国外航母甲板防滑涂料技术现状及发展趋势

洪伟宏

(海军舰船办，北京 100071)

国外航母甲板防滑涂料技术现状及发展趋势

洪伟宏

(海军舰船办，北京 100071)

介绍国外航母甲板防滑涂料的应用现状，包括飞行甲板防滑涂料的技术难点和施工工艺、机库甲板防滑涂料的应用情况；梳理了非晶态金属基涂料、高耐久想防滑涂料、单层快干防滑涂料等新型防滑涂料的研制进展。

航母；防滑涂料；趋势

0 引 言

航母各层甲板都涂覆有防滑涂料，所有人员、飞机、车辆和设备都要在其上进行作业。以飞行甲板防滑涂料为例，不但要承受舰载机尾钩的冲击和阻拦索的研磨，飞机、车辆和人员的碾压，还要遭受潮湿盐雾的海洋大气环境侵蚀，以及甲板清洁剂与油污的腐蚀。在各种状态下涂层都要保持良好的防滑性能，且不能成片脱落，否则可能造成飞机侧滑、人员滑倒、或脱落涂料打坏飞机发动机等安全事故。

以美国为首的国家设计和使用航母已有百年，在航母甲板防滑涂料的开发、使用和维护中已经积累了大量经验，现阶段仍致力于不断研发新涂料和改进涂料性能。

本文梳理了国外航母甲板防滑涂料的应用现状和研制进展。

1 航母甲板防滑涂料应用现状

1.1 飞行甲板防滑涂料

1.1.1 防滑涂料技术难点

航母飞行甲板尤其是起飞着舰区使用的高性能防滑涂料的研究必须突破以下几个难点：

选择防滑粒料。防滑耐磨粒料是防滑性能的关键，无论是采用金属激光表面改良技术还是涂料，都会加入防滑粒料(如氧化铝、陶瓷粉末等)，从而形成防滑耐磨表面，

防滑粒料固定技术。不管是采用树脂涂料或者是金属熔覆最终都是为了将防滑耐磨粒料固定。在防滑粒料固定方式和固定材料选择时，首先要考虑整个涂层耐海洋气候及抵抗油渍污渍的能力，而与母材的粘接性以及所形成防滑涂层的韧性和弹性则是整个涂层抗冲击性和强度的必要保证。

涂覆工艺。航母飞行甲板防滑层的磨损非常厉害，而且舰载机的作业需要在短时间内修复磨损，因此除了获得性能良好的防滑层，还必须考虑施工工艺的方便快捷。在采用树脂时还要考虑固化剂的选择问题，保障涂层性能的同时让涂料尽快干燥达到使用要求。

1.1.2 防滑涂料施工工艺

为了保证防滑涂层的性能，防滑涂料的施工工艺有严格要求，下面介绍美军对防滑涂料施工工艺的规定。

1)存储温度

针对防滑耐磨涂料的存储，美国海军规定：长期存储的温度条件为不低于4℃，不超过38℃；24 h内涂覆情况下，存储温度条件为不低于16℃，不超过27℃。

2)表面处理

美国航母涂覆防滑耐磨涂料对飞行甲板表面处理有要求，至少要达到SSPC-SP-3级标准，推荐达到SSPC-SP-11级标准。

3)涂覆过程

在表面处理完毕后，立即进行底层涂料的涂覆，避免生锈、氧化或表面变脏、受污染。不能在甲板温度低于4℃或高于60℃时涂覆底层涂料。涂覆顶层涂料也有温度限制，不能低于10℃或高于43℃。

传统的双层涂料系统中，底层涂料必须凝固之后，才能涂覆第二层(深灰色)。此外，美国海军还对涂层的湿膜和干膜厚度有要求，要求监视湿膜的厚度，以确保获得特定的干磨厚度。

4)干燥时间要求

根据美军标，对于能够在航母着舰区使用的I型、V型、VI型和IX型防滑涂层，面漆最长干燥时间为48 h(10 ℃)，24 h(24℃)，16 h(49℃)；底漆最长干燥时间为：24 h(10 ℃)，18 h(24℃)，16 h(49℃)。

5)重量要求

飞行甲板的防滑涂层距离航母重心的垂向高度较大，如果质量越轻，对航母稳性的影响就越小。根据美军标，航母着舰区的防滑涂层，最大质量不应超过0.484 g/cm2，其他区域使用的防滑涂层最大质量如表1所示。

表1 美军标对防滑涂层质量的要求Tab.1 Requirements for the quality of the US military standard for anti-slip coating

图1 美军航母飞行甲板防滑涂层重量估算Fig.1 Weight estimation of the US aircraft carrier flight deck skid resistance coating

1.2 机库甲板防滑涂料

2008年发布的美军标MIL-PRF-24667C中指出，航母飞行甲板和机库甲板的适用涂料类型为Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ和Ⅸ型涂料的G型和L型。由于L型涂料是飞行甲板着舰区专用，故上述各类涂料的G型应该更适用于机库甲板。考虑到机库甲板与飞行甲板工作环境的差异，机库甲板涂料不需要承受舰载机起降和高温尾流的冲击，所以Ⅸ型涂料的耐高温性并不必要。因而，可以认为适合于机库甲板的涂料类型是军标MIL-PRF-24667C中定义的Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ和Ⅷ型涂料的G型。

表2中列举了在美军航母机库甲板上得到应用的各型涂料的一些代表性产品。这些产品绝大多数都是环氧树脂基双组份防滑涂料，其中主要以美国安全技术公司(AST)生产的MS系列产品和国际油漆公司生产的Intershield系列产品为主。

表2 美军航母机库甲板各型涂料典型产品Tab.2 U.S.aircraft carrier hangar deck paint various types of typical products

2 航母甲板防滑涂料研制进展

2.1 非晶态金属基涂料

2.1.1 研制进展

早在2003年，美国国防高级研究计划局(DARPA)就和能源部(DOE)共同启动了高性能防腐材料(HPCRM)项目，旨在研制一种超坚硬的非晶态铁基金属材料，并以涂层的形式用于恶劣环境中的腐蚀防护。

在该项目下，劳伦斯利弗摩尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的研究人员发现了2种具有优异耐腐蚀性能的非晶态铁基金属材料，分别是SAM2X5(Fe49.7Cr17.7Mn1.9Mo7.4W

1.6B15.2C3.8Si2.4)和SAM1651 (Fe48Mo14Cr15Y2C15

B6)，后者又称SAM7。这2种材料的耐腐蚀性能是目前最好不锈钢及镍金属的4～5倍，而且有更好的耐磨损性能。

基于防腐涂料的项目研究取得的成果，DARPA牵头启动了海军先进非晶涂层(NAAC)项目。2008年，DARPA称已研制出一种非晶态金属基防滑涂料，具有优异的耐磨和防腐蚀性能，准备将其应用在近海战斗舰的湿态任务区(Waterborne Mission Zone，WMZ)甲板。同时，研究人员开发出一种热喷涂技术，可制备出带有起伏纹理的非晶态金属涂层，其摩擦系数高，耐磨损、抗冲击、耐腐蚀性好，表现性能优于现有的防滑涂料。

另一方面，为了解决MV-22“鱼鹰”运输机和未来F-35B联合攻击机在两栖舰飞行甲板起降时舰载机高温尾流喷射带来的甲板变形问题，DARPA于2009年寻求“耐高温处理系统”(Thermal Management System，TMS)的解决方案。要求开发一种用于两栖舰飞行甲板的耐高温抗冲击防滑涂料，包括相应的涂层施工和修复方法，使得飞行甲板涂层只需简单修复和部分区域更换即可满足一个大修间隔期的使用要求，而无须像现有涂层那样需经常进行大面积更换。

2.1.2 施工方式

非晶态金属涂层主要采用热喷涂施工方式。热喷涂是利用某种热源(如电弧、等离子或燃烧火焰等)将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度将涂层材料喷射到预处理过的基体表面，经过沉积后形成表面涂层的一种技术。与辊涂等施工方式相比，热喷涂对设备和操作人员的要求较高。图 2为非晶态金属涂层在“惠特比岛”号船坞登陆舰上进行的防滑涂料验证的施工情况。

图2 在“惠特比岛”号船坞登陆舰上进行的防滑涂料验证(中间浅色区域为等离子热喷涂金属涂层)Fig.2 Verification of skid resistant coatings on the Whitby island dock landing ship

2.2 新型高耐久性防滑涂料

2.2.1 研制背景

传统防滑涂层虽然初期耐腐蚀性较好，但一旦暴露在恶劣海况下，性能就会迅速下降，且由于其干燥慢和寿命短，使用起来十分不便，需要经常修补和更换。

海军研究实验室(NRL)正致力于延长防滑涂料系统的使用寿命，具体包括2个层面的研究：1)开发并测试具有更长寿命的下一代非环氧类防滑涂料；2)为现有及未来的垂短起降战机上舰开发耐高温防滑涂料。新型高耐久性防滑涂料就是在上述背景下研制的。图3为辊涂施工后该涂层的实景照片。

图3 辊涂施工后的高耐久性防滑涂料Fig.3 High durability of the roller coating after the coating

2.2.2 性能特点

新型高耐久性防滑涂料的使用寿命长达60个月，远高于现有涂层。在恶劣环境下更加耐用，摩擦力更大。在光照条件下不易粉化、褪色和开裂(图4)。施工更方便，可以辊涂或喷涂在底漆表面或直接涂覆于裸露金属表面。固化时间只有24 h，施工周期变短。与传统的环氧基涂层相比，新涂层的抗腐蚀性更强，色泽更加稳定，造价更低，而且使用寿命的延长将显著降低涂层的使用成本。

NRL新研的高耐久性防滑涂料是一种双组份涂料，生产时2种组份分别生产并储存，在使用时才混合并进行施工。

图4 在“梅森”号护卫舰上测试6个月后对比(环氧涂层新涂覆时为深色)Fig.6 Comparison of the 4 months after the test of the“Mason” (epoxy coating for a new coat for deep)

2.3 单层快干防滑涂料

美国现用军标中规定的防滑涂料为多层涂料，分为底漆和防滑面漆。这种多层的涂料覆涂工时较长(需要底漆干透后才能覆涂面漆)，而且会增加航母自身的重量。为了解决这2个问题，美国鲁拉公司(Luna Innovations, Inc)研发了单层快干涂料。

与传统的防滑涂料相比，鲁拉公司的单层快干涂料施工时间段，能够在12 h内完全干燥固化，并且有利于航母重量的减轻。

鲁拉公司的单层快干涂料，符合军标MIL-PRF-24667B中I型L级的要求，可以承受15 000次着舰。该快干涂料由环氧树脂和固化剂两种组分组成，具有环境友好的特点，不含挥发性有机物和防腐剂，能保证施工人员的健康，对环境无污染。该涂料的干态、湿态和油态静摩擦系数分别达到1.1、1.2和0.9，均超过了美军标的相应要求。

2.4 “抓牢”防滑涂料

美国奥斯汀公司在小企业创新研究计划下，研发了用于航母着舰区的“抓牢”(Tough-Grip)防滑涂层，2003年的伊拉克战争中，海军在“杜鲁门”号航母上进行了实战试验，获得了很好的效果(承受了12 500次着舰，海军在检查涂层之后认为它还能继续使用)。

“抓牢”防滑涂料是一种玻璃纤维加强的复合涂料，含有韧化剂，不含易挥发的有机化合物，也不含毒剂和致癌化合物，主要用于起降落区。“抓牢”涂层可承受15 000次阻拦着舰。

3 结 语

航母甲板防滑涂料已经在国外航母上应用多年，其性能比较稳定，并形成了一系列产品；对防滑涂料的性能、施工工艺和使用维护等方面也有明确的规定，并形成了相关的标准规范。近年来，国外开展了非晶态金属基涂料、高耐久性防滑涂料、单层快干防滑涂料等多种新型防滑涂料的研究工作，以期进一步提高防滑涂料的耐腐蚀、抗高温等性能，减少使用维护工作量。

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[8] Weather-resistant polymeric coating system[S].EP1,000,957,2000.

Situation and development trend of foreign aircraft carrier deck anti-slip coating technology

HONG Wei-hong

(Naval Equipment Department，Beijing 100071，China)

The paper introduces the present situation of the application of foreign aircraft antiskid deck paint, including the application of flight antiskid deck paint the technical difficulties and the construction craft, the hangar antiskid deck paint; combing the amorphous metal base coating, high durability to development of anti-skid coating of anti-skid coatings, monolayer quick drying slip coating model.

aircraft carrier；anti-slip coating；trend

2015-10-11；

2015-11-07

洪伟宏(1972-)，男，高级工程师，研究方向为船舶工程。

TN959

A

1672-7649(2015)12-0166-04

10.3404/j.issn.1672-7649.2015.12.034