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戰機航母也會生銹,各國軍隊如何修煉“金剛不壞身”?

2019-06-02 14:25 編輯:TF010 來源:北京晚報

我們日常生活中常遇到金屬材料生銹的問題,高大上的戰機和航母也會生銹嗎?答案是肯定的。面對“銹魔”,武器裝備里的金屬同樣不能幸免。近日,美國海軍發布消息稱,正在研究一種“富鋁底漆”,可以保護艦載機。對抗“銹魔”,各國軍隊有何招數?

“銹魔”源頭

金屬制品生銹,在日常生活中很常見。我們家用的菜刀、鐵鍋等鐵器是最普遍的例子。雖然武器裝備在制造時往往更加注重質量,但裝備的使用環境也更加惡劣,這就給了“銹魔”以可乘之機。

金屬生銹,更正規的稱呼是金屬腐蝕。從科學角度上講,就是金屬被氧化了。例如最常見的鐵銹,就是單質鐵被氧氣所氧化,生成三氧化二鐵。此外,單質鐵還可能與氧氣、水等生成氫氧化鐵、氫氧化亞鐵等堿。這些化合物的結構強度比單質鐵差得遠,所以用刀一刮,就紛紛掉落。更慘的是它們還具有一定可溶性,沾水后會生成離子。一句話,原本手拉手緊密連接的金屬原子們,成為四分五裂的松散團體,當然會嚴重影響性能了。

除了鐵之外,其他的金屬材質,比如銅、鋁、銀等,也都會發生不同程度的銹蝕,只是一般不如鐵嚴重。

金屬銹蝕的途徑通常包括化學腐蝕、電化學腐蝕和生物腐蝕等。其中,化學腐蝕是指金屬原子直接和周圍的其他介質比如氧氣、水等產生化學反應,把金屬單質變成化合物;而電化學腐蝕是指金屬中本身含有雜質或其他合金,同時周圍存在電解質溶液,于是兩者發生了電極反應,其腐蝕速度更快;生物腐蝕則是指接觸金屬的生物(通常是微生物,也可能是動植物)因為生理活動,如啃咬、摩擦、繁殖等,導致金屬腐蝕。

銹蝕從微觀層面上,使得金屬材料的強度、塑性、韌性等下降;從宏觀層面上,破壞了金屬構件的幾何形狀,這就會增加零件間的磨損。此外,銹蝕還會使得器件的性能下降,縮短設備的使用壽命,甚至造成災難性事故。

武器飽受銹蝕折磨

冷兵器時代,士兵用銅鐵制作的鎧甲、刀劍,發生銹蝕是很普遍的。在一些影視作品中,我們可以看到士兵們閑暇時,常會擦拭刀槍,把上面的銹斑擦掉。

進入熱兵器時代,軍工技術提升,對武器的防護更加重視,但同時對武器本身的使用強度和精度的要求也在提高。比如核潛艇要深入數百米大洋,坦克要在原野上奔馳……時至今日,世界各國的武器裝備都飽受銹蝕的折磨。以美軍為例,美國擁有優勢海軍,可是各大洋富含水分和鹽分的海風也無情地向美軍的戰艦進攻,在龐大的戰艦上啃噬出累累銹痕。尤其是美國海軍的艦載機掠過如山的浪濤,不斷與帶著咸味的海洋大氣劇烈摩擦。由此產生的戰機銹蝕問題,使得美國海軍每年花費30多億美元,占整體維修費用的28%。為了消除銹蝕的影響,美國海軍戰機每年必須停飛57天。

被海風吹過的艦載機這么慘,成天泡在海水里的戰艦就更不必說。美軍龐大艦隊的防銹花費歷來是天文數字。2016年末第一艘新式頻海戰艦LCS-1上岸整修時,從照片上就能看出防銹漆成片脫落。此外,美軍的退役功勛戰艦——密蘇里號戰列艦,今年進行系統修復,耗資數百萬美元,其中很重要的一項工作就是處理銹蝕。維修將對1100平方米的艦體進行噴砂和粉刷處理,另外更換大約3.6噸的鋼制構件。密蘇里號戰列艦紀念館主席說,銹蝕是一直困擾這艘歷史名艦的一大問題。

2017年德國媒體報道,德軍因為經費缺乏,潛艇都在港口內生銹。2018年英軍公布的照片中,法國海軍索姆號補給艦銹跡斑斑,在接受補給的英軍護衛艦身側,像艘乞丐船一樣,有人懷疑這是故意在“黑”法國人。而經濟欠發達的俄羅斯海軍更慘。蘇聯時代留下來的龐大海軍,除了報廢、出售,其余艦只大多年久失修、銹跡斑斑。關于俄羅斯戰艦的生銹圖,在互聯網上可謂比比皆是。

更慘的還有烏克蘭,因為深陷內戰,部隊裝備每況愈下。一方面,烏克蘭右翼政府的軍隊被迫將已經服役半個世紀甚至更久的卡車、自行火炮等重新提出來裝備,還從約旦等國回購自己先前出口的裝甲車輛。這些武器身上的銹痕簡直慘不忍睹。

絕招一:特種材質

在制造武器的材料中,不同的金屬材質對銹蝕的抵抗力是不一樣的。鐵在金屬中算是很容易生銹的,而且一旦生銹,造成的損失也大。相對而言,銅、鋁、銀等金屬不那么容易生銹。因此對抗銹蝕的第一個招數,就是選用不容易銹蝕的材料。

例如,士兵們常用的子彈殼,很多國家采用銅,就是因為銅比鐵相對不易生銹,“黃銅子彈”因此成為很著名的配置。但是也有些國家,如二戰中的德國,會在鐵殼外加一層銅,同樣可以抵御銹蝕。

除了選用銅等抗銹蝕金屬外,另一種思路是往鐵中加入其他金屬,形成合金。例如誕生于一個世紀前的“不銹鋼”,其對銹蝕的抵御能力相當強。

這些特種材質里面,最為出色的要數俄羅斯的AK系列鎳鉻鈦合金鋼。這款合金鋼材不但能有效抵抗海水的腐蝕,而且其強度很高。一般而言,大型遠洋船只所用的鋼材,需要承受約250M帕的壓強,普通軍艦需要承受300M帕的壓強;而航母所用的鋼材,因為需要承受戰機起降,需要承受的壓強比這個數字翻了一倍以上,而AK系列鎳鉻鈦合金鋼則能承受850M帕以上的壓強不變形。“遼寧艦”長途跋涉從黑海到達渤海,雖然累經風浪,但其銹蝕情況尚在可控。

絕招二:涂層保護

無論是飛機、戰艦這種動輒數十噸乃至成千上萬噸的巨無霸,還是槍械等動輒裝備數萬部的普及軍品,如果完全靠防銹材質來解決問題,經濟上、工藝上的壓力都很大。因此更為普遍的方法,是加防銹膜。

當代軍用設備,在出廠后,往往要加多層鍍膜。以坦克和戰機為例,通常第一層就是防銹膜,直接鍍在金屬主體材質的外面。剛出廠的坦克、戰機都是閃亮的,這就是車體、機體本身的鋼鐵或鋁合金的顏色。不過這種亮閃閃的色彩雖然漂亮,要是就這么暴露在空氣中,沒多久就會黯然失色。所以,要給亮閃閃的金屬外面涂上防銹層。

現代的防銹涂料種類很多,比如紅丹、鐵紅酚醛、鐵紅醇酸等等。不同種類的防銹涂層,不但化學成分不同,物理特性、適宜金屬也不同。不過大部分的防銹涂層顏色都偏暗淡。我們看到坦克、飛機在運輸過程中,往往都是土黃色、暗紅色。然后,在防銹涂層的外面,再加上其他的功能涂層,例如迷彩涂層、隱形涂層、隔熱涂層等。

美軍在過去使用含六價鉻的鉻酸鹽底漆作為飛機的涂層,在空軍和海軍飛機中廣泛使用。但是,六價鉻雖然具有很強的抗腐蝕能力,同時又是一種致癌物質,對人體和環境都有害。為此,美軍開始謀求新的涂料來代替。這就是文中開頭提到的“富鋁底漆”,也就是包含特殊鋁合金的底漆。富鋁底漆最大的優勢是不含六價鉻,對軍人和環境都更友好,因此基本可以替代目前應用鉻酸鹽底漆的場景。

絕招三:勤洗勤換

無論是選用防腐蝕性強的材質,還是選擇優質的涂層,歸根結底都只能延緩而不是完全杜絕銹蝕的發生。而金屬的銹蝕是一個漸進的過程,那么另一種更具普適性的解決方案就出現了:打斷這個漸進過程,這就是所謂的“勤洗勤換”,即把造成銹蝕的物質從武器設備中清洗出去,和個人勤洗澡換衣服的道理差不多。

一般而言,武器裝備的日常維護清理包括兩方面。一是清洗掉裝備上攜帶的可能引起腐蝕的雜質,二是對于已經造成的損害進行修補。以飛機為例,美軍規定,戰機降落后必須進行及時的全身清洗作業,稱為“鳥浴”。洗掉附著在機身上的腐蝕性雜質,包括帶有酸堿性的廢氣、鹽分,以及可能磨損飛機外表面的砂石等小顆粒。要給翼展十多米、重達十多噸的飛機洗澡可不是件容易事,過去美軍以手動操作噴洗,把地勤人員累得半死。現在美軍在臨近海邊的機場跑道安裝了一種自動淋雨裝置,類似于自動洗車設備。這種設備可以在2分鐘內洗完一架飛機。

當然,以上僅僅是最簡單的保養。如果裝備本身已經有一定銹蝕,那么處理就不能一洗了之。比如坦克如果已經生銹,需要先進行“噴砂”,即磨去其外面殘缺不全的涂層,也磨掉原有的銹蝕。把坦克恢復成銀光閃閃的“裸體”后,再修復補平車體磨損嚴重的部分,然后趁新的氧化層形成前,趕緊重新涂上防銹底漆,最后再涂外在涂層。如果貪圖省事,僅僅在銹蝕外面重新涂刷新的防銹涂層,等于把大片銹蝕封在了涂層里面,會導致銹跡直接在涂層內部擴大。

 

 

來源:北京晚報 楊益

編輯:tf10

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