装备的环境腐蚀效应抑制技术

张皓玥,张菲玥,钟 勇,张伦武

(1.重庆育才成功学校，重庆 400050; 2.西南技术工程研究所, 重庆 400039)

【基础理论与应用研究】

装备的环境腐蚀效应抑制技术

张皓玥1,张菲玥1,钟 勇2,张伦武2

(1.重庆育才成功学校，重庆 400050; 2.西南技术工程研究所, 重庆 400039)

从我国的环境特征和军事需求出发，分析了装备面临的环境、装备的环境腐蚀效应及危害，叙述了如何从环境抑制、增强装备耐蚀品质和加强维护保养与维修三个方面加强装备的环境腐蚀效应抑制，为提高装备环境适应性提供工程解决方案。

装备；环境腐蚀；抑制；环境适应性本文

根据世界温度和湿度的量值，美国、英国和北约组织将全球气候环境分为热环境(A1,A2,A3)、基本环境(B1,B2,B3)、冷和极冷环境(C0,C1,C2,C3,C4)、沿海/海洋环境(M1,M2,M3)等四个大类14种类型。中国只有6种环境类型(A3,B2 C0,C1,C2,M2)[1]。政治多极化，经济全球化已经势不可挡，为保障国家安全和利益拓展，服务“一带一路”战略，装备必须适应比我国环境更加严酷的自然和诱发环境，才能满足我军遂行维和、护航、反恐、救灾等多种军事任务的需要。

1 装备的环境腐蚀效应

1.1 装备面临的环境

环境可以分为自然环境和诱发环境两大类。自然环境是自然界中由非人为因素构成的那部分环境，也是装备在全寿命期内经历的基本环境，包括大气环境(高原、沙漠、海洋、热带、寒带等)、水环境(海水、河水、湖水等)、土壤环境(酸性、碱性等)、空间环境(平流层、对流层等)等。诱发环境是指任何人为活动、平台、其他设备或设备自身产生的局部环境，主要包括机械(力学)、气候、化学、生物、电磁等环境。装备从论证、研制、生产、使用维护直至退役等全寿命周期，不仅会面临各种严酷的自然环境，还将面临复杂的诱发环境[2-3]。装备面临的主要环境如图1所示。

1.2 装备的环境效应及危害

各种环境条件与装备相互作用，不仅导致装备性能和功能发生变化，还会产生巨大的经济损失。如温度会产生高温效应、低温效应、变温效应，太阳辐射会产生加热效应与光化学效应等，1986年1月28日，美国“挑战者号”航天飞机仅因一个聚硫密封圈在低温环境下过早老化出现裂纹，导致升空72 s后便发生燃气泄漏，突然爆炸，使耗巨资准备多年的航天计划流产[4]。据统计，全世界每年因环境腐蚀造成的经济损失高达数万亿美元，约占GDP的3%～5%[5]。装备的环境效应也造成资源与能源的消耗和浪费，不利于建设资源节约型、环境友好型社会。装备的环境腐蚀效应危害最大，不仅会直接影响装备的性能和功能[3]，还会降低使用安全性，关乎战争的胜负，关乎人员的生命安全。因此加强装备的环境腐蚀效应抑制技术的研究，将环境腐蚀造成的影响控制在最低限度内，其军事、经济和社会效益十分显著。

2 装备的环境腐蚀效应抑制基本思路

装备在环境中受环境因素作用发生腐蚀导致其性能变化的过程，从热力学“熵”的角度可以简单理解为环境与装备相互作用达到动态平衡的过程。环境因素的效应促使装备发生腐蚀，而装备内在抵抗腐蚀性能力以及采取适当的措施可抑制腐蚀的发生与发展。因此，装备的环境腐蚀效应抑制基本思路可以从环境抑制、增强对象耐蚀品质和加强维护保养与维修这三个方面予以考虑。如图2所示。

图2 装备的环境腐蚀效应抑制基本思路

3 装备环境腐蚀效应抑制技术

3.1 环境抑制技术

3.1.1 环境阻隔

环境阻隔技术一般以表面防护技术为主，包括表面碳氮共渗、阳极氧化、电镀、化学镀、涂覆有机/无机涂层及其他长效绿色防护工艺等[6-9]。其核心是在装备表面生成一层阻隔物质(涂层、镀层、膜层等)，将装备与环境物理隔绝，阻断或减缓环境腐蚀效应。一旦阻隔物质发生破损或脱落，装备将再次暴露在环境中。因此，环境阻隔的好坏一般主要取决于表面防护层的防护效能与耐久性。

3.1.2 微环境控制

微环境控制技术就是当装备不可避免需要接触环境时，在一定范围内对其周围环境进行控制，减轻环境对装备的腐蚀性。如军需品仓库一般要求将温度控制在30℃以下，相对湿度控制在70%以下；精密电子器件包装箱(袋)内充惰性气体或抽真空；履带式加榴炮则采用炮衣进行缓蚀防护包装与封存等。图3为控制局部环境湿度的美军M1坦克。

图3 局部环境控制的美军M1坦克

3.2 增强装备耐蚀品质

3.2.1 材料优选

材料不同，其腐蚀抗性差异很大。装备在设计阶段进行材料选择时，既要考虑力学特性能满足结构和强度的要求，更要针对特定的服役环境，考虑抗环境腐蚀能力强的材料，有效减少因选材不当造成局部腐蚀、均匀腐蚀、材料不相容性等问题。要掌握拟选材料的腐蚀倾向性、环境与应力腐蚀敏感性。

选材不当会引发严重后果，如某型飞机因铝合金严重剥蚀，致使腹板截面有效厚度下降，导致在未达设计使用寿命而提前断裂[10]，如图4所示。

图4 某型飞机XX框腐蚀断裂

3.2.2 耐蚀结构设计

装备的环境腐蚀效应与其结构也有着密切关系。良好的防腐蚀结构设计可以有效减缓环境因素对装备的腐蚀效应，不当的结构可能会加剧腐蚀的发生和发展。结构设计中，应避免出现应力腐蚀、接触腐蚀、微生物腐蚀敏感区，以及避免出现易引起液态或气态腐蚀介质浸入、聚集、凝露等的结构缺陷[11-13]。主要的防腐蚀结构设计有：

防潮排水设计：采用较好的密封设计，如湿装配、密封铆接、水密设计等，防止水介质进入；在易积水位置设置排水孔，保证排水孔处于积水部位的最低处，防止液体水的滞留；合理设计通风结构形式，防止气态水的滞留，降低湿润时间。

抗电偶腐蚀设计：异种材料连接时，若不采取特殊设计，一旦遇到腐蚀介质，异种金属接触处产生电偶腐蚀，电位较低的金属(阳极)腐蚀速度增加；大阴极、小阳极的结构设计也会加速阳极的腐蚀。因此，设计时应避免出现大阴极对小阳极结构；连接处采取绝缘措施或利用表面技术隔离腐蚀环境，如绝缘橡胶 、尼龙布、有机涂层等；采用密封连接，既防止电偶腐蚀，也消除缝隙。图5为典型异种金属连接结构电偶腐蚀照片。

图5 典型异种金属连接结构电偶腐蚀

防缝隙腐蚀和腐蚀疲劳设计：或拓宽缝隙、或填塞缝隙、或改变缝隙位置以防止介质进入；避免使用时产生的应力、装配应力和残余应力叠加作用；尽量避免零件结构设计有应力集中和局部受热部位，设计时避免尖角；加大危险截面处的局部强度，合理地控制材料的最大允许应力。

3.2.3 电化学保护设计

对大型装备，如舰船船体、桥梁、地下管线等而言，除以上环境腐蚀效应抑制技术外，比较典型的有电化学保护技术。电化学保护技术主要包括牺牲阳极保护和外加电流阴极保护技术[14]。

牺牲阳极保护法与抗电偶腐蚀设计中的避免出现大阴极对小阳极结构的原理基本相同，是将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为阴极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为阳极就可以避免腐蚀。一般使用铝合金、镁合金、锌合金等低电位金属材料作为阳极。

外加电流阴极保护是通过外部电源改变周围环境的电位，使需要保护的装备的电位一直处低于周围环境电位而成为阴极，这样需要保护的装备就不会失去电子而发生腐蚀。外加电流阴极保护主要用于保护大型设备或者在土壤电阻率比较高的环境。

3.3 装备的维护、保养与维修

3.3.1 维护与保养

装备生产完成后其自身的耐蚀品质基本确定。抑制装备的环境腐蚀效应除了控制其所处的外部环境外，还可采取定期检查、监测、清洗、涂油、喷洒缓蚀剂、防护涂层/密封剂修补等措施，建立适宜的维护、保养程序和方法，强化日常使用中的腐蚀防控意识，预防腐蚀的出现。

3.3.2 腐蚀维修

装备在使用和贮存过程中应定期检查，尽早发现环境腐蚀，视环境腐蚀损伤程度及时采取腐蚀产物清除、防护涂层修补等措施，控制腐蚀的发展。也可进行零部件替换，满足规定期限内装备的安全可靠使用要求，延长装备的使用寿命。良好的腐蚀维修处理可以最大程度发挥装备的效能，节约资源与费用。如美国民兵Ⅲ型洲际弹道导弹服役至今已长达半个世纪，其超长寿命正是有赖于持续的环境损伤监测与腐蚀维修控制[15]。

4 结束语

装备在服役过程中，与环境相互作用产生环境腐蚀效应是不可避免的。但只要认识和掌握了环境与装备相互作用的原理、性能演变规律，就可以通过优选材料和工艺、采用抗环境腐蚀结构设计、控制局部环境、科学维护和保养，抑制或削弱环境对装备的不利影响，保障装备好用、管用、耐用、适用。

[1] MIL—STD—810G Environmental Engineering considerations and laboratory tests[S].

[2] DEF—STAN 00—35 Environmental Handbook for Defence Materiel[S].

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[15]梁保俊.美国民兵导弹发动机的老化监视计划[J].中国航天，1982(5):31-37.

(责任编辑 杨继森)

Environmental Corrosion Effect and Control Techniques for Materiel

ZHANG Hao-yue1, ZHANG Fei-yue1, ZHONG Yong2, ZHANG Lun-wu2

(1.Chongqing Yucai Chenggong School, Chongqing 400050, China; 2.Southwest Technology and Engineering Research Institute, Chongqing 400039, China)

From the point of view of environmental characteristics and military demands in our country,the environment was confronted with and the environment corrosion effects and its harmful for materiel were analyzed.To improve materiel environmental worthiness,the engineering methods of how to control the environment corrosion effects,from controlling the local environment,enhanced ability of corrosion resistance and strengthen the maintenance,were summarized.

materiel; environmental corrosion; control technique；environmental worthiness

2016-11-04；

2017-02-17 通讯作者：钟勇(1990—)，男，高级工程师，主要从事产品环境试验与评价技术研究。

10.11809/scbgxb2017.03.040

format:ZHANG Hao-yue,ZHANG Fei-yue,ZHONG Yong,et al.Environmental Corrosion Effect and Control Techniques for Materiel[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(3):180-182.

TB304

A

2096-2304(2017)03-0180-03

张皓玥,张菲玥,钟勇，等.装备的环境腐蚀效应抑制技术[J].兵器装备工程学报，2017(3):180-182.