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战机航母也会生锈,各国军队如何修炼“金刚不坏身”?

2019-06-02 14:25 编辑:TF010 来源:北京晚报

我们日常生活中常遇到金属材料生锈的问题,高大上的战机和航母也会生锈吗?答案是肯定的。面对“锈魔”,武器装备里的金属同样不能幸免。近日,美国海军发布消息称,正在研究一种“富铝底漆”,可以保护舰载机。对抗“锈魔”,各国军队有何招数?

“锈魔”源头

金属制品生锈,在日常生活中很常见。我们家用的菜刀、铁锅等铁器是最普遍的例子。虽然武器装备在制造时往往更加注重质量,但装备的使用环境也更加恶劣,这就给了“锈魔”以可乘之机。

金属生锈,更正规的称呼是金属腐蚀。从科学角度上讲,就是金属被氧化了。例如最常见的铁锈,就是单质铁被氧气所氧化,生成三氧化二铁。此外,单质铁还可能与氧气、水等生成氢氧化铁、氢氧化亚铁等碱。这些化合物的结构强度比单质铁差得远,所以用刀一刮,就纷纷掉落。更惨的是它们还具有一定可溶性,沾水后会生成离子。一句话,原本手拉手紧密连接的金属原子们,成为四分五裂的松散团体,当然会严重影响性能了。

除了铁之外,其他的金属材质,比如铜、铝、银等,也都会发生不同程度的锈蚀,只是一般不如铁严重。

金属锈蚀的途径通常包括化学腐蚀、电化学腐蚀和生物腐蚀等。其中,化学腐蚀是指金属原子直接和周围的其他介质比如氧气、水等产生化学反应,把金属单质变成化合物;而电化学腐蚀是指金属中本身含有杂质或其他合金,同时周围存在电解质溶液,于是两者发生了电极反应,其腐蚀速度更快;生物腐蚀则是指接触金属的生物(通常是微生物,也可能是动植物)因为生理活动,如啃咬、摩擦、繁殖等,导致金属腐蚀。

锈蚀从微观层面上,使得金属材料的强度、塑性、韧性等下降;从宏观层面上,破坏了金属构件的几何形状,这就会增加零件间的磨损。此外,锈蚀还会使得器件的性能下降,缩短设备的使用寿命,甚至造成灾难性事故。

武器饱受锈蚀折磨

冷兵器时代,士兵用铜铁制作的铠甲、刀剑,发生锈蚀是很普遍的。在一些影视作品中,我们可以看到士兵们闲暇时,常会擦拭刀枪,把上面的锈斑擦掉。

进入热兵器时代,军工技术提升,对武器的防护更加重视,但同时对武器本身的使用强度和精度的要求也在提高。比如核潜艇要深入数百米大洋,坦克要在原野上奔驰……时至今日,世界各国的武器装备都饱受锈蚀的折磨。以美军为例,美国拥有优势海军,可是各大洋富含水分和盐分的海风也无情地向美军的战舰进攻,在庞大的战舰上啃噬出累累锈痕。尤其是美国海军的舰载机掠过如山的浪涛,不断与带着咸味的海洋大气剧烈摩擦。由此产生的战机锈蚀问题,使得美国海军每年花费30多亿美元,占整体维修费用的28%。为了消除锈蚀的影响,美国海军战机每年必须停飞57天。

被海风吹过的舰载机这么惨,成天泡在海水里的战舰就更不必说。美军庞大舰队的防锈花费历来是天文数字。2016年末第一艘新式频海战舰LCS-1上岸整修时,从照片上就能看出防锈漆成片脱落。此外,美军的退役功勋战舰——密苏里号战列舰,今年进行系统修复,耗资数百万美元,其中很重要的一项工作就是处理锈蚀。维修将对1100平方米的舰体进行喷砂和粉刷处理,另外更换大约3.6吨的钢制构件。密苏里号战列舰纪念馆主席说,锈蚀是一直困扰这艘历史名舰的一大问题。

2017年德国媒体报道,德军因为经费缺乏,潜艇都在港口内生锈。2018年英军公布的照片中,法国海军索姆号补给舰锈迹斑斑,在接受补给的英军护卫舰身侧,像艘乞丐船一样,有人怀疑这是故意在“黑”法国人。而经济欠发达的俄罗斯海军更惨。苏联时代留下来的庞大海军,除了报废、出售,其余舰只大多年久失修、锈迹斑斑。关于俄罗斯战舰的生锈图,在互联网上可谓比比皆是。

更惨的还有乌克兰,因为深陷内战,部队装备每况愈下。一方面,乌克兰右翼政府的军队被迫将已经服役半个世纪甚至更久的卡车、自行火炮等重新提出来装备,还从约旦等国回购自己先前出口的装甲车辆。这些武器身上的锈痕简直惨不忍睹。

绝招一:特种材质

在制造武器的材料中,不同的金属材质对锈蚀的抵抗力是不一样的。铁在金属中算是很容易生锈的,而且一旦生锈,造成的损失也大。相对而言,铜、铝、银等金属不那么容易生锈。因此对抗锈蚀的第一个招数,就是选用不容易锈蚀的材料。

例如,士兵们常用的子弹壳,很多国家采用铜,就是因为铜比铁相对不易生锈,“黄铜子弹”因此成为很著名的配置。但是也有些国家,如二战中的德国,会在铁壳外加一层铜,同样可以抵御锈蚀。

除了选用铜等抗锈蚀金属外,另一种思路是往铁中加入其他金属,形成合金。例如诞生于一个世纪前的“不锈钢”,其对锈蚀的抵御能力相当强。

这些特种材质里面,最为出色的要数俄罗斯的AK系列镍铬钛合金钢。这款合金钢材不但能有效抵抗海水的腐蚀,而且其强度很高。一般而言,大型远洋船只所用的钢材,需要承受约250M帕的压强,普通军舰需要承受300M帕的压强;而航母所用的钢材,因为需要承受战机起降,需要承受的压强比这个数字翻了一倍以上,而AK系列镍铬钛合金钢则能承受850M帕以上的压强不变形。“辽宁舰”长途跋涉从黑海到达渤海,虽然累经风浪,但其锈蚀情况尚在可控。

绝招二:涂层保护

无论是飞机、战舰这种动辄数十吨乃至成千上万吨的巨无霸,还是枪械等动辄装备数万部的普及军品,如果完全靠防锈材质来解决问题,经济上、工艺上的压力都很大。因此更为普遍的方法,是加防锈膜。

当代军用设备,在出厂后,往往要加多层镀膜。以坦克和战机为例,通常第一层就是防锈膜,直接镀在金属主体材质的外面。刚出厂的坦克、战机都是闪亮的,这就是车体、机体本身的钢铁或铝合金的颜色。不过这种亮闪闪的色彩虽然漂亮,要是就这么暴露在空气中,没多久就会黯然失色。所以,要给亮闪闪的金属外面涂上防锈层。

现代的防锈涂料种类很多,比如红丹、铁红酚醛、铁红醇酸等等。不同种类的防锈涂层,不但化学成分不同,物理特性、适宜金属也不同。不过大部分的防锈涂层颜色都偏暗淡。我们看到坦克、飞机在运输过程中,往往都是土黄色、暗红色。然后,在防锈涂层的外面,再加上其他的功能涂层,例如迷彩涂层、隐形涂层、隔热涂层等。

美军在过去使用含六价铬的铬酸盐底漆作为飞机的涂层,在空军和海军飞机中广泛使用。但是,六价铬虽然具有很强的抗腐蚀能力,同时又是一种致癌物质,对人体和环境都有害。为此,美军开始谋求新的涂料来代替。这就是文中开头提到的“富铝底漆”,也就是包含特殊铝合金的底漆。富铝底漆最大的优势是不含六价铬,对军人和环境都更友好,因此基本可以替代目前应用铬酸盐底漆的场景。

绝招三:勤洗勤换

无论是选用防腐蚀性强的材质,还是选择优质的涂层,归根结底都只能延缓而不是完全杜绝锈蚀的发生。而金属的锈蚀是一个渐进的过程,那么另一种更具普适性的解决方案就出现了:打断这个渐进过程,这就是所谓的“勤洗勤换”,即把造成锈蚀的物质从武器设备中清洗出去,和个人勤洗澡换衣服的道理差不多。

一般而言,武器装备的日常维护清理包括两方面。一是清洗掉装备上携带的可能引起腐蚀的杂质,二是对于已经造成的损害进行修补。以飞机为例,美军规定,战机降落后必须进行及时的全身清洗作业,称为“鸟浴”。洗掉附着在机身上的腐蚀性杂质,包括带有酸碱性的废气、盐分,以及可能磨损飞机外表面的砂石等小颗粒。要给翼展十多米、重达十多吨的飞机洗澡可不是件容易事,过去美军以手动操作喷洗,把地勤人员累得半死。现在美军在临近海边的机场跑道安装了一种自动淋雨装置,类似于自动洗车设备。这种设备可以在2分钟内洗完一架飞机。

当然,以上仅仅是最简单的保养。如果装备本身已经有一定锈蚀,那么处理就不能一洗了之。比如坦克如果已经生锈,需要先进行“喷砂”,即磨去其外面残缺不全的涂层,也磨掉原有的锈蚀。把坦克恢复成银光闪闪的“裸体”后,再修复补平车体磨损严重的部分,然后趁新的氧化层形成前,赶紧重新涂上防锈底漆,最后再涂外在涂层。如果贪图省事,仅仅在锈蚀外面重新涂刷新的防锈涂层,等于把大片锈蚀封在了涂层里面,会导致锈迹直接在涂层内部扩大。

 

 

来源:北京晚报 杨益

编辑:tf10

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