0 引言

    鋁合金材料具有比重輕、硬度大、耐腐蝕性好的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)和國防工業(yè)中，沿海兩棲車輛主要采用此種材料。海水具有強(qiáng)電解質(zhì)特性，加之海水的沖擊加劇材料失效，海水中的氣泡對金屬表面的保護(hù)膜及涂層有很大的破壞性，導(dǎo)致漆膜老化加快，鋁合金材料在高溫、高濕、高鹽霧以及高日照的苛刻海洋環(huán)境中面臨嚴(yán)重的腐蝕問題。海洋環(huán)境中鋁合金構(gòu)件最易發(fā)生點(diǎn)蝕現(xiàn)象，它是晶間腐蝕和剝蝕等其他形式腐蝕的起源，如疲勞腐蝕的裂紋源正是從點(diǎn)蝕開始的。腐蝕的產(chǎn)生極大地降低了車體鋁合金構(gòu)件的使用壽命和整體的可靠性，直接制約了兩棲車輛在海洋環(huán)境中的應(yīng)用和性能的發(fā)揮，因此，開發(fā)和使用高效的海洋環(huán)境下兩棲車輛腐蝕防護(hù)技術(shù)，對減小海水對兩棲車輛的腐蝕破壞，保證車輛的可靠性有著極其重要的意義。

    1 兩棲車輛腐蝕現(xiàn)狀

    海洋環(huán)境中兩棲車輛構(gòu)件的腐蝕問題主要包括： 點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕、剝蝕、晶間腐蝕、磨損腐蝕、腐蝕疲勞等腐蝕形態(tài)，這些腐蝕問題與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及冶金因素密切相關(guān)。通過分析車輛零部件在干濕交替、振動(dòng)、沖擊等復(fù)合工況中所產(chǎn)生的腐蝕故障問題，統(tǒng)計(jì)分類研究，歸納總結(jié)海洋環(huán)境中兩棲車輛的腐蝕狀況和特征。

    1. 1 車輛外部腐蝕問題

    兩棲車輛采用的材料一般為Al-Zn-Mg 超硬鋁合金，該材料具有高的比強(qiáng)度、優(yōu)良的可焊性、較好的斷裂韌性，但是其應(yīng)力腐蝕敏感性和剝蝕傾向較大。兩棲車輛的鋁合金表面由于預(yù)處理工藝不當(dāng)易存在的缺陷，車輛使用時(shí)，表面缺陷與海水中的活性氯離子促進(jìn)陽極反應(yīng)，形成點(diǎn)蝕孔，導(dǎo)致涂層脫落嚴(yán)重；兩棲車輛構(gòu)件中使用材料種類較多，當(dāng)腐蝕電位相差較大的異種金屬材料互相搭接使用時(shí)，易發(fā)生嚴(yán)重的電偶腐蝕問題；海灘砂石與車體底部鋁合金相互摩擦，易導(dǎo)致車體底部腐蝕磨損嚴(yán)重，其腐蝕狀況如圖1 所示。

    兩棲車輛下海時(shí)，海水浸沒的部分在上岸以后難以徹底清洗干凈，縫隙間滯留海水中的氧在修復(fù)金屬表面鈍化膜時(shí)消耗加快，易造成嚴(yán)重的縫隙腐蝕，導(dǎo)致誘導(dǎo)輪、主動(dòng)輪以及螺栓等嚴(yán)重銹蝕。鋁合金構(gòu)件承受大的拉伸應(yīng)力，在腐蝕介質(zhì)下易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，在環(huán)境腐蝕和動(dòng)循環(huán)載荷的同時(shí)作用易引起嚴(yán)重的腐蝕疲勞損傷。

    1. 2 車輛內(nèi)部腐蝕問題

    在車輛內(nèi)部，由于密封不嚴(yán)導(dǎo)致海水滲漏到車內(nèi)，在局部運(yùn)動(dòng)構(gòu)件內(nèi)形成高溫鹽霧的腐蝕環(huán)境； 部分零件浸泡在海水中，表面涂層不能抵御侵蝕，銹蝕問題嚴(yán)重； 車輛保養(yǎng)過程中用淡水難以清洗干凈，加劇了零部件的腐蝕，如離合器、螺栓螺桿銹蝕嚴(yán)重、拉桿接頭及銷子等部分零件銹蝕致使操縱阻力變大、制動(dòng)彈簧件的失效和斷裂直接導(dǎo)致操作失靈； 電子儀器設(shè)備和線路在實(shí)際使用中，易發(fā)生絕緣擊穿、接觸不良、電阻值改變等問題，導(dǎo)致電器故障頻發(fā)；海水滲漏到發(fā)動(dòng)機(jī)部分機(jī)件，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作部件產(chǎn)生高溫的情況下，形成高溫鹽霧腐蝕環(huán)境，致使發(fā)動(dòng)機(jī)冷排氣管道、發(fā)動(dòng)機(jī)支架及附件等腐蝕嚴(yán)重，腐蝕狀況如圖2 ～ 圖4 所示。

    2 兩棲車輛腐蝕綜合控制技術(shù)

    兩棲車輛腐蝕問題具有多誘因、大范圍和全方位的特征，是涉及材料、環(huán)境、機(jī)械、腐蝕等多學(xué)科的復(fù)雜難題，嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)狀導(dǎo)致兩棲車輛的性能降低，維護(hù)保養(yǎng)困難，維修費(fèi)用增加，形勢嚴(yán)重。

    2. 1 腐蝕綜合控制理論

    兩棲車輛在使用中，零部件易發(fā)生銹蝕、退化、變質(zhì)等腐蝕現(xiàn)象，控制零部件的銹蝕、退化、變質(zhì)等腐蝕問題，有助于兩棲車輛的性能發(fā)揮以及車輛安全可靠性和使用壽命的提升。腐蝕綜合控制需采取全壽命、全系統(tǒng)的有效防腐措施，這些措施包括防腐蝕設(shè)計(jì)、防腐蝕技術(shù)工藝、兩棲車輛維修和日常維護(hù)保養(yǎng)等全過程中腐蝕預(yù)防體制的建立： 1） 合理的防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 2） 良好的耐腐蝕材料； 3） 正確地選用表面工程技術(shù)； 4） 合理采用陰極保護(hù)技術(shù)；5） 采用密封劑或緩蝕劑進(jìn)行兩棲車輛內(nèi)部的環(huán)境隔離； 6） 在兩棲車輛的運(yùn)行、運(yùn)輸、停放等過程中建立腐蝕預(yù)防制度； 7） 控制兩棲車輛的各級維修過程，有效進(jìn)行裝備的防腐保護(hù)為原則； 8） 進(jìn)行兩棲車輛的腐蝕控制管理，實(shí)施全方位、全過程、全員參與的腐蝕控制系統(tǒng)工程。

    要獲得經(jīng)濟(jì)、高效、高質(zhì)量的防腐工程設(shè)計(jì)，提高車輛可靠性和延長兩棲車輛的使用壽命，首先需要認(rèn)識兩棲車輛的性能要求及運(yùn)行環(huán)境狀況、可能發(fā)生的失效類型，從而確定設(shè)計(jì)和選擇的各項(xiàng)技術(shù)；其次是了解各種技術(shù)的工藝特點(diǎn)及其適用范圍的基礎(chǔ)上，選擇合適的工藝并制定相應(yīng)的配套工藝。在兩棲車輛防腐工程設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則： 1） 采用耐腐蝕材料，提高零件自身性能； 2） 材料耐蝕性差的零部件表面采用先進(jìn)適用的涂覆層保護(hù)； 3） 有效密封、及時(shí)除濕使兩棲車輛零部件、系統(tǒng)處于相對干燥環(huán)境； 4） 經(jīng)濟(jì)上的合理性，防腐技術(shù)使用后要有一定的經(jīng)濟(jì)效益，如兩棲車輛的使用性能提高、使用壽命的延長、故障與維修的減少，兩棲車輛在使用的全過程中成本降低等。

    兩棲車輛腐蝕綜合控制關(guān)鍵在于建立覆蓋設(shè)計(jì)、制造、使用及維修的腐蝕控制技術(shù)體系，以需求為牽引，在設(shè)計(jì)制造方面，注重防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選用； 在技術(shù)方面，采用涂層技術(shù)、緩蝕劑以及陰極保護(hù)等相關(guān)技術(shù)解決不同部位的腐蝕問題； 在維修方面，側(cè)重于維護(hù)管理制度實(shí)施和專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)。采取系統(tǒng)集成、綜合應(yīng)用多種新材料、新技術(shù)、新方法并與裝備維護(hù)保養(yǎng)和維修制度相結(jié)合的腐蝕控制系統(tǒng)方法，有效提升兩棲車輛的防腐能力。

    2. 2 腐蝕綜合控制技術(shù)

    根據(jù)兩棲車輛腐蝕狀況、腐蝕規(guī)律的不同，以及各部位采用腐蝕控制技術(shù)方法的不同，將兩棲車輛劃分為車體部分、車底部分、異種金屬連接部分、整車等進(jìn)行腐蝕防護(hù)。

    2. 2. 1 新型Al-Zn-In-Mg-Ga-Mn 六元犧牲陽極材料

    針對兩棲車輛現(xiàn)用犧牲陽極在干濕交替使用中出現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)間慢、陽極表面結(jié)殼、電流效率低等問題，提出采用建立車體電位平衡時(shí)間、陽極塊電流效率作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過添加Ga、Mn 元素調(diào)整陽極材料配方，研制新型高活化和高極化速度的Al-Zn-In-Mg-Ga-Mn 六元犧牲陽極材料（ 見圖5） 。通過對新型六元陽極材料電化學(xué)性能測試、金相組織觀察和溶解形貌掃描電鏡觀察，進(jìn)一步分析新型六元陽極材料的溶解和活化性能的影響與作用機(jī)制，驗(yàn)證了犧牲陽極溶解———再沉積理論，建立六元犧牲陽極工作過程模型，分析其熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)工作過程，采用BESAY 陰極保護(hù)數(shù)值模擬軟件設(shè)計(jì)與布置，系統(tǒng)設(shè)計(jì)車輛犧牲陽極保護(hù)方案并模擬其保護(hù)效果，優(yōu)化陽極塊分布，安裝匹配車體陽極塊，力爭使保護(hù)效果顯著提高。

    從圖6 測試的結(jié)果中得到，在整個(gè)試驗(yàn)周期內(nèi)，犧牲陽極具有小于－ 1. 10 V 的開路電位，隨著電位升高，各周期陽極電流急劇增加，浸入活化狀態(tài)，且其極化率很小，表明該陽極輸出電流能力較好。在45 和60 個(gè)工作周期時(shí)，維鈍電流變小，說明犧牲陽極表面已經(jīng)開始鈍化。通過實(shí)車保護(hù)電位測試，試驗(yàn)表明： 在干濕交替條件下，新型六元犧牲陽極保護(hù)下的車體電位平衡建立時(shí)間縮短至5 min 以內(nèi)，車體平均電位負(fù)移50 mV，工作電位達(dá)到－ 1. 10 V，電流效率高達(dá)90%，溶解形貌均勻，腐蝕產(chǎn)物自動(dòng)脫落，無結(jié)殼現(xiàn)象，對車體起到很好的保護(hù)作用。

    2. 2. 2 陶瓷型耐磨蝕涂層

    針對兩棲車輛鋁合金底板磨損、腐蝕嚴(yán)重等問題，在底甲板處涂覆陶瓷型耐磨蝕涂層，該方法選用環(huán)氧樹脂作為粘料、脂肪胺與芳香胺作為混合型固化劑、Al2O3顆粒作為耐磨填料。利用“顆粒級配”理論，解決了涂層耐磨難題，利用“脫模定型”

    工藝，解決了涂層粗糙和針孔難題，運(yùn)用堆積級配理論，通過正交試驗(yàn)，對Al2 O3涂層填料的顆粒度、顆粒級配組合進(jìn)行優(yōu)化，確立了陶瓷型涂層的配方與成分，測試和分析陶瓷型涂層的相關(guān)性能，研究陶瓷涂層耐磨蝕機(jī)理，結(jié)合實(shí)車涂覆規(guī)范工藝，規(guī)范施工工藝流程，優(yōu)化工藝參數(shù)，有效降低了陶瓷涂層缺陷，提高了兩棲車輛底板的耐磨蝕能力。

    經(jīng)過實(shí)車測試試驗(yàn)，結(jié)果表明： 車體底板陶瓷耐磨蝕涂層化學(xué)穩(wěn)定性好，與車體結(jié)合強(qiáng)度高，達(dá)到30 MPa，邵氏硬度80 ～ 90 HA，相對耐磨性4 ～ 5（ 45 號鋼為1） ; 涂層無脫落，無銹蝕； 無明顯劃痕（ 涂層效果對比見圖7） 。

    2. 2. 3 復(fù)合防腐涂覆層技術(shù)

    針對履帶腐蝕銹死問題，研究采用化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層、真空滲鋅、鋅鉻涂層等復(fù)合涂覆層對履帶進(jìn)行防護(hù)，通過從單一涂層到涂覆層的系統(tǒng)試驗(yàn)，得到涂層總厚度為40 ～ 60 μm 真空滲鋅+ 鋅鉻涂層+ 高分子厭氧膠的復(fù)合防腐涂覆層技術(shù)方法（ 復(fù)合涂覆層結(jié)構(gòu)見圖8） ，能夠有效解決履帶腐蝕問題。

    經(jīng)過實(shí)車測試試驗(yàn)，結(jié)果表明： 復(fù)合涂層在一個(gè)工作期內(nèi)能夠?qū)β膸鸬捷^好的防腐作用，防腐效果優(yōu)于單一的鋅鉻涂層和化學(xué)鍍Ni-P 合金鍍層，銹蝕情況大大減少，可輕松實(shí)現(xiàn)履帶緊固件的多次拆卸，降低車輛維修保養(yǎng)強(qiáng)度（ 效果對比見圖9） 。

    2. 2. 4 異種金屬電位匹配技術(shù)

    針對兩棲車輛中異種材料連接帶來的電偶腐蝕嚴(yán)重的問題，在全面統(tǒng)計(jì)兩棲車輛上使用的各類材料基礎(chǔ)上，系統(tǒng)整理了車體上金屬連接件的數(shù)量、位置、名稱及所使用材料的表面處理，確定了某種兩棲車輛上共使用了26 種材料，共產(chǎn)生30 多種異金屬固定連接， 150 多種異金屬部件活動(dòng)連接，建立了兩棲車輛電偶腐蝕數(shù)據(jù)庫。通過電偶基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)（ 材料電偶測試曲線見圖10、圖11） ，得到主要材料在海水中的電偶序： 7A52、5A06、2A12、Q235、45 號鋼、38CrSi、1Cr18Ni9Ti 的自腐蝕電位。

    通過研究1%、3. 5%、7%、14% 4 種濃度條件下的電偶電流，結(jié)果顯示： 電偶電流隨著介質(zhì)濃度的增加而增加； 介質(zhì)濃度較低時(shí)，增加介質(zhì)濃度對電偶電流影響較大； 介質(zhì)濃度大于7% 時(shí)，介質(zhì)濃度的改變對電偶電流影響較小，表明電解質(zhì)濃度的改變在一定范圍內(nèi)對電偶腐蝕影響較大。同時(shí)研究了陰/陽面積比、溫度和含氧量對電偶腐蝕的影響，模擬兩棲車輛在干濕交替狀態(tài)下電偶腐蝕現(xiàn)象、特點(diǎn)，提出兩棲車輛電偶腐蝕防護(hù)原則為： 1） 盡量避免腐蝕電位相差懸殊的異種金屬做直接導(dǎo)電接觸； 2） 腐蝕電位相差懸殊的異金屬必須組裝在一起時(shí)，應(yīng)采取可靠的絕緣措施； 3） 有效控制陰/陽面積比，抑制加速電偶腐蝕的因素。

    根據(jù)兩棲車輛電偶腐蝕防護(hù)原則，研究制訂異種金屬電偶腐蝕防護(hù)措施，見表1.

    經(jīng)過實(shí)車測試實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明： 兩棲車輛電偶腐蝕數(shù)據(jù)庫為兩棲車輛腐蝕綜合控制打下基礎(chǔ)，提出的電偶腐蝕控制原則和防護(hù)措施使異種材料的電偶電位相差小于0. 05 V，大大降低了兩棲車輛電偶腐蝕程度。

    2. 2. 5 高分子密封膠防腐技術(shù)

    在兩棲車輛的設(shè)計(jì)中，采用了機(jī)械密封設(shè)計(jì)，如密封圈、密封墊等密封技術(shù)，一般情況下，在兩棲車輛的使用和維修中，不會改變原有的密封設(shè)計(jì)。為了改善裝備的防腐效果，更多是采用高分子密封防腐材料，以填充的方式隔離腐蝕介質(zhì)，起到防護(hù)作用。消除密封間隙的技術(shù)方法就是在需要密封的部位涂一些高分子密封膠，這些高分子膠經(jīng)固化后就密封了間隙。圖12 為系列防腐密封材料。

    對于兩棲車輛的車外緊固螺栓，螺栓螺紋與螺母螺紋之間總是存在一定間隙（ 內(nèi)螺紋設(shè)計(jì)所致） ，在海水中，海水會滲入間隙而造成螺紋的銹蝕，甚至形成“銹死”現(xiàn)象，在海水或鹽霧環(huán)境中銹蝕嚴(yán)重。在車輛維修保養(yǎng)時(shí)，經(jīng)常需要拆卸這些螺栓，在拆卸過程中，已經(jīng)嚴(yán)重銹蝕的螺栓很難順利拆卸，嚴(yán)重時(shí)易造成螺栓被擰斷的現(xiàn)象，給維修保養(yǎng)帶來困難。要消除螺紋銹蝕現(xiàn)象的根本途徑是消除間隙，讓海水無空可滲。在高分子螺紋密封鎖固膠的系列產(chǎn)品中，設(shè)計(jì)有兩個(gè)功能： 一個(gè)是螺紋間隙的密封，另一個(gè)作用是鎖固，使螺栓不會在使用時(shí)松動(dòng)脫落。對于兩棲車輛的車外螺栓，主要是密封防腐，鎖固功能是次要的。用低強(qiáng)度的高分子螺紋密封鎖固膠，而決不可選用高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度膠，否則螺栓拆卸時(shí)相當(dāng)困難，甚至無法卸下。

    兩個(gè)平面之間的密封，例如發(fā)動(dòng)機(jī)上、下箱體的密封、變速箱上、下箱體的密封等，大都采用固體襯墊密封，使用中滲漏現(xiàn)象比較普遍。采用高分子平面密封膠進(jìn)行密封，大幅度提升了密封可靠性能。在裝配前，將膏狀的密封膠涂在密封平面上，利用高分子密封膠優(yōu)良的填充性使平面的不平度、粗糙度等缺陷填平。當(dāng)合上對偶平面并固化后，形成了一個(gè)密封性優(yōu)良的密封層，阻絕海水進(jìn)入密封零部件內(nèi)，大大降低兩棲車輛的內(nèi)部腐蝕問題。

    3 結(jié)論

    海洋腐蝕環(huán)境具有多樣性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，導(dǎo)致在海洋環(huán)境中使用的兩棲車輛的腐蝕防護(hù)工作是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。兩棲車輛各部位工作環(huán)境、腐蝕狀況、腐蝕規(guī)律是不同的，所以，對于各部位采用的腐蝕控制技術(shù)應(yīng)當(dāng)是不同的，不能一概而論。當(dāng)前，針對海洋環(huán)境下材料的腐蝕防護(hù)技術(shù)有很多，每項(xiàng)技術(shù)都有其鮮明的特點(diǎn)，體現(xiàn)在使用環(huán)境的不同、防護(hù)壽命的差異和成本的高低等方面。采用綜合防腐控制技術(shù)的目的，在于整合現(xiàn)有的各種防腐技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢，并針對兩棲車輛不同部位在海洋環(huán)境下產(chǎn)生的腐蝕情況不同，提出綜合性地解決方案，使得兩棲車輛在綜合性地兼顧了相關(guān)腐蝕防護(hù)因素之后，進(jìn)而在兩棲車輛的整個(gè)腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)及控制層面上達(dá)到最優(yōu)。兩棲車輛腐蝕綜合控制技術(shù)研究是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，必須樹立全系統(tǒng)和全過程腐蝕綜合控制思想，制定以預(yù)防、控制和治理為主要內(nèi)容的工藝規(guī)程，構(gòu)建兩棲車輛腐蝕控制維修保障的配套技術(shù)手段，從頂層到控制各層面發(fā)展和完善兩棲車輛腐蝕控制理論體系，對海洋環(huán)境下兩棲車輛腐蝕問題的控制和解決具有重要的意義和價(jià)值。