魏世丞 陸軍裝甲兵學院裝備保障與再制造系主任、研究員、博導

    裝甲裝備被稱為“陸戰之王”，承擔著平時軍事訓練、戰時作戰的重大責任。為滿足未來軍事戰爭的需要，使用和管理好我軍現有的裝備，提高裝備的完好率，延長裝備的使用壽命，充分發揮裝備的作戰威力，已成為裝甲裝備面臨的主要問題之一。高科技武器裝備的發展和使用，需要高科技的維修保障技術。現代軍事裝備日趨復雜，維修費用在裝備系統中所占比例越來越大，由于腐蝕或與腐蝕相關的維修問題也越來越突出。因此，需要有針對性地采取合適和必要的腐蝕防護措施，將具有重大的軍事意義和經濟效益。

    一、裝甲裝備腐蝕現狀分析

    裝甲裝備根據腐蝕部位不同，主要發生在：車體部分、行動部分、動力部分、操縱部分和武器部分，下面分別介紹其腐蝕狀況。

    1. 車體部分腐蝕狀況

    水陸兩棲裝甲裝備在沿海服役，銹蝕比較嚴重的部位有：翼板、裙板、前后浮箱、與行動部分相鄰的車體，前后浮箱存在較嚴重的撞擊變形，被撞擊部位出現脫漆現象和嚴重銹蝕車體上半部、炮塔部分，如圖 1 所示。油漆保護層較完整，只有少量因劃痕、碰撞而造成的局部小塊油漆脫落，油漆脫落處均有相應大小的銹蝕，如圖 2 所示。

    2. 行動部分腐蝕狀況

    行動部分腐蝕嚴重的部位主要有：履帶（圖 3 所示）、負重輪、誘導輪、平衡肘限制板固定螺栓、主動輪大螺帽、側減速器固定螺栓及其它部位的固定螺栓等。平衡肘限制板固定螺栓、負重輪、誘導輪軸承蓋固定螺栓等零部件的腐蝕最為嚴重，部分螺栓連接因銹蝕而喪失了連接強度，在保養過程中，許多螺栓拆卸時因“銹死”而被擰斷，如圖4所示。

    3. 動力部分腐蝕狀況

    動力部分零部件的腐蝕環境主要為高鹽霧。一般不與海水直接接觸，但傳動部分零部件表面的電解質水膜一般難以消除，特別是車輛上岸后，傳動部分主要零部件在保養中不允許用淡水進行沖洗。在陽光照射下，車體溫度迅速上升，車內底部留存的海水因高溫蒸發導致蒸騰的鹽霧非常嚴重，與空氣接觸的傳動部分零部件表面處于更為惡劣的腐蝕環境中。傳動部分零部件的腐蝕磨損因部件的結構不同和功能不同而異，如某式水陸坦克曲軸、齒輪等，如圖 5、圖 6 所示。

    4. 操縱部分腐蝕狀況

    操縱部分活動零部件較多，零部件的腐蝕環境主要為高鹽霧。操縱部分銹蝕比較嚴重的零部件主要包括拉桿、拉桿接頭、銷子、助力彈簧等。某水陸坦克和某裝甲輸送車兩種車型的操縱部分零部件均出現腐蝕，腐蝕使活動部位摩擦阻力加大，導致操作困難，經常出現轉向困難甚至操作失靈。部分車輛左右轉向離合器的長拉桿及接頭因嚴重銹蝕已無法進行調整。

    5. 武器部分腐蝕狀況

    武器部分零部件的腐蝕環境主要為高鹽霧和個別部位密封不好直接接觸海水。例如，火炮部分的炮塔座圈在訓練中易出現銹蝕，主要原因是炮塔座圈與炮塔之間密封較差，海水夾帶泥沙進入彈子槽，海水腐蝕與沙粒研磨綜合作用破壞了其靈活運動關系，有的炮塔電機因載荷過大而被燒毀。

    綜上所述，目前軍用裝備的腐蝕防護處理頻率高、工作量大，占用大量時間和人力，腐蝕造成了裝備損壞或性能降低，嚴重影響戰斗力。此外，隨著高新裝備不斷配備部隊，又出現了許多新的腐蝕問題，如坦克和裝甲車輛排氣管等都受到不同程度的腐蝕與磨損，使裝備的故障率增加，影響著裝備戰斗力的發揮。但由于防腐措施不到位，嚴重影響了裝備的使用壽命及部隊的戰斗力，已經成為亟待解決的問題。

    二、表面防護技術在裝甲裝備上的應用

    采用表面防護以及再制造關鍵技術可以很好地防止或延緩腐蝕，是一種行之有效的防腐技術措施，已取得了顯著的軍事效益和經濟效益。目前已推廣應用或處于研究階段的腐蝕防護表面防護技術包括高速電弧噴涂防腐技術、納米電刷鍍防腐技術、等離子噴涂防腐技術、非晶態合金化學鍍層防腐技術、納米固體薄膜減摩防腐技術、納米防腐涂料及涂裝技術等。

    1. 高速電弧噴涂防腐技術

    電弧噴涂技術應用最為廣泛的領域之一是長效防腐涂層的制備，電弧噴涂鋅、鋁及鋅鋁合金涂層具有優良的防海水、海洋大氣、鹽霧以及土壤的腐蝕能力，加入稀土可以有效地改善涂層的物理化學性能，提高涂層的耐腐蝕性能。

    Zn-15Al 涂層材料防腐效果良好，是國內廣泛應用的防腐蝕材料。涂層中 A1 的質量分數超過 13％～ 15％時，Zn-A1 合金涂層既具有純 Zn 涂層對鋼鐵基材有效的陽極保護，對點腐蝕和裂紋不敏感的特點，又因涂層中含有足夠的 Al，能夠形成完整的 Al 2 O 3 保護膜而耐環境腐蝕。Zn-Al 合金涂層是替代 Zn和 A1 涂層的極具發展前途的耐蝕金屬涂層。在 Zn-Al 耐蝕涂層的基礎上，裝備再制造技術國防科技重點實驗室又開發了Zn-Al-Mg及Zn-Al-Mg-RE涂層。

    這兩類涂層由于具有“自封閉”作用，進一步提高了涂層耐腐蝕性能。采用該技術后防腐蝕壽命延長至 15 年以上，目前已對水陸坦克車體進行了防腐處理，應用證明防腐效果良好。

    2. 納米電刷鍍防腐技術

    將納米材料與電刷鍍技術相結合，開發了納米復合電刷鍍技術。它是在常規電刷鍍鍍液中加入一種或幾種納米顆粒，通過高能機械化學法使納米顆粒均勻分散并穩定懸浮，刷鍍過程中納米顆粒與基質金屬鎳發生共沉積，從而得到彌散分布著硬質納米顆粒的復合刷鍍層，提高了基體材料的防腐性能。應用納米電刷鍍技術在某型坦克連桿上實施了再制造，經實車考核試驗后，已被批準用于該類零部件的批量修復，創造了巨大的軍事和經濟效益。

    3. 等離子噴涂防腐技術

    等離子噴涂是繼火焰噴涂、電弧噴涂之后發展起來的種新的噴涂技術，工業應用始于上世紀 70 年代。等離子噴涂采用噴槍產生的等離子流將粉末加熱和加速，在熔融或接近熔融的狀態下噴向母材表面形成涂層。等離子弧溫度高達 16000℃，噴流速度達 300 ～ 400m/s，因而可以噴涂各種高熔點、耐磨、耐熱涂層。用該法制備的涂層有較高的結合強度，氣孔及夾雜少，因而涂層特性好，尺寸也易于控制，更適合于陶瓷材料的噴涂。選用惰性氣體作介質，減少了粒子飛行過程中的氧化，因此等離子噴涂廣泛應用于耐蝕、耐磨、隔熱、絕緣、抗高溫涂層的制備。

    4. 非晶態合金化學鍍層防腐技術

    非晶態合金化學鍍層技術是一種在不加外電流的情況下，利用化學還原的方法使鎳陽離子還原成金屬鎳并沉積在催化金屬表面上的方法。該技術通過控制磷含量得到的非晶態鍍層致密、孔隙少，耐腐蝕性能優于電鍍層。

    由于非晶態鍍層無晶界，不存在晶界腐蝕，因而抗腐蝕性能特別優異。非晶態合金強化鍍層幾乎不受堿液、中性鹽水、淡水和海水的腐蝕。在 3.5%（質量分數）鹽水中的腐蝕速度，鍍層只有1.21μm/a，在海水或鹽霧條件下，零件表面如果沉積 40 ～ 50μm 厚的鍍層進行保護，可以確保零部件 20 ～ 30 年不腐蝕。目前該技術已經用于解決兩棲裝備的腐蝕防護問題。

    5. 納米固體薄膜減摩防腐技術

    納米固體薄膜減摩防腐技術是將固態物質涂（鍍）于摩擦界面，起到固體潤滑作用，以降低摩擦，減少磨損，同時具有防止腐蝕的作用。納米固體薄膜減摩防腐技術特別適用于解決苛刻腐蝕環境條件下的潤滑和防腐難題。

    通過添加納米 Al 2 O 3 后，固體潤滑干膜的磨損體積減小，添加比例越大，磨損體積越小，高添加比例的潤滑干膜比普通潤滑干膜磨損體積減少了3～5倍，鹽霧腐蝕試驗＞ 100 h。納米固體潤滑膜已在兩棲裝甲車輛的部件上得到應用。

    6. 納米防腐涂料及涂裝技術

    采用納米材料合成高性能無機硅酸鹽樹脂，并研制成功了鈦納米聚合物涂料、有機硅改性水性無機硅酸鹽富鋅涂料，將其作為鋼結構長效防腐底漆。針對不同環境，設計綜合保護涂層體系。

    該技術應用于某發射基地發射塔部分功能區的防腐蝕。經應用考核，漆膜防護性能優異，涂層完好如新，無任何粉化、腐蝕銹斑等損壞現象發生。微納米鋅粉 / 磷酸鹽無機自干防腐底漆進行了實驗性能測試，涂層性能良好。

    三、展望

    隨著科技的迅猛發展，新材料技術在裝甲裝備上的應用有了長足進步，裝備性能也得到了顯著提升。裝備的防護是一項長期的系統工程，不但要知其然更要知其所以然。因此，基礎性的研究是學者們關注的重點。只有盡可能地全面掌握不同環境對裝備材料的影響規律，分析材料的協同作用與影響機理、材料組織結構特征的演化機制，才能有針對性地設計和研發性能可靠、工藝簡便的新型材料，同時建立材料服役壽命預測及相關評價機制，有針對性地對裝備材料開展壽命預測分析，為服役過程中損傷的動態提取和壽命演變規律研究提供技術支撐。

    ●  人物簡介

    魏世丞，陸軍裝甲兵學院裝備保障與再制造系主任、研究員、博導。主要從事表面工程、再制造工程、裝備腐蝕防護的教學與科研工作。是軍隊科技創新人才工程“科技領軍”培養對象。享受政府特殊津貼，獲中國科協“求是杰出青年實用工程”獎，入選國家百千萬人才工程，獲有“突出貢獻中青年專家”稱號。

    兼任中國腐蝕與防護學會常務理事、中國腐蝕與防護學會青年工作委員會委員、中國機械工程學會焊接分會理事、海洋防腐蝕產業技術創新戰略聯盟理事、中國工業防腐蝕標準化委員會委員、中國機械工程學會焊接分會堆焊與表面工程委員會委員，海洋腐蝕與防護國防科技重點實驗室、航空材料先進腐蝕與防護航空科技重點實驗室學委會委員。主持及參與了國家、軍隊科研項目 30 余項，2012 年獲國家自然科學基金“優秀青年基金”資助，2017年獲軍委科技委卓越青年基金資助。先后出版專著12部，發表論文108篇，SCI 33篇、EI 59篇。獲授權國家（防）發明專利 12 項、受理國家（防）發明專利 5 項。先后獲國家科技進步二等獎 1 項、軍隊及部委級科技一等獎 6 項。