島嶼環境下車輛金屬材料的腐蝕及防護對策研究

徐安桃，李錫棟，周慧

（陸軍軍事交通學院，a. 投送裝備保障系；b. 學員五大隊研究生隊，天津 300161）

隨著中國海洋強國戰略的提出，海洋的重要性日益提升，而島嶼作為海洋中一種特殊的地理環境，其地位和作用也受到越來越多的關注。我國南部沿海島嶼作為祖國的南大門，其重要性不言而喻，維護南海諸島的權益是我軍肩負的最重要使命[1-2]。南海諸島正處在典型的亞熱帶海洋性氣候區，高溫、高濕和高鹽霧是該區域大氣環境的主要特點，使得部署在島嶼上的軍用武器和裝備受到腐蝕的影響很大[3-4]。車輛裝備作為一種特殊的作戰單元，不僅承擔著運輸和保障任務，更是眾多武器裝備的運載和作戰平臺。因此，研究我國南部島嶼環境下車輛裝備腐蝕行為具有極其重要的意義。

1 國內外島嶼環境腐蝕研究現狀

1.1 國內研究情況

長期以來，我國在設計、制造和生產常規武器裝備方面，主要在以本土防衛作戰的戰略原則的指導下完成，主要參照的大氣基礎環境為大陸性氣候環境，因而忽視了那些部署在我國東南沿海熱帶、亞熱帶地區島嶼環境條件下的武器裝備，因受到嚴酷海洋大氣環境的影響而產生嚴重腐蝕的問題。這勢必會影響到我國在南部沿海地區戰略目標的實現。近年來，隨著島嶼海洋大氣環境下腐蝕問題的不斷出現，國內相關學者開始將目光聚焦在島嶼環境下裝備腐蝕問題的研究上。

劉孝國[5]等研究了熱帶海島地區主要的氣候熱點以及影響兵器腐蝕的主要因素，針對我國常規兵器在熱帶海島地區的腐蝕問題，分析了熱帶島嶼環境下常規兵器腐蝕特點和損傷類型，闡明了我國常規兵器防腐蝕技術應用情況。我國雖然已提出了“兩南”的戰略方針，但是在重大裝備研制的過程中缺少對未來戰爭環境條件應有的預測，并沒有提出有效的克服熱帶海島地區腐蝕問題的技術方案，也沒有提出對于強熱帶海島地區用常規兵器腐蝕問題的建議及應對對策。李良春[6]等針對海島部隊彈藥腐蝕的具體情況，總結出了影響彈藥腐蝕的自然誘因和協同誘因，在防腐模式和包裝技術方法上提出了創新理論，設計了“雙重設防、外阻內吸”的防腐蝕結構方案，并指出并行防腐包裝技術將成為我軍在海島進行彈藥防腐的重要模式，提高我軍在海島地區彈藥保障能力，為島嶼的局部戰爭提供有力的支撐。杜仕國[7]等研究了作為彈藥主要金屬元件的 D60鋼在熱帶海島地區的腐蝕行為，通過模擬熱帶海島環境高輻射、高鹽霧的條件，在實驗室進行 D60鋼的腐蝕試驗，并利用紅外光譜法對試驗產生的腐蝕產物進行分析。結果表明，隨著腐蝕的進行，腐蝕產物也產生相應變化，從腐蝕初期的γ-FeOOH和δ-FeOOH，到中期出現α-FeOOH，后期又衍變成 Fe3O4，加入 NaCl鹽粒將會加速基體金屬的腐蝕過程。

雖然熱帶島嶼環境下的腐蝕問題已經引起我軍重視，但是，研究大多集中在常規兵器和彈藥，沒有覆蓋到所有裝備，而且防腐蝕技術匱乏。因此，針對島嶼環境下的腐蝕問題，我軍應該高度重視，積極研究新的島嶼防腐蝕技術，完善防腐蝕制度和體系。

1.2 國外研究情況

腐蝕問題一直是外國學者研究中的一項重點工作，為應對腐蝕問題，美國國防部成立了有專人負責處理美軍腐蝕防控工作的領導機構。通過調查顯示，近5年，美軍在武器裝備腐蝕防控領域投入的年度資金均在200億美元以上，2014年共投入219億美元。由此可見，美軍對于腐蝕問題十分重視。對于熱帶島嶼腐蝕問題，美軍也作了相關的研究。

在2004年，美軍在夏威夷群島地區針對車輛裝備和武器系統所使用的金屬材料進行腐蝕行為研究。此研究由美國陸軍坦克自動化與武器司令部（TACOM）發起，并在環太平洋地區腐蝕項目（PRCRP）的支持下，開展為期3年的海洋大氣暴露實驗，并于2007年6月得到第一批實驗結果。實驗結果表明，雖然實驗室測試結果與實際環境有一定的相關性，但是傳統的汽車加速腐蝕試驗指標不足以完全評估車輛裝備在沿海島嶼情況下的腐蝕行為。另一項研究來自美軍十年世界軍事操作環境腐蝕檢測總結結果：美軍在紐約長島地區利用腐蝕傳感器研究了軍用飛機腐蝕速率與清洗時間間隔的關系。長島地區三面環海，屬于典型的島嶼大氣環境，氣候環境惡劣。研究表明，腐蝕傳感器可以提供一個“硬性”的指標，來確定軍用飛機的清洗時間間隔。這對于軍用飛機在長島海洋大氣環境下的維護與保養具有重要意義。

美軍對于車輛裝備腐蝕問題研究起步較早，腐蝕控制組織機構比較完善，我軍應學習和借鑒美軍先進的防腐蝕技術和手段，更好地解決我軍車輛裝備的腐蝕問題。

2 我國南部島嶼環境的特點

我國南部沿海諸島正處于亞熱帶海洋性氣候區，其主要特點為高溫、高鹽霧和高輻射，屬于典型的嚴酷大氣腐蝕環境。以南海四大群島之一的西沙群島為例，其年平均溫度約為27 ℃，全年符合濕熱帶標準的天數有7個月，一年中無明顯的四季區別。由于雨量充沛，因此其全年平均相對濕度達77.4%，年表面潤濕時間為5000～6000 h/a，屬于ISO等級中的τ4等級[8-9]。南海諸島地屬低緯度，由于距離赤道比較近，因此，太陽投射角度大，光照充足，早晚區別不大，年日照時間在 2600 h 左右，太陽輻射量高達 1600 MJ/m2。此外，由于四面環海，島嶼環境下 Cl－沉積速率較高，年平均沉積速率達112.68 mg/(m2·d)，屬于 ISO中的 S2等級[9]。由此可見，我國南部沿海諸島，地理位置特殊，氣候環境惡劣，部署在島嶼上的軍事裝備將受到嚴酷大氣環境的挑戰。

3 車輛腐蝕情況分析

3.1 日常訓練狀態

車輛裝備作為一種最廣泛、數量最多的基礎作戰單元，是開展日常軍事訓練的重要載體。隨著南海局勢的日益緊張，軍事訓練也變得常態化，島嶼上部署的車輛裝備在軍事訓練中將面臨嚴重的腐蝕挑戰。其中高輻射和高鹽霧是影響日常訓練狀態下車輛裝備腐蝕的重要因素。島嶼環境中的強輻射是車輛裝備表面涂層老化的主要影響因子，紫外線的能量足以破壞涂層的化學鍵，導致有機涂層中產生過氧化物和親水小分子，引發涂層的老化和失效。島嶼由于四面環海，空氣中鹽霧的含量常年居高不下，并且風力越大，距離海岸空氣中的鹽霧含量越高。鹽霧是一種電解質，可以潛入到車輛裝備零件內部，形成局部腐蝕原電池，直接造成車輛裝備的腐蝕[11]。其次，車輛的訓練過程中，受到風力和降水的侵蝕，這對于車輛裝備的腐蝕影響也不容忽視。

3.2 泛水狀態

海水是島嶼環境下車輛裝備面臨的一種最常見的腐蝕環境，由于作戰和訓練的需要，車輛要面臨泛水作業，此時腐蝕問題也隨之而來。海水是一種含鹽濃度很高的電解質溶液，是以一種天然的腐蝕劑介質，海水中大量的鹽粒子，沉積在車輛破損處的金屬表面，海鹽進一步吸水潮解，促使金屬進一步腐蝕。車輛裝備在在泛水過程中，由于潮汐的作用，不斷受到海水的沖擊和拍打，使得車輛表面涂層因應力而產生疲勞。海水中夾雜著微生物和污染物，附著在車輛表面，使車體產生局部腐蝕，進一步加速車輛的腐蝕進程。因此，海水是車輛裝備泛水作業狀態下主要的腐蝕因素。

3.3 貯存狀態

部署在島嶼上的車輛裝備除訓練和作戰外，大多數時間處于貯存狀態，但由于島嶼惡劣的大氣環境，使得車輛裝備的關鍵部位受到腐蝕的影響依然很大。其中高溫和高濕是影響貯存狀態下車輛裝備腐蝕的重要因素。南海諸島地處熱海洋帶氣候區，常年高溫，而高溫對于車輛表面金屬及涂層的影響極大，溫度越高，化學反應速率越快，金屬及涂層老化過程越發劇烈。實驗表明，溫度每升高10%，腐蝕速度約提高1倍。此外，南部島嶼地區氣候潮濕，車輛在貯存狀態下，車體表面會覆蓋一層水膜。隨著時間的推移，水膜將通過各種缺陷滲入涂層，使涂層產生膨脹和收縮，并最終導致涂層失效脫落。因此，高溫和高濕是車輛貯存狀態下產生腐蝕的主要因素[12]。

4 島嶼環境下車輛裝備防腐對策

4.1 實時監控車輛裝備腐蝕狀態

腐蝕是一個微觀而且緩慢的化學進程，但其對于車輛裝備壽命的影響卻是巨大的。車輛裝備腐蝕初期，通過肉眼很難發現腐蝕問題的存在。當出現宏觀腐蝕問題時，問題已經十分嚴重，此時進行補救措施為時已晚。因此，實時監控車輛裝備的腐蝕狀態是十分有必要的。目前，比較成熟的腐蝕檢測技術有：電阻探針、線性極化探針、交流阻抗探針和超聲檢測等[13-16]。通過對車輛腐蝕狀態的監控，實時了解車輛腐蝕進程，并對腐蝕情況進行分析評價，采取“適情維修”的防護措施，不僅可以節約腐蝕成本，提高工作效率，更能有效地解決車輛裝備腐蝕問題。

4.2 采用新的涂層技術和材料

在車輛裝備表面涂裝涂層是隔絕環境中腐蝕介質侵蝕的最直接方式。島嶼環境下，高鹽霧和高輻射是影響車輛表面涂層防護性能的主要因素，大多數涂層在設計之初，并沒有考慮到島嶼環境的特殊性，涂層在島嶼大氣的侵蝕下失效較快。因此，針對島嶼環境的特點，采用新的涂層技術和材料是非常重要的。目前，應用前景較好的涂層技術有熱噴涂技術和納米材料技術[17-18]。應用熱噴涂技術可以大大提高車輛關鍵部件的防腐蝕能力，延長部件的壽命，野戰淋浴車等特種裝備應用熱噴涂技術后防腐能力大幅提升，反饋良好。納米材料技術是將納米粉體以一定比例添加到涂層中，從而提高涂層抗輻射能力，使車輛表面涂層免受輻射的侵害。

4.3 采取陰極保護

針對島嶼環境下車輛裝備需要泛水作業的狀況，可采用電化學陰極保護法減緩海水對車輛造成的腐蝕。目前，比較常用的陰極保護方法有犧牲陽極的陰極保護法和外加電流法[19]。對于車輛裝備的使用情況而言，外加電流法相對復雜，更適合犧牲陽極保護法。犧牲陽極保護法是利用不同金屬的化學活潑性質不同，采用更活潑的金屬如鋁及鋁合金作為陽極與需要保護的金屬相接，形成宏觀腐蝕電池，通過犧牲陽極金屬來實現對車輛關鍵部位的保護。陰極保護法不僅技術可靠，而且操作簡便，可以有效地抑制局部腐蝕，減緩海水對車輛裝備的腐蝕。

4.4 科學封存車輛裝備

對于島嶼環境下車輛裝備的貯存，應盡量避免露天存放，并采取科學嚴格的封存保護，以減緩車輛裝備的腐蝕速度。封存之前應對車輛裝備進行清潔和保養，對附著在車輛表面的污染物徹底清理，及時修補車身破損處的漆面。為提高封存效果，可以采用整裝封存和局部封存相結合的方式，對與車輛裝備關鍵部位及零部件進行局部防腐蝕處理。盡管如此，腐蝕是不可避免的，因此應根據車輛裝備腐蝕狀態，及時對車輛裝備進行保養和補封。