航空母艦 （ 航母 ）——作為海上大型軍艦、路上機場航站、空中飛機的集合體，海空力量的融合體，發(fā)展至今，航空母艦已是現(xiàn)代海軍不可或缺的武器，也是海戰(zhàn)最重要的艦艇之一。

    航空技術發(fā)展在很大程度上依賴于材料進步，“一代材料、一帶裝備”是材料推動航空技術進步的真實寫照。

    航母是一項復雜的巨系統(tǒng)工程，包括船體、動力設備、管路及附件設施、甲板、電力設備、船艙以及艦艇、戰(zhàn)斗機等裝備。因此，所使用的材料種類繁多，工作環(huán)境復雜，腐蝕破壞因素急劇增加。

    航母服役環(huán)境極其苛刻

    腐蝕環(huán)境特點如下：

    （1）風高浪大，海況險惡；

    （2）海洋環(huán)境溫差大、高濕、干濕交替、高鹽霧等加速了材料老化、腐蝕進程；

    （3）海水、泥沙、油氣、酸、堿、輻射等腐蝕介質種類多，水、液、氣、海生物共同作用；

    （4）遭受波浪碰擊、沖擊、振動、熱偏移、船貨漂移、飛機起落、武器反沖擊以及機械設備運轉載荷等多種載荷共同作用。

    腐蝕是影響材料長期性能的最重要因素。一個系統(tǒng)的腐蝕失效故障有可能影響全艦功能的發(fā)揮。然而，對于航母來說，腐蝕控制是一個復雜的系統(tǒng)工程。

    航母材料腐蝕防護及控制特點

   （1）腐蝕環(huán)境多樣，防護要求高，防腐設計難度大

   （2）材料選擇系統(tǒng)組成復雜，設備數量多，腐蝕故障影響大
   
   （3）艙室結構復雜，防腐施工空間小，修理難度大材料是推動航母技術發(fā)展的基礎。

    材料的性能水平高低很大程度上影響各個系統(tǒng)的功能，進而決定了航母的性能水平。因此要求航母用材料必須具有高強度、高韌性，抗海水腐蝕，防磁耐高溫和耐沖擊能力，抗微生物腐蝕，高止裂性能等。

    目前，一系列高性能先進材料在航母關鍵部件中廣泛應用，推動著航母工程的發(fā)展，包括：

    1、特種合金鋼

    2、先進鈦及鈦合金

    3、單晶高溫合金

    4、先進復合材料（鈦合金復合材料、樹脂基復合材料、陶瓷基復合材料、陶瓷及納米熱障涂層等 ）

    5、甲板防滑、防腐涂料等。

    美國航母用特種鋼

   （1）HY 系列鎳 - 鉻 - 鈦合金鋼，耐蝕性、強度、焊接性、成型性與機加工性優(yōu)異，如 HY-80、HY-100 鋼，是制造航母、核潛艇最佳鋼材。

   （2）HSLA 系列高強度、高韌性結構鋼。HY-80 鋼用于建造大型水面艦艇，如驅逐艦、巡洋艦和航空母艦等，尼龍茲級核動力航母主要結構材料之一。

   （3）HSLA-100、HSLA-115 鋼，HSLA-100 是一種低碳、銅沉淀強化尖端低合金鋼。已應用于美國新建航母殼體和核潛艇，核動力航母“斯坦尼斯”

    號 （CVN-74），以及航母 CVN-78 的飛行甲板。

    俄羅斯 AK 系列鎳鉻加鈦合金鋼，堪稱世界上屈服強度最高的材料，可達1000MPa，可用來制造航母和深潛核潛艇。

    航母用特殊材料

    航母用鈦及鈦合金

   （1）其高強度、可焊性和耐腐蝕性廣泛應用于核潛艇、深潛器等艦艇結構設備 ;

   （2）抗空泡剝蝕和耐疲勞性能優(yōu)異，如Ti75合金等，廣泛應用于螺旋槳、往復式鹽水泵 、舷側雙座雙球閥閥桿材料；

   （3）比其他合金更優(yōu)異的耐海水蝕性能，高比強度、低密度，廣泛應用于傳熱管、冷卻管 ;

   （4）抗海水、Cl - 及高溫下應力腐蝕。如 Ti31 鈦合金等，廣泛應用于冷卻器、換熱器、管路等，鈦換熱器污堵系數僅為 0.95 ～ 0.99。

    單晶高溫合金

    單晶高溫合金憑借其蠕變強度、熱疲勞強度、抗氧化性能和抗腐蝕特性，廣泛應用于渦輪葉片、渦輪盤等結構材料中。

    碳纖維復合材料

    碳 / 碳復合材料具有質量輕、模具高、比強度大、熱膨脹系數低、耐高溫、耐熱沖擊和耐腐蝕等優(yōu)異性能，是世界戰(zhàn)斗機發(fā)動機先進國家為未來戰(zhàn)斗機發(fā)動機熱端部件研究和發(fā)展的新型高溫結構材料。美國已經將碳 / 碳復合材料應用于 F100 發(fā)動機的加力燃燒室噴嘴，還計劃將其應用于 F119 發(fā)動機的排氣噴管 ; 法國已經將它應用于 M53 發(fā)動機加力燃燒室的噴油桿、隔熱屏和調節(jié)片。目前，人們正在研究和解決其高溫抗氧化性能差的問題。

    陶瓷熱障涂層

    陶瓷基復合材料具有低密度、耐高溫、耐腐蝕和耐燒蝕等優(yōu)點，耐溫高達1370 ～ 1480℃，是戰(zhàn)斗機發(fā)動機燃燒室/ 加力燃燒室火焰筒、渦輪轉子 / 靜子葉片、加力燃燒室火焰穩(wěn)定器、排氣噴管調節(jié)片等部件的極好候選材料。目前，金屬纖維增強的陶瓷基復合材料、碳纖維增強的陶瓷基復合材料和陶瓷基復合材料已經開始應用于 M53 和 M88 發(fā)動機上。

    第 4 代陶瓷熱障涂層以及第 5 代納米熱障涂層也逐步替代等離子噴涂涂層成功應用在戰(zhàn)斗機發(fā)動機渦輪葉片等高溫部件上，實現(xiàn)內外超級熱障性能，如JT9D 戰(zhàn)斗機。

    航母甲板防滑防腐涂料

    飛行甲板涂料不但要承受艦載機尾鉤的沖擊和阻攔索的研磨，飛機、車輛和人員的碾壓，還要遭受潮濕鹽霧的海洋大氣環(huán)境侵蝕，以及甲板清潔劑與油污的腐蝕。

    近年來，國外開展了非晶態(tài)金屬基涂料、高耐久性防滑涂料、單層快干防滑涂料等多種新型防滑涂料的研究工作，以期進一步提高防滑涂料的耐腐蝕、抗高溫等性能，減少使用維護工作量。

    DARPA 開發(fā)出耐高溫抗沖擊防滑涂料可解決 MV-22“魚鷹”運輸機和未來F-35B 聯(lián)合攻擊機在兩棲艦飛行甲板起降時艦載機高溫尾流噴射帶來的甲板變形問題；海軍研究實驗室 （NRL） 正致力于開發(fā)出更長壽命、耐高溫的下一代非環(huán)氧類防滑涂料；美國奧斯汀公司新推出一種利用玻璃纖維加強“抓牢”防滑復合材料，含有韌化劑，不含易揮發(fā)的有機化合物，也不含毒劑和致癌化合物，主要用于起降落區(qū)。“抓牢”涂層可承受 15000 次阻攔著艦。

    石墨烯防腐涂料

    隨著石墨烯的火熱，石墨烯防腐涂料也逐漸出現(xiàn)在了人們面前。雖然還沒應用到航母這種超大型軍事裝備上，但目前已大規(guī)模應用于海船、海上風電塔筒等海上設備的防腐。這種新型防腐涂料填補了國內外將石墨烯運用于防腐領域的空白。石墨烯作為人類已知最硬、最薄的納米新材料，相信在不久后，其防腐涂料就能大規(guī)模應用到航母等大型軍事裝備的防腐領域。

    案例：艦載機腐蝕防護

    米格 29-K 艦載機采用高防腐蝕性的海軍 RD33K 發(fā)動機，采用無煙燃燒室和一種新型抗腐蝕蒙皮，并增加可折疊的空中受油裝置。

    美國著名的F-14“雄貓”艦載戰(zhàn)斗機、FA-18 機身均采用高抗腐蝕涂層。美國也用了多種材料防止飛機腐蝕，其中例如采用鋁皮包減少腐蝕趨向，改善涂層附著力。使用卓越彈性和耐久性的聚氨酯面漆。聚硫化物密封劑和鉻酸鹽底漆被用于連接表面和鏈條密封，以減少水侵入。

    如何讓航母行得更遠 ?

    （1）加大新材料的研發(fā)力度，提高結構材料、管路材料的防腐性能 ;

    （2）加強海水系統(tǒng)腐蝕、污損規(guī)律及控制技術研究 ;
 
    （3）研發(fā)長效防腐防污涂料、高性能飛行甲板涂料 ;
 
    （4）提高材料腐蝕、老化機制評價手段，從總體設計、施工控制、仿真、實驗、檢測與評估等方面全方位開展航母腐蝕控制技術方案研究 ;

    （5）編制航母及艦載設備腐蝕控制設計、建造、維護修理指南。

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