腐蝕是材料損壞的一種潛伏形式。 由于腐蝕縮短軍用器材的壽命，而且常常也是器材突然失效的原因，所以它無論在經(jīng)濟上還是在軍事上的損失都是相當大的。

因為要求軍事裝備易于維護、可靠、具有使用功能和滿足戰(zhàn)備需要，尤共是經(jīng)過長期使用、儲存或閑置之后，軍事裝備仍應滿足上述要求，所以防腐蝕對陸軍有極共重要的意義。由腐蝕所引起的損壞總是妨礙著對軍用器材進行有效的設計、生產(chǎn)、儲存和使用。

腐蝕和防腐蝕這個復雜問題對美國有限的能源、原材料資源和自然環(huán)境所造成的額外負擔也不斷地增加了人們的關注。

因為腐蝕是如此一種復雜的現(xiàn)象,所以至今仍然沒能很好地了解腐蝕和防腐蝕的機理。腐蝕有多種類型: 一些主要的腐蝕類型是均勻腐蝕、點蝕、電化學腐蝕、應力腐蝕、疲勞、摩擦腐蝕、微生物腐蝕、氫脆、硫化和高溫氧化。

腐蝕造成美國在經(jīng)濟上的損失估計每年超過700億美元，相當于美國國民生產(chǎn)總值的4%以上。其中，某些損失是可以避免的，并可通過適當應用現(xiàn)有控制損壞和防腐蝕的技術大大地減少，但是要減少其余的損失費用則要求技術進步。

陸軍材料和力學研究中心(AMMRC)是材料技術方面領先的研究所，接受陸軍器材發(fā)展與準備司令部(簡稱器材部)總部分派的任務,研究器材部的防腐蝕規(guī)劃。它和器材部的產(chǎn)品保證管理局合作制訂了防護和控制器材損壞的規(guī)劃。

器材部1979年10月16日的702一24規(guī)程確定了實施這項規(guī)劃的政策、步驟和任務,該規(guī)劃的主要目的是減少陸軍器材的損壞。該規(guī)劃由產(chǎn)品保證管理局局長在AMMRC的協(xié)助下集中管理。有關該規(guī)劃的建議是由一個中央領導委員會提出的，該委員會由器材部下屬有關司令部AMMRC和陸軍器材系統(tǒng)分析局的成員所組成。

這項規(guī)劃的任務是：確保最大限度地使用防止器材損壞的現(xiàn)代化技術，從設計、材料選擇、制造工藝、技術資料、產(chǎn)品保證、野外和倉庫維護、反饋數(shù)據(jù)和訓練要求等方面提供防止器材損壞的情況；保證所有適用于陸軍產(chǎn)品系統(tǒng)及有關裝備的合同都應包含防止器材損壞規(guī)劃的要求。

這項規(guī)劃的重點包括 對器材部的工廠每三年檢查一次，建立器材損壞的情報中心，宣傳取得的經(jīng)驗教訓，協(xié)調(diào)訓練計劃，修改軍事規(guī)格、軍事標準和軍事手冊以及促進技術研究。

武器系統(tǒng)技術方面的不斷進步表現(xiàn)在采用新的技術方案、新材料和適應新的環(huán)境，這就要求獲得新的知識和技術數(shù)據(jù)以保證防止武器裝備的腐蝕損壞。此外，器材在制造、儲存和戰(zhàn)場使用期間的失效也說明需要對各個過程進行不斷監(jiān)視。打算對研究、發(fā)展、試驗和鑒定過程進行調(diào)查研究，以便給軍事器材的設計者和使用者提供短期和長期解決多方面腐蝕問題的途徑。

正在對腐蝕的基礎研究和應用研究進行調(diào)研AMMRC將系統(tǒng)地訂出技術計劃與規(guī)劃，用以確定為改進武器系統(tǒng)所必須解決的重大問題。

AMMRC參加采購陸軍器材的全過程?，F(xiàn)行工作包括研究和發(fā)展計劃、工程計劃、試驗研究計劃、標準化及制造技術計劃。所考慮的結(jié)構(gòu)材料包括金屬、陶瓷、有機材料和復合材料。

為了獲得最大的技術效益，AMMRC推薦并完成在工業(yè)技術規(guī)劃中的材料加工、試驗標準化、制造等研究項目。AMMRC的任務是對參與的材料技術規(guī)劃(包括在AMMRC和器材部所屬其它研究單位所進行的腐蝕基礎研究和應用研究)實施技術管理。

器材部下屬各主要司令部的任務是研制和生產(chǎn)美國部隊所需要的器材。因此，多數(shù)下屬司令部的人員都經(jīng)常注意有可能發(fā)生的阻礙有秩序和有效地供給和利用軍事裝備的問題。例如，導彈司令部，在各種導彈系統(tǒng)中都出現(xiàn)了精密監(jiān)控器的問題。

表 1 列出了多種導彈系統(tǒng)和各種導彈零部件（有大、有?。?。簡略地審查一下問題蘭可看出，產(chǎn)品從設計和選擇合適的材料開始、經(jīng)過生產(chǎn)和儲存的整個壽命周期都需要防腐蝕。表中第一項研究了小斗犬導彈三年儲存期后的性能。第二項研究了用聚氨醋涂料防止小懈樹導彈燃料箱中的有害化學反應。應力腐蝕開裂被確認為是引起第三項彈簧損壞的失效機理。

表1 導彈的腐蝕問題實例

說明大范圍腐蝕問題的其它例子示子表2。軍械研究和發(fā)展司令部調(diào)查了小火箭、小炸彈、引信、連接器、匯流條電纜和步槍緞件的腐蝕影響。此外，還研究了大型設施(例如彈道導彈系統(tǒng)司令部所屬夸賈林島工廠和北達科他基地)對腐蝕的敏咸性。

如表 2 所示，由于表面預處理不當引起迫擊炮彈和火炮炮彈腐蝕的出現(xiàn)率和嚴重性在近年內(nèi)已有增加。返修彈藥(退漆和重新涂漆)費用，每發(fā)155毫米炮彈需11一15美元,每發(fā)105毫米炮彈需4一6美元。原來的清洗和涂漆費用比這些數(shù)字小得多。

返修105毫米、155毫米和8英寸炮彈的費用超過一千萬美元。

另外一個有重大影響的向題是十噸、2十噸和5噸的戰(zhàn)術車輛在夏威夷的銹蝕問題。甚至運送到夏威夷的新車輛，由于高濕度 (70一80%)，鹽污染和嚴重大氣污染的惡劣環(huán)境，也出現(xiàn)早期銹蝕。 在陸軍幾個大陸基地(貝爾、沃堡、米德堡和胡德堡)M151系列十噸卡車將近25%嚴重銹蝕。陸軍器材系統(tǒng)分析局發(fā)現(xiàn)，銹蝕嚴重程度受環(huán)境的影響似乎超過車齡的影響。陸軍戰(zhàn)術卡車車隊的腐蝕損失估計每年為320一480萬美元。坦克與機動車司令部正采取措施保護現(xiàn)有的軍用車隊，確保所有新生產(chǎn)的戰(zhàn)術車輛和檢修車輛不銹蝕。該司令部已開始了一個長期的研究計劃，發(fā)展能生產(chǎn)無銹車輛的技術。

表2 軍械腐蝕問題實例

AMMRC和陸軍其它單位合作進行的關于一些零部件的失效分析結(jié)果見表 3,涉及許多不同的金屬，包括鋁、鎂、鋼、超耐熱合金和高熔點金屬。腐蝕是引起表 3 所示各種零部件失效的次要或主要原因。絕大多數(shù)問題都涉及到戰(zhàn)爭用裝備(例如飛機、地面車輛和導彈)的零部件。

粗略檢查表 3 可知，陸軍的腐蝕問題并不限于部隊使用的裝備，還包括生產(chǎn)武器和彈藥所需要的工具和設備。

在生產(chǎn)硝基胍和TNT炸藥時碰到的問題促使陸軍開始研究加工彈藥所用設備和建筑材料的腐蝕。這項工作最初是按彈藥生產(chǎn)基地現(xiàn)代化和擴建規(guī)劃的要求做的。AMMRC的任務是為制造硝基胍和TNT炸藥用的硫酸和硝酸的生產(chǎn)設備提供材料選擇咨詢。此外，對已失效的部件(例如酸儲存罐、接收罐、換熱器、襯里、冷凝器和泵)進行了冶金分析。

產(chǎn)品失效分析和產(chǎn)品發(fā)展研究確認，需要通過改進防腐蝕技術對陸軍負責的任務范圍補充支援。陸軍最重要的任務范圍包括︿飛機、導彈、軍械、裝甲車輛、司令部的指揮和通訊、情報、后勤和人員支援、飛行器、地面機動性障礙和反障礙、化學戰(zhàn) 生物防護以及激光武器。

只有增加對基礎現(xiàn)象的理解才可能進一步改善材料的許多功能和性能。因此，陸軍對基礎研究有很大的興趣。缺少試驗數(shù)據(jù)或理論方法常常阻礙應用研究或探索發(fā)展研究的進展。

腐蝕基礎機理研究的主要發(fā)起單位是陸軍研究局(ARO)。一般說來，這些基礎研究是由美國高等院校的著名研究員進行的。研憲腐蝕基礎的高等院校有：亞利桑那國立大學、紐約大學、倫塞勒工業(yè)學院、北卡羅來納國立大學、美國大學、佐冶亞工業(yè)學院、麻省理工學院、明尼蘇達大學和波特蘭國立大學。

有害物質(zhì)對結(jié)構(gòu)金屬和鍍層金屬的直接化學侵蝕仍然是一個棘手的問題。陸軍研究局發(fā)起了一些基礎研究，以便弄清在鋼中產(chǎn)生摩擦腐蝕疲勞開裂的機理。摩擦腐蝕及其結(jié)果已經(jīng)給發(fā)動機和陸軍飛機的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件帶來了嚴重的影響。

正在研究材料在熱流動介質(zhì)中的燒蝕機理，研究在炮管、燃氣輪機和導彈推進部件中的工作環(huán)境下材料保護的機理。

通過硫在單晶和多晶氧化物(包括 NiO,CoO，Al₂O₃，Cr₂O₃和FeO₃)中的遷移機理的研究，正在闡明硫在超耐熱合金腐蝕中的作用。對于這種現(xiàn)象進一步的理解將制造出用于航空發(fā)動機受熱件的更佳材料。

一項實用的重要工作是研究桿維增強劑和鋁合金基體之間的化學相互作用。這種新式的輕重量高強度材料很可能在飛機和橋梁上有許多用途。

正在研究支配暴露在水和大氣中工作的鋁——石墨及鋁——氧化鋁纖維復合材料的腐蝕行為的因素。離子注入能夠形成自愈合鍍層，用于阻止局部腐蝕，正在研究在軍械中的應用。

另一項具有實際重要性并需要加深理解的現(xiàn)象是應力腐蝕開裂的復雜行為。正在進行幾項關于鋁合金應力腐蝕開裂機理的研究，以便增進基礎知識。

由于AMMRC及在軍械研究和發(fā)展司令部、導彈司令部和機動裝備司令部部內(nèi)的一些研究所對特定的陸軍器材系統(tǒng)具有專門的知識和經(jīng)驗, 所以在他們內(nèi)部也進行一些基礎研究和應用研究。

在一般的腐蝕領域內(nèi)，利用長期監(jiān)視法和短時的電化學法，陸軍內(nèi)部正在繼續(xù)研究減少彈藥加工所用設備和建筑材料的腐蝕。

氧化和硫化腐蝕方式是航空發(fā)動機設計師非常關心的間題。正在陸軍內(nèi)部研究提高燃氣輪機用合金性能的防護涂層。

燒蝕是在陸軍器材例如火炮、燃氣輪機、火箭噴管和彈藥加工設備中可能出現(xiàn)的失效機制。夾雜在高速、粘稠的反應介質(zhì)中的固體粒子是促進機械和化學復合腐蝕作用的條件。

陸軍內(nèi)部正在研究在火炮藥室的溫度和壓力條件下確定發(fā)射藥氣體和炮鋼間化學反應的程度。還在努力測定燒蝕組成物和影響表面開裂現(xiàn)象的因素。同時，正研究支配高溫、高壓和高氣體速度對炮鋼燒蝕影響的參數(shù)。

應力腐蝕開裂失效由于共破壞性而引人注意。除了前述陸軍研究局做的一些研究外，在發(fā)展新的AlZnMgLi鍛造材料和AlZnMgCu粉末冶金材料中，正在努力調(diào)節(jié)成分和采用形變熱處理來提高耐應力腐蝕開裂性能。還正在測定濕度和到150℉溫 度對商品牌號鋁合金應力腐蝕開裂的影響。

高強度鋼對陸軍仍然重要。可惜這些鋼對應力腐蝕很敏咸。正在研究濕度、溫度、雜質(zhì)、表面處理和氧擴散特性的影響。正在制定實際的導彈儲存參數(shù)。還在繼續(xù)努力設計用于測定裝甲鋼應力腐蝕開裂特性的加速試驗方法。

應力腐蝕開裂特性也是改善穿甲彈心用鈾合金所?？紤]的重要內(nèi)容。正在研究氫、濕度、應變率、熱處理和殘余應力的影響。用適合的涂層來保護敏咸合金表面是誠緩腐蝕失效問題的另一途徑。

在陸軍內(nèi)部研究發(fā)展各種材料和加工技術用于保護各種材料(鋁、鑄鎂、鈮、鈾合金、超耐熱合金、炮鋼、鎂-氧化鋁和鋁-石墨復合材料)免受各種環(huán)境的有害影響。正在研究金屬鍍層、金屬互化物鍍層和非金屬涂層系統(tǒng)。由于毒性和污染作用，正研究在有機和半有機底漆中取代鉛和六價鉻酸鹽。

陸軍已把這些涂層系統(tǒng)應用于機動裝備、車輛裝甲、飛機結(jié)構(gòu)件、燃氣輪機、彈藥加工設備和高速穿甲彈心。還在自然環(huán)境中不斷地鑒定試驗性涂料和工業(yè)涂料?？諝鈨艋ê弦蟀l(fā)展完全新型的低溶劑含量的有機涂料或油漆，以取代現(xiàn)今所需和使用的涂料。正在進行的工作集中在水性涂料和水性聚合物上。正發(fā)展低溶劑含量的涂料以取代大量使用的標準涂料，目前包括偽裝涂料、防腐底漆、抗化學戰(zhàn)劑涂料和預處理等。水溶性醇酸樹脂似乎最有希望用于底漆和偽裝。

水性聚氨醋、催化樹脂和改性聚氨醋樹脂似乎最適合暴露在惡劣環(huán)境(包括化學戰(zhàn)劑)下應用。還正在探索使用水性環(huán)氧和環(huán)氧醋以及高固體分的醇酸、聚氨酷和環(huán)氧。

總之正不斷地進行各種研究、發(fā)展、試驗和鑒定工作，以弄清和闡明腐蝕破壞和防護的機理，并發(fā)展經(jīng)濟新型和改進的解決 辦法，用以避免陸軍器材的腐蝕破壞。

表3 陸軍材料和力學研究中心所做的腐蝕損壞失效分析

資料來源:

ARMY RESEARCH DEVELOPMENT & ACQUISITION MAGAZINE, 1981, 5一6

原文閱讀:

美國陸軍的腐蝕和防腐蝕研究工作.pdf

76af54c14fe3022609ef56282a96e1e1.pdf (660.19 KB)