在艦船裝備的發射過程中，甲板部位由于受到裝備發射尾焰的炙烤和噴吹，其表面的環氧防銹漆很容易發生變黑、炭化、剝落等失效現象，失去對甲板的防護作用。使用耐高溫的硅樹脂涂料時，又因其粘附力、耐熱形變能力不高而發生脫落、破裂等問題。如果將高溫尾焰吹掃部位涂以耐燒蝕涂層，可以使被吹掃金屬表面隔熱，減少熱燒蝕和熱沖擊，并防止金屬在多次熱沖擊載荷的作用下產生熱疲勞、熱龜裂和熱斷裂，從而確保發射工作的可靠性，同時有望減少艦船返廠維修的次數，提高艦船的使用率。因此，耐燒蝕涂層的使用對艦船的穩定運行和高效服役具有重要意義。此外，艦船服役于海洋的高溫高濕、高鹽霧、高紫外線照射等特殊的自然環境中，這對甲板用耐燒蝕涂層也提出了更高的要求。

    國內外的耐燒蝕涂層多采用有機耐熱涂料，如環氧樹脂、有機硅改性環氧樹脂、酚醛樹脂、環氧改性有機硅樹脂等，雖然能夠對金屬鋼結構起到保護作用，但一方面有機燒蝕涂料一般都沒有通用性，需要依據不同的隔熱要求來設計不同的涂料性能，另一方面施工條件要求較高，或因為涂料需要高溫固化，或因為耐候性較差等原因，均無法應用于艦船甲板上。

    本文首先分析了作為艦船甲板用耐燒蝕涂層應具有的特性，并以雙層涂層結構制備出耐燒蝕涂層，底層以環氧樹脂為基體，表層采用工藝簡單、無毒、耐高溫的不定形耐火材料，國內外尚未有采用不定形耐火材料對艦船甲板進行防護方面的研究報道，最后對耐燒蝕涂層材料的綜合性能進行了測試。

    1 艦船甲板用耐燒蝕涂層的一般要求分析

    作為艦船甲板用耐燒蝕涂層，材料必須滿足以下性能要求：

    1）涂層與艦船甲板鋼結構表面的附著力要好。

    2）耐燒蝕、抗燃氣流沖刷能力強，在裝備發射過程中無脫落現象發生。

    3）具有足夠的耐壓強度和耐沖擊性。

    4）抗熱震性能好，能承受溫度的急劇變化。

    5）隔熱性能好。

    6）須耐受海洋空氣高濕度、高鹽度的侵蝕。

    2 試驗方案及性能測試

    2.1 試驗方案

    用于艦船甲板的耐燒蝕涂層采用雙層結構，底層選用的原材料有：環氧樹脂（65%~80%）、固化劑（10%~20%）、增韌劑（5%~20%）、填料A，均為工業品。表層選用的原材料有：莫來石（40%~70%）、堇青石（5%~25%）、鋁酸鹽水泥（10%~30%）、填料B。

    2.2 性能測試

    附著力測試按照GB/T 5210—2006 進行，剪切力測試按照GB/T 7124—2008 進行。

    常溫抗折強度測試參照GB/T 3001—2007 進行。

    常溫耐壓強度測試參照GB/T 5072—2008 進行。耐火度測試采用GB/T 7322—2007 進行。導熱系數測試采用YB/T 4130-2005 進行。熱膨脹系數測試采用GB/T7320—2008 進行。

    耐鹽霧性能測試參照GB/T1771—2007 進行。老化性能測試參照GB/T14522—2008 進行。耐沖擊性能測試參照GB/T7124—2008 進行。隔熱性能和耐燒蝕性能測試利用縮比試驗發動機進行。在除銹、除漆后的190 mm×120 mm×5 mm 的鋼板上涂覆耐燒蝕涂層，用于測試涂層的耐鹽霧性能、老化性能、耐沖擊性能、隔熱性能和耐燒蝕性能。

    3 結果與討論

    3.1 耐燒蝕涂層底層性能分析

    耐燒蝕涂層底層采用具有優良粘接性能的環氧樹脂為基體材料，但其脆性較大。為了提高底層的韌性，在底層中加入增韌劑，改善了底層脆性大的問題，但隨著增韌劑的引入，又降低了底層的附著力。為了在提高底層韌性的同時又不降低附著力，選用一種耐熱填料A，填料A 用量（占環氧樹脂的質量百分比，全文同）對底層附著力的影響見表1（表1 中每個數據分別為5 個數據的平均值）。由表1 可知，填料A用量為100%時，底層具有最大的附著力，說明涂層與金屬基體具有良好的結合強度，故選用該配方作為底層配方進行下一步試驗，將該配方命名為D1 號。

    對D1 號配方的涂層進行剪切力測試，剪切力為7.8 MPa（5 個數據的平均值）。通過觀察破壞后的測試殘樣可知，涂層的破壞形式為混合破壞，即兼有涂層的內聚破壞和粘附破壞，一部分是涂層間撕裂，一部分是涂層與測試板條間的粘接界面。因此可知，此時涂層與金屬之間具有良好的粘接性能。

    3.2 耐燒蝕涂層表層性能分析

    表層采用不定形耐火材料技術。不定形耐火材料中，以莫來石為基體的材料具有強度大、抗熱震性能好、耐高溫等性能，因此耐燒蝕涂層的表層選用莫來石作為基體材料。確定基體材料后，進行配比調整研究，研制的幾種表層材料的力學性能和熱學性能見表2。表2 中每個數據均為3 個數據的平均值。

    材料的隔熱性能主要取決于材料的導熱系數。從表2 中可以看出，5#、7#和8#配方的涂層導熱系數較小。再比較其他性能指標可知，7#和8#配方的涂層具有較高的耐火度，熱膨脹系數也接近于金屬鋼結構，5#和7#配方的涂層具有較高的強度，因此綜合考慮決定選用7#配方作為表層配方進行下一步試驗，將該配方命名為B1 號。

    3.3 耐燒蝕涂層復合涂層性能分析

    利用D1 號底層和B1 號表層制備成復合耐燒蝕涂層，并對其進行涂層性能測試。對耐燒蝕涂層進行耐鹽霧性能和老化性能測試，結果見表3。由表3 可知，該涂層滿足使用要求。對耐燒蝕涂層進行耐沖擊性能測試，結果顯示10 cm 通過，說明涂層能夠滿足裝備發射過程中的要求。

    通過縮比試驗發動機的模擬燃氣流對耐燒蝕涂層進行隔熱性能測試。金屬鋼板的一側涂有耐燒蝕涂層，不帶有涂層的金屬面為背面?；鹧娲祾咄坑心蜔g涂層一側的金屬鋼板，測試不涂覆熱防護涂層一側金屬的溫度（背面溫度）。試驗條件為：發動機燃料采用氧氣和煤油，發動機燃燒室壓力P c=1.4±0.05MPa，噴管出口燃氣溫度2210 K，燃氣速度2390 m/s，燃燒室溫度3470 K，燒蝕試驗時間3 s，涂層厚度分別為10 mm 和15 mm?？s比試驗發動機熱流密度和壓力測試模型安裝示意圖如圖1 所示，各點對應的熱流密度和壓力見表4。涂層的背溫測量結果見表5。

    進行隔熱性能測試后，涂層表面沒有發現裂紋，也沒有出現掉塊脫落現象，但有一些肉眼可見的條狀濺射物，用手觸摸是光滑的，這是由于表層組分中含有SiO2，其在高溫下熔融為玻璃態，在縮比發動機的高溫燃氣流沖刷下呈向外濺射狀態，在降溫過程中冷凝。從表5 可以看出，涂層經過最大熱流密度（16.2mW/m2）和最大壓力（0.324 MPa）的燃氣流燒蝕后，10 mm 和15 mm 厚度涂層的背溫均未超過70 ℃。因此可以得知，該涂層具有良好的隔熱性能。

    對涂層進行耐燒蝕性能測試，試驗條件與隔熱性能測試的試驗條件相同，結果見表6（表6 中每個數據分別為5 個數據的平均值）。從表6 可以看出，耐燒蝕涂層線燒蝕率的平均值為1.160 mm/s，說明涂層材料具有良好的耐燒蝕性能，當涂層厚度為15 mm時，可滿足裝備多次發射的需求。

    4 耐燒蝕涂層涂抹工藝試驗

    在耐燒蝕涂層涂抹前，為了保證涂層與金屬鋼結構具有良好的附著力，金屬鋼結構的表面必須清理干凈。首先，采用打磨的方式對金屬表面進行除銹、除漆和去油污等，將金屬表面打磨至一定的粗糙度（st3級）。然后，在金屬表面涂抹耐燒蝕涂層的底層，最后涂抹耐燒蝕涂層的表層，表層必須在底層涂抹后30 min 內進行。為了保證耐燒蝕涂層的厚度，在水平面放置木條、水平線等定位工裝作為厚度的標準。試驗結果表明，金屬鋼結構表面涂抹耐燒蝕涂層后，涂層均勻，表觀質量良好，說明涂層材料具有良好的涂抹施工性。

    5 結論

    1）研制的耐燒蝕涂層材料由雙層結構組成：底層以環氧樹脂為基體，由增韌劑及具有耐熱性能的功能填料組成；表層采用以莫來石為基體的不定形耐火材料。

    2）研制的涂層材料底層附著力為24.03 MPa，剪切力為7.8 MPa，表層耐火度為1580 ℃，常溫抗折強度為9.1 MPa，耐壓強度為65.7 MPa，導熱系數為0.762 W/（m·K）。涂層具有良好的耐鹽霧性能、老化性能、耐沖擊性能以及隔熱性能和耐燒蝕性能。

    3）研制的涂層材料具有良好的涂抹施工性。

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責任編輯：王元

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