海洋环境中雷达表面涂层的现状及分析

黄湘鹏，陆　敏(.海军驻南京地区雷达系统军代表室，南京0003;.海军指挥学院浦口分院，南京800)



海洋环境中雷达表面涂层的现状及分析

黄湘鹏1，陆敏2
(1.海军驻南京地区雷达系统军代表室，南京210003;2.海军指挥学院浦口分院，南京211800)

摘要:雷达产品是在恶劣环境中使用的大型电子设备，其防护设计直接与总体设计、电路设计、结构设计、计划管理、生产管理、标准化等相关联。本文对国内外电子设备防护材料新的发展动态进行了归纳，并介绍了满足恶劣环境使用条件的涂层应用于雷达装备上的发展趋势。

关键词:雷达;腐蚀与防护;涂料;涂层

0　引言

按照金属腐蚀的原理，金属的腐蚀和老化是环境对于人类行为的一种净化本能，是自然的和不可避免的。因此，没有良好的表面防护，再好的设备也难持久地保持它的功能。电子设备腐蚀是一个渐进的过程，短期内也许不严重，但对于有20年寿命期的雷达产品来说，防护性能是一个不能忽视的重要技术指标。因此，表面防护技术应运而生。如果要让电子设备能够长期、可靠地工作，就要有针对性地进行环境适应性设计，选择合理的防护技术。

海洋环境的气候具有高温、高湿、高盐雾、台风以及强日光辐射等显著特征，而大型雷达体型庞大，结构复杂，对环境适应性防护提出了更高的要求。本文针对海洋的气候特征，分析了这些气候特征可能给设备造成的影响，并提出了相应的防护措施［1］。

1　存在问题

在海洋大气环境条件下使用的雷达将遭受高温、高湿、多海盐粒子的侵蚀。海洋环境对电子设备的侵蚀是非常严重的。严酷的盐雾环境，加之温湿度的综合作用，常常引起武器装备上电子设备三防的失效，使印刷电路板上的线路随之产生腐蚀和剥离，元器件金属管脚产生腐蚀或断裂，连接器的接触电阻增大，引起线路故障或产生各种由环境因子而引发的失效。例如美国对日作战中，美军雷达和其他电子设备在用船运往东南亚和太平洋战场的过程中因受潮湿、盐雾腐蚀和长霉，没有投入使用就大批量损坏，50%到达战场不能使用。这些都使我们意识到电子装备环境适应性的重要性。

雷达等电子设备要适应该海洋环境下的要求，主要面对的问题有材料的腐蚀速度快、结构密封性差、内表面凝露严重、高分子材料老化严重、常规电镀耐蚀性差、缝隙和尖角处腐蚀严重等［2］。

2　防护工艺

解决以上问题首先是设计时应该具备防护设计意识，拥有正确的防护设计技术并正确使用防护工艺。当金属材料已经确定时，防止腐蚀的方法大致可以分为3类:表面涂层防护、电化学防护、腐蚀介质处理。表面涂层防护是在固体表面涂覆一层或多层不同材料的涂层，来达到强化表面或使表面具有特殊功能的目的。电化学防护是根据电化学腐蚀原理，依靠外部电流的流入改变金属的电位，从而降低金属腐蚀速度的一种材料防护技术。腐蚀介质处理是采用除去介质中有害成分、调节介质的pH值、降低气体介质中的水分的一种材料防护技术。

在金属的这3种防腐蚀方法中，雷达钢结构件常采用的是表面涂层防护，也就是电镀和油漆的方法。涂层防护是阻止腐蚀、老化的屏障，是设备防护的主要手段。表面一旦出现局部损坏，腐蚀就会从该点开始。根据已掌握的完整、可靠的表面处理工艺技术，采用长效防腐蚀技术为基础、现场三防技术为补充的处理原则，对零部件进行完整的涂覆，对关键、重要的部件进行局部密封保护。

对易腐蚀钢结构件，主要采用镀锌，镀铬、氧化处理3种防护方法。然而在海洋环境下，镀锌层的防腐性较差。镀铬层的不足之处是镀层不致密，容易产生孔隙，并且脆性较大，容易开裂。同时，铬的膨胀系数较小，较大的温差变化会影响铬层与钢铁基体的结合强度。虽然在电极电位排序中铬的位置与锌相近，但在大气中铬层表面很容易形成钝化膜，而钝化了的铬层表面电位迅速变正，作为电极的行为可近似于银。所以，在钢结构件上镀铬，铬是阴极镀层，不能起电化学保护作用，只能起隔离介质的机械保护作用，因而防护作用较差。

钢结构件的氧化处理，通常是将制件浸在含有氧化剂(硝酸钠或亚硝酸钠)的碱(NaOH)溶液中，表面生成一层保护性的磁性氧化膜，即四氧化三铁(Fe3O4)的微品层。

从这3种镀层的特性及防腐机理可以看出，在恶劣的海洋气候环境中，它们对钢结构件的防护能力是有限的，难以满足军用电子设备高抗蚀性的要求。

通过几年的探索，我们认识到，雷达的使用环境，特别是气候环境，不是人力所能改变的。要延缓钢结构件的腐蚀，保障设备的可靠性，根本的办法是加强现场环境条件的调查和设备环境效应的研究，采用新工艺、新技术、新材料对设备现有的防护设计进行改进，以提高设备对环境的适应能力，延长设备在恶劣环境中的使用寿命［3］。

3　涂料涂层

采用涂料涂层进行防腐蚀是海洋环境下雷达最有效和最主要的防腐蚀手段。事实上，以涂料涂于钢铁表面形成隔离膜的方法很早就被人们使用。与其他防蚀方法相比，它对于复杂形状的工件施工更容易些，更新简单，换色容易，修补性好，装饰性好。针对不同的环境，容易选择合适品种的涂装涂料，即它有较强的适用性［4］。

3.1表面处理

为了给设计的涂料涂层系统的施工提供必需的清洁度和规定的粗糙度，雷达钢结构必须进行表面处理。质量再好的涂料，如果表面处理不正确、不彻底，也会导致涂料涂层防腐蚀效果大打折扣。在表面处理前，要注意彻底清除表面油污、铁锈、氧化皮等。表面处理后要在4 h内进行涂料的涂覆。为在表面处理中获得涂料涂层所需要的粗糙度，喷砂清理应采用清洁的、相应等级的磨料，使用前磨料必须进行干燥处理。

3.2涂料的选用

当涂层不太厚时，单一品种涂料很难经受海洋气候的长期浸蚀。因此，一般都将多种涂料组成涂装体系。涂装体系分为底层、中间层和面层。底层主要起防锈作用，使用防锈能力较强的涂料，如富锌涂料;中间层主要是起增厚和密封作用，使用涂膜针孔少的涂料，如无溶剂涂料等;面层涂料主要是起抗老化和装饰作用，一般使用丙烯酸树脂涂料和聚氨醋树脂涂料，也有用有机硅和氟涂料的。底、中、面层涂料组合的好坏对涂层性能产生重要影响。

一般来说，底层涂料应能在很长的施工期间保护底材，同时能经得住搬运和建造期间的磨损。裸露于阳光中的构件宜采用耐紫外线、抗粉化性能好、耐老化的涂层体系。一些雷达的结构件，由于经常磨损，应优先使用容易修补和维修的涂层系统。

3.3雷达各部件的涂层

首先是雷达天线底座。由于雷达天线底座服役在海洋大气环境条件下，遭受高温、高湿、多海盐粒子的侵蚀，采用一般涂层防护不能满足长效防腐蚀目的。目前以高耐蚀性和高装饰性为目的，国内外在许多钢结构件的防护涂层体系的面层涂料选用中，常采用含氟树脂涂料。选用无机富锌涂料/环氧云铁涂料/常温固化氟树脂涂料组合对钢结构件进行防护，耐腐蚀寿命可达10年以上。

然后是雷达的天线部分。北京航空材料研究院20世纪90年代研制了专用天线配套涂料，天线反射体表面涂装环氧聚酰胺底漆和丙烯酸聚氨酯面漆，天线罩表面涂装环氧聚酰胺清漆和丙烯酸聚氨酯面漆以及抗静电漆。北方涂料工业研究设计院在20世纪70 至90年代先后研究开发了多种型号雷达罩涂料，包括氯化橡胶涂料、聚氨酯涂料、无机浸渍涂料等，解决了重要型号飞机和导弹雷达罩保护的难题。

但是，除了遭到大气环境的腐蚀以外，海岸雷达、舰载雷达天线表面还受到海盐粒子的侵蚀。目前，重防蚀涂层发展较快，可采用较先进的涂层体系进行防护。对于天线及雷达其他外部结构件，底层可选用富锌涂料，对易处理表面采用无机富锌涂料，对难处理表面采用环氧富锌涂料，富锌涂层可对底层金属起良好的电化学保护作用。中间层一般选择环氧云铁涂层，云母氧化铁颜料由于具有扁平的几何形状，对腐蚀介质渗透的阻隔作用较好。面涂层宜选用丙烯酸聚氨酯涂层，这种涂层耐候性好。若要求条件更高，可选用常温固化的氟树脂涂料。这种涂料是目前常温固化涂料中耐候性最好的一类。

根据天线材质的不同，可以使用不同的涂料组合。铝合金天线通常采用环氧锌黄底漆和氯化橡胶面漆，铁基天线采用磷化底漆和氯化橡胶面漆，天线罩表面采用环氧聚酰胺底漆和氯化橡胶或丙烯酸聚氨酯面漆。事实上，海洋环境下的雷达罩对透磁漆的耐湿热、耐盐雾、耐老化性能要求应比飞机雷达罩透磁漆高得多。而另一方面，海洋环境下的雷达罩透磁漆的抗静电性能要求比飞机雷达罩透磁漆低一些。而采用以上涂层方法都能较好地解决这些要求。

最后是雷达的连接件和紧固件的涂层。在海洋环境下，连接件和紧固件腐蚀产生的咬死经常给设备的运行、维修带来不便，甚至会影响雷达正常服役功能。有一些比较先进、成熟并实用的工艺可用于紧固件的防腐蚀，例如高耐蚀电镀锌技术、渗金属技术以及金属粉末涂覆技术。高耐蚀电镀锌技术包括电镀锌基合金和改进镀锌层表面钝化技术以提高镀锌层的耐蚀性两个方面。渗金属技术用于紧固件防腐蚀，主要有渗锌层、渗铝层。它们作为阳极被消耗，从而起到保护碳钢的作用。用于紧固件的金属粉末涂覆技术则是指“达克罗”(Dacromot)涂层，即片状锌基铬盐防护涂层。这一技术是20世纪60年代末美国DLAMONDSHAMROCK公司发明的。它具有很高的耐蚀性，其原因一是多层重叠的锌粉有效地阻止了腐蚀介质的渗透，二是整体锌粉均处于钝化状态，腐蚀非常缓慢，而普通的电镀锌一旦表面钝化膜破坏，内层锌将以较大速度腐蚀。“达克罗”涂层虽有优良的耐蚀性，且涂层薄，很适宜严酷环境中紧固件的防腐蚀，但它不是完全的“绿色产品”。美国MCI公司近年开发了“交美特”，是“达克罗”的替代产品，虽在耐盐雾性能上稍逊于“达克罗”，但耐湿热腐蚀上与之相当。这类涂层较薄，涂覆于紧固件一般不会带来公差配合问题，且耐蚀性特别优良，是高耐蚀紧固件的首推防护涂层。

雷达中应用的涂料除了防护涂料以外还有功能涂料。随着雷达在现代通信中的作用日渐重要，雷达上的功能涂料由于其特殊的功能性和不可替代性，其价值已接近防护涂料且有增长的趋势。因此，对雷达功能涂料的研究逐渐引起人们的关注。近年来雷达中应用较广的几种功能涂料包括吸波涂料、电磁屏蔽涂料、抗静电涂料以及重防腐涂料。然而，很多功能涂料存在着生产工艺复杂、产品质量稳定性差、不易维护等问题。这就需要结合工程实际，对功能涂料进行优化，以达到功能实现的最大化。雷达对功能涂料的要求将越来越多，进一步研究高性能、多功能、宽频带的吸波、多频谱电磁屏蔽涂料是功能涂料未来发展的主要方向。

3.4涂料施工与检查

涂料的施工应遵循相关标准规范的要求，参照涂料产品说明书进行。“三分涂料，七分涂装”是业内的常识，说明涂装工艺的重要性，对于雷达罩涂装而言更有其特殊的意义。涂装工艺必须保证达到两个基本要求才能发挥雷达罩涂料的保护作用而不影响雷达罩的电性能。第一，涂装施工不得改变或破坏雷达罩的结构和表面，否则就会严重影响雷达罩的电性能;第二，涂层厚度一致、外观平滑均匀，否则就不能满足雷达罩涂料电性能的要求。因此，雷达罩涂装工艺必须基于这两个基本要求，依据雷达罩涂料配套体系的特点设计涂装工艺。而涂层质量检查包括施工期间和施工完成后的质量检查。在施工期间，涂装前应该对表面处理的质量进行检查。施工过程中对各工序间的质量进行检查，每道涂层涂装前应对上一道涂层进行检查。施工完毕后，应对涂层质量进行检查，检查项目包括外观、厚度、粘结力和针孔等。

4　结束语

海洋环境对雷达等装备的性能与作战使用有很大影响。为尽可能延长这些设备的使用寿命，防护工程就显得尤为重要。材料的防腐蚀处理，不但保证了设备正常使用，使设备能正常服役，而且保护了环境。事实上，在生产中遇到的防护问题大多数是一般性的，只要适当地接受专业培训，正确地运用防护手段，就可以解决大多数的腐蚀问题，避免不必要的防护设计错误而造成产品腐蚀损失。

参考文献:

［1］孙国强，罗健，徐晋.大型雷达热带海洋环境适应性设计［J］.可靠性设计与工艺控制，2007，25(5):1-4.

［2］孙德强，吴忠国.雷达兵器腐蚀与防护技术的发展状况［J］.材料保护，2003，36(10):42-44.

［3］龚光福，曹立荣.雷达产品的防护设计和防护技术［J］.雷达科学与技术，2006(4):249-256.

［4］董艳，杨崇斌，张丹，熊金平.功能涂料在雷达上的应用［J］.装备环境工程，2013，10(2):71-78.

Status quo and analysis of radar surface coatings in marine environment

HUANG Xiang-peng1，LU Min2
(1.Military Representatives Office of Radar System of the PLA Navy in Nanjing，Nanjing 210003; 2.Pukou Institute of Naval Command College，Nanjing 211800)

Abstract:Radar is large electronic equipment used in the severe environment.The protection design of radar is directly associated with the overall，circuit，and structural design，the project and production management，and the standardization.The latest development of protective materials for the electronic equipment home and abroad is summarized，and the development trends of the coatings applied in radar equipment in the severe environment are introduced.

Keywords:radar; corrosion and protection; painting; coating

作者简介:黄湘鹏(1977-)，男，工程师，硕士，研究方向:雷达试验和总体技术;陆敏(1976-)，女，讲师，硕士，研究方向:电子通信工程。

收稿日期:2014-12-03

文章编号:1009－0401(2015)01－0058－03

文献标志码:A

中图分类号:TQ637