吸收和借鑒國內外先進防腐蝕技術和管理經驗，立足現有裝備和現有技術，努力推進已有研究成果和應用，持續對現有航空裝備進行腐蝕防護與控制技術改進，有真對性的基于裝備腐蝕防護與控制需求開展腐蝕防護與控制預先研究，實現了技術成果的轉化和應用。今后的防腐技術研究工作中，將繼續強化航空裝備腐蝕防護與控制新技術、新材料、新工藝研究，有效滿足航空裝備戰略轉型和裝備轉型對腐蝕防護與控制技術研究的需求。

    記者：針對國家戰略發展布局及未來技術發展前沿，您認為未來型號防腐技術應該關注的方向，基于此貴所該如何調整思路和方向開展技術研究儲備工作？

    金濤：隨著國家海洋戰略的推進，海洋航空裝備得到了跨越式發展，同時也面臨著使用環境和使用方式的變化：一是使用環境發生了重大轉變，將越來越多地在惡劣的海洋環境下服役；二是使用方式將逐漸發生重大變化，航空裝備將越來越多地隨艦使用。這就需要具有更強的抗腐蝕能力和更低的維護保障需求，對腐蝕防護與控制技術也提出了更高的要求。

    中國特種飛行器研究所腐蝕中心瞄準未來新一代航空裝備海洋環境下的使用需求，需要重點開展以下幾個方面的技術研究：針對復合材料、新型金屬材料和非金屬功能材料在海軍航空裝備使用增多的情況，需要開展復合材料在海洋環境下腐蝕特性研究；重點圍繞新一代航空裝備特種防護材料及防護工藝研究，如微弧氧化應用技術、環保型代鎘工藝、自修復 / 自愈合涂料、石墨烯防腐涂料、隱身涂料海洋環境下損傷評估及維護修理技術、新型密封材料及先進的表面處理技術等研究；開展基于圖形處理、機器學習的蝕坑三維形貌重建技術以及數據驅動的典型結構材料蝕坑萌生及生長規律等仿真模擬研究；為提升腐蝕早期發現及早期維護處理能力，降低維護保障壓力，及早控制腐蝕損傷惡化，需要重點開展健康監控應用技術研究；加強腐蝕損傷外場快速修理技術研究，降低修理對航空裝備的使用影響；針對島礁裝備的嚴重腐蝕問題，開展駐島裝備的腐蝕維護與維修技術研究。

    后記：

    采用合理的腐蝕防護設計和有效的腐蝕控制措施對保證飛機在使用壽命期內的飛行安全尤為重要。中國特種飛行器研究所結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室針對抗腐蝕設計與分析、腐蝕損傷分析與評定、腐蝕損傷維護與修理等三個我國航空工業急需的重要支撐技術進行全面深入的研究，引領本領域技術創新發展的需求，為我國特種飛行器產業的飛躍發展做出了重要貢獻！我們衷心祝愿其百尺竿頭更進一步！

    ●  人物簡介

    金濤，男，漢族，1984 年生，博士后，高級工程師，2014 年畢業于北京航空航天大學獲得材料物理與化學專業博士學位，荊門市龍泉英才計劃“產業高端創新人才”，2015 年被評為中航工業通飛“專業技術領軍后備人才”，北京航空航天大學科研流動站在站博士后（2017 年 7 月出站）。主要從事航空材料相關方向的研究工作，在中國特種飛行器研究所腐蝕防護與控制研究中心主要從事飛機抗腐蝕設計、腐蝕損傷監測與分析等技術工作，現在主要負責管理腐蝕中心預先研究課題（包括工信部民機科研、海裝、空裝、國防科工局等渠道預先研究課題），分管結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室日常運行工作，現擔任工信部民機專項科學技術研究“通用飛機水上使用的新型密封與防腐蝕測試技術研究”課題負責人，組織申報成功工信部民機科研“大型水陸兩棲飛機結構腐蝕防護與控制技術研究”和《水陸兩棲飛機結構腐蝕防護與控制設計標準研究》項目，參與了多款型號研制的頂層文件編寫工作。長期跟蹤并開展并突破了飛機結構腐蝕監測技術，研制出飛機結構腐蝕在線監測系統，實現了飛機工程化應用。發表學術論文30余篇，其中SCI收錄18篇，EI收錄3篇；申請專利 4 項，授權 1 項，受理 3 項。

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