航空母艦 （ 航母 ）——作為海上大型軍艦、路上機(jī)場(chǎng)航站、空中飛機(jī)的集合體，海空力量的融合體，發(fā)展至今，航空母艦已是現(xiàn)代海軍不可或缺的武器，也是海戰(zhàn)最重要的艦艇之一。

    航空技術(shù)發(fā)展在很大程度上依賴(lài)于材料進(jìn)步，“一代材料、一帶裝備”是材料推動(dòng)航空技術(shù)進(jìn)步的真實(shí)寫(xiě)照。

    航母是一項(xiàng)復(fù)雜的巨系統(tǒng)工程，包括船體、動(dòng)力設(shè)備、管路及附件設(shè)施、甲板、電力設(shè)備、船艙以及艦艇、戰(zhàn)斗機(jī)等裝備。因此，所使用的材料種類(lèi)繁多，工作環(huán)境復(fù)雜，腐蝕破壞因素急劇增加。

    航母服役環(huán)境極其苛刻

    腐蝕環(huán)境特點(diǎn)如下：

    （1）風(fēng)高浪大，海況險(xiǎn)惡；

    （2）海洋環(huán)境溫差大、高濕、干濕交替、高鹽霧等加速了材料老化、腐蝕進(jìn)程；

    （3）海水、泥沙、油氣、酸、堿、輻射等腐蝕介質(zhì)種類(lèi)多，水、液、氣、海生物共同作用；

    （4）遭受波浪碰擊、沖擊、振動(dòng)、熱偏移、船貨漂移、飛機(jī)起落、武器反沖擊以及機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)載荷等多種載荷共同作用。

    腐蝕是影響材料長(zhǎng)期性能的最重要因素。一個(gè)系統(tǒng)的腐蝕失效故障有可能影響全艦功能的發(fā)揮。然而，對(duì)于航母來(lái)說(shuō)，腐蝕控制是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

    航母材料腐蝕防護(hù)及控制特點(diǎn)

   （1）腐蝕環(huán)境多樣，防護(hù)要求高，防腐設(shè)計(jì)難度大

   （2）材料選擇系統(tǒng)組成復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量多，腐蝕故障影響大
   
   （3）艙室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，防腐施工空間小，修理難度大材料是推動(dòng)航母技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

    材料的性能水平高低很大程度上影響各個(gè)系統(tǒng)的功能，進(jìn)而決定了航母的性能水平。因此要求航母用材料必須具有高強(qiáng)度、高韌性，抗海水腐蝕，防磁耐高溫和耐沖擊能力，抗微生物腐蝕，高止裂性能等。

    目前，一系列高性能先進(jìn)材料在航母關(guān)鍵部件中廣泛應(yīng)用，推動(dòng)著航母工程的發(fā)展，包括：

    1、特種合金鋼

    2、先進(jìn)鈦及鈦合金

    3、單晶高溫合金

    4、先進(jìn)復(fù)合材料（鈦合金復(fù)合材料、樹(shù)脂基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、陶瓷及納米熱障涂層等 ）

    5、甲板防滑、防腐涂料等。

    美國(guó)航母用特種鋼

   （1）HY 系列鎳 - 鉻 - 鈦合金鋼，耐蝕性、強(qiáng)度、焊接性、成型性與機(jī)加工性?xún)?yōu)異，如 HY-80、HY-100 鋼，是制造航母、核潛艇最佳鋼材。

   （2）HSLA 系列高強(qiáng)度、高韌性結(jié)構(gòu)鋼。HY-80 鋼用于建造大型水面艦艇，如驅(qū)逐艦、巡洋艦和航空母艦等，尼龍茲級(jí)核動(dòng)力航母主要結(jié)構(gòu)材料之一。

   （3）HSLA-100、HSLA-115 鋼，HSLA-100 是一種低碳、銅沉淀強(qiáng)化尖端低合金鋼。已應(yīng)用于美國(guó)新建航母殼體和核潛艇，核動(dòng)力航母“斯坦尼斯”

    號(hào) （CVN-74），以及航母 CVN-78 的飛行甲板。

    俄羅斯 AK 系列鎳鉻加鈦合金鋼，堪稱(chēng)世界上屈服強(qiáng)度最高的材料，可達(dá)1000MPa，可用來(lái)制造航母和深潛核潛艇。

    航母用特殊材料

    航母用鈦及鈦合金

   （1）其高強(qiáng)度、可焊性和耐腐蝕性廣泛應(yīng)用于核潛艇、深潛器等艦艇結(jié)構(gòu)設(shè)備 ;

   （2）抗空泡剝蝕和耐疲勞性能優(yōu)異，如Ti75合金等，廣泛應(yīng)用于螺旋槳、往復(fù)式鹽水泵 、舷側(cè)雙座雙球閥閥桿材料；

   （3）比其他合金更優(yōu)異的耐海水蝕性能，高比強(qiáng)度、低密度，廣泛應(yīng)用于傳熱管、冷卻管 ;

   （4）抗海水、Cl - 及高溫下應(yīng)力腐蝕。如 Ti31 鈦合金等，廣泛應(yīng)用于冷卻器、換熱器、管路等，鈦換熱器污堵系數(shù)僅為 0.95 ～ 0.99。

    單晶高溫合金

    單晶高溫合金憑借其蠕變強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度、抗氧化性能和抗腐蝕特性，廣泛應(yīng)用于渦輪葉片、渦輪盤(pán)等結(jié)構(gòu)材料中。

    碳纖維復(fù)合材料

    碳 / 碳復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、模具高、比強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐熱沖擊和耐腐蝕等優(yōu)異性能，是世界戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)國(guó)家為未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件研究和發(fā)展的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。美國(guó)已經(jīng)將碳 / 碳復(fù)合材料應(yīng)用于 F100 發(fā)動(dòng)機(jī)的加力燃燒室噴嘴，還計(jì)劃將其應(yīng)用于 F119 發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噴管 ; 法國(guó)已經(jīng)將它應(yīng)用于 M53 發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室的噴油桿、隔熱屏和調(diào)節(jié)片。目前，人們正在研究和解決其高溫抗氧化性能差的問(wèn)題。

    陶瓷熱障涂層

    陶瓷基復(fù)合材料具有低密度、耐高溫、耐腐蝕和耐燒蝕等優(yōu)點(diǎn)，耐溫高達(dá)1370 ～ 1480℃，是戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室/ 加力燃燒室火焰筒、渦輪轉(zhuǎn)子 / 靜子葉片、加力燃燒室火焰穩(wěn)定器、排氣噴管調(diào)節(jié)片等部件的極好候選材料。目前，金屬纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)的陶瓷基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于 M53 和 M88 發(fā)動(dòng)機(jī)上。

    第 4 代陶瓷熱障涂層以及第 5 代納米熱障涂層也逐步替代等離子噴涂涂層成功應(yīng)用在戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片等高溫部件上，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外超級(jí)熱障性能，如JT9D 戰(zhàn)斗機(jī)。

    航母甲板防滑防腐涂料

    飛行甲板涂料不但要承受艦載機(jī)尾鉤的沖擊和阻攔索的研磨，飛機(jī)、車(chē)輛和人員的碾壓，還要遭受潮濕鹽霧的海洋大氣環(huán)境侵蝕，以及甲板清潔劑與油污的腐蝕。

    近年來(lái)，國(guó)外開(kāi)展了非晶態(tài)金屬基涂料、高耐久性防滑涂料、單層快干防滑涂料等多種新型防滑涂料的研究工作，以期進(jìn)一步提高防滑涂料的耐腐蝕、抗高溫等性能，減少使用維護(hù)工作量。

    DARPA 開(kāi)發(fā)出耐高溫抗沖擊防滑涂料可解決 MV-22“魚(yú)鷹”運(yùn)輸機(jī)和未來(lái)F-35B 聯(lián)合攻擊機(jī)在兩棲艦飛行甲板起降時(shí)艦載機(jī)高溫尾流噴射帶來(lái)的甲板變形問(wèn)題；海軍研究實(shí)驗(yàn)室 （NRL） 正致力于開(kāi)發(fā)出更長(zhǎng)壽命、耐高溫的下一代非環(huán)氧類(lèi)防滑涂料；美國(guó)奧斯汀公司新推出一種利用玻璃纖維加強(qiáng)“抓牢”防滑復(fù)合材料，含有韌化劑，不含易揮發(fā)的有機(jī)化合物，也不含毒劑和致癌化合物，主要用于起降落區(qū)。“抓牢”涂層可承受 15000 次阻攔著艦。

    石墨烯防腐涂料

    隨著石墨烯的火熱，石墨烯防腐涂料也逐漸出現(xiàn)在了人們面前。雖然還沒(méi)應(yīng)用到航母這種超大型軍事裝備上，但目前已大規(guī)模應(yīng)用于海船、海上風(fēng)電塔筒等海上設(shè)備的防腐。這種新型防腐涂料填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外將石墨烯運(yùn)用于防腐領(lǐng)域的空白。石墨烯作為人類(lèi)已知最硬、最薄的納米新材料，相信在不久后，其防腐涂料就能大規(guī)模應(yīng)用到航母等大型軍事裝備的防腐領(lǐng)域。

    案例：艦載機(jī)腐蝕防護(hù)

    米格 29-K 艦載機(jī)采用高防腐蝕性的海軍 RD33K 發(fā)動(dòng)機(jī)，采用無(wú)煙燃燒室和一種新型抗腐蝕蒙皮，并增加可折疊的空中受油裝置。

    美國(guó)著名的F-14“雄貓”艦載戰(zhàn)斗機(jī)、FA-18 機(jī)身均采用高抗腐蝕涂層。美國(guó)也用了多種材料防止飛機(jī)腐蝕，其中例如采用鋁皮包減少腐蝕趨向，改善涂層附著力。使用卓越彈性和耐久性的聚氨酯面漆。聚硫化物密封劑和鉻酸鹽底漆被用于連接表面和鏈條密封，以減少水侵入。

    如何讓航母行得更遠(yuǎn) ?

    （1）加大新材料的研發(fā)力度，提高結(jié)構(gòu)材料、管路材料的防腐性能 ;

    （2）加強(qiáng)海水系統(tǒng)腐蝕、污損規(guī)律及控制技術(shù)研究 ;
 
    （3）研發(fā)長(zhǎng)效防腐防污涂料、高性能飛行甲板涂料 ;
 
    （4）提高材料腐蝕、老化機(jī)制評(píng)價(jià)手段，從總體設(shè)計(jì)、施工控制、仿真、實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)與評(píng)估等方面全方位開(kāi)展航母腐蝕控制技術(shù)方案研究 ;

    （5）編制航母及艦載設(shè)備腐蝕控制設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)修理指南。

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