國外航母甲板防滑涂料技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

洪偉宏

(海軍艦船辦，北京 100071)

國外航母甲板防滑涂料技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

洪偉宏

(海軍艦船辦，北京 100071)

介紹國外航母甲板防滑涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀，包括飛行甲板防滑涂料的技術(shù)難點和施工工藝、機庫甲板防滑涂料的應(yīng)用情況；梳理了非晶態(tài)金屬基涂料、高耐久想防滑涂料、單層快干防滑涂料等新型防滑涂料的研制進(jìn)展。

航母；防滑涂料；趨勢

0 引 言

航母各層甲板都涂覆有防滑涂料，所有人員、飛機、車輛和設(shè)備都要在其上進(jìn)行作業(yè)。以飛行甲板防滑涂料為例，不但要承受艦載機尾鉤的沖擊和阻攔索的研磨，飛機、車輛和人員的碾壓，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。在各種狀態(tài)下涂層都要保持良好的防滑性能，且不能成片脫落，否則可能造成飛機側(cè)滑、人員滑倒、或脫落涂料打壞飛機發(fā)動機等安全事故。

以美國為首的國家設(shè)計和使用航母已有百年，在航母甲板防滑涂料的開發(fā)、使用和維護中已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗，現(xiàn)階段仍致力于不斷研發(fā)新涂料和改進(jìn)涂料性能。

本文梳理了國外航母甲板防滑涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀和研制進(jìn)展。

1 航母甲板防滑涂料應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 飛行甲板防滑涂料

1.1.1 防滑涂料技術(shù)難點

航母飛行甲板尤其是起飛著艦區(qū)使用的高性能防滑涂料的研究必須突破以下幾個難點：

選擇防滑粒料。防滑耐磨粒料是防滑性能的關(guān)鍵，無論是采用金屬激光表面改良技術(shù)還是涂料，都會加入防滑粒料(如氧化鋁、陶瓷粉末等)，從而形成防滑耐磨表面，

防滑粒料固定技術(shù)。不管是采用樹脂涂料或者是金屬熔覆最終都是為了將防滑耐磨粒料固定。在防滑粒料固定方式和固定材料選擇時，首先要考慮整個涂層耐海洋氣候及抵抗油漬污漬的能力，而與母材的粘接性以及所形成防滑涂層的韌性和彈性則是整個涂層抗沖擊性和強度的必要保證。

涂覆工藝。航母飛行甲板防滑層的磨損非常厲害，而且艦載機的作業(yè)需要在短時間內(nèi)修復(fù)磨損，因此除了獲得性能良好的防滑層，還必須考慮施工工藝的方便快捷。在采用樹脂時還要考慮固化劑的選擇問題，保障涂層性能的同時讓涂料盡快干燥達(dá)到使用要求。

1.1.2 防滑涂料施工工藝

為了保證防滑涂層的性能，防滑涂料的施工工藝有嚴(yán)格要求，下面介紹美軍對防滑涂料施工工藝的規(guī)定。

1)存儲溫度

針對防滑耐磨涂料的存儲，美國海軍規(guī)定：長期存儲的溫度條件為不低于4℃，不超過38℃；24 h內(nèi)涂覆情況下，存儲溫度條件為不低于16℃，不超過27℃。

2)表面處理

美國航母涂覆防滑耐磨涂料對飛行甲板表面處理有要求，至少要達(dá)到SSPC-SP-3級標(biāo)準(zhǔn)，推薦達(dá)到SSPC-SP-11級標(biāo)準(zhǔn)。

3)涂覆過程

在表面處理完畢后，立即進(jìn)行底層涂料的涂覆，避免生銹、氧化或表面變臟、受污染。不能在甲板溫度低于4℃或高于60℃時涂覆底層涂料。涂覆頂層涂料也有溫度限制，不能低于10℃或高于43℃。

傳統(tǒng)的雙層涂料系統(tǒng)中，底層涂料必須凝固之后，才能涂覆第二層(深灰色)。此外，美國海軍還對涂層的濕膜和干膜厚度有要求，要求監(jiān)視濕膜的厚度，以確保獲得特定的干磨厚度。

4)干燥時間要求

根據(jù)美軍標(biāo)，對于能夠在航母著艦區(qū)使用的I型、V型、VI型和IX型防滑涂層，面漆最長干燥時間為48 h(10 ℃)，24 h(24℃)，16 h(49℃)；底漆最長干燥時間為：24 h(10 ℃)，18 h(24℃)，16 h(49℃)。

5)重量要求

飛行甲板的防滑涂層距離航母重心的垂向高度較大，如果質(zhì)量越輕，對航母穩(wěn)性的影響就越小。根據(jù)美軍標(biāo)，航母著艦區(qū)的防滑涂層，最大質(zhì)量不應(yīng)超過0.484 g/cm2，其他區(qū)域使用的防滑涂層最大質(zhì)量如表1所示。

表1 美軍標(biāo)對防滑涂層質(zhì)量的要求Tab.1 Requirements for the quality of the US military standard for anti-slip coating

圖1 美軍航母飛行甲板防滑涂層重量估算Fig.1 Weight estimation of the US aircraft carrier flight deck skid resistance coating

1.2 機庫甲板防滑涂料

2008年發(fā)布的美軍標(biāo)MIL-PRF-24667C中指出，航母飛行甲板和機庫甲板的適用涂料類型為Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ和Ⅸ型涂料的G型和L型。由于L型涂料是飛行甲板著艦區(qū)專用，故上述各類涂料的G型應(yīng)該更適用于機庫甲板?？紤]到機庫甲板與飛行甲板工作環(huán)境的差異，機庫甲板涂料不需要承受艦載機起降和高溫尾流的沖擊，所以Ⅸ型涂料的耐高溫性并不必要。因而，可以認(rèn)為適合于機庫甲板的涂料類型是軍標(biāo)MIL-PRF-24667C中定義的Ⅰ，Ⅱ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ和Ⅷ型涂料的G型。

表2中列舉了在美軍航母機庫甲板上得到應(yīng)用的各型涂料的一些代表性產(chǎn)品。這些產(chǎn)品絕大多數(shù)都是環(huán)氧樹脂基雙組份防滑涂料，其中主要以美國安全技術(shù)公司(AST)生產(chǎn)的MS系列產(chǎn)品和國際油漆公司生產(chǎn)的Intershield系列產(chǎn)品為主。

表2 美軍航母機庫甲板各型涂料典型產(chǎn)品Tab.2 U.S.aircraft carrier hangar deck paint various types of typical products

2 航母甲板防滑涂料研制進(jìn)展

2.1 非晶態(tài)金屬基涂料

2.1.1 研制進(jìn)展

早在2003年，美國國防高級研究計劃局(DARPA)就和能源部(DOE)共同啟動了高性能防腐材料(HPCRM)項目，旨在研制一種超堅硬的非晶態(tài)鐵基金屬材料，并以涂層的形式用于惡劣環(huán)境中的腐蝕防護。

在該項目下，勞倫斯利弗摩爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)的研究人員發(fā)現(xiàn)了2種具有優(yōu)異耐腐蝕性能的非晶態(tài)鐵基金屬材料，分別是SAM2X5(Fe49.7Cr17.7Mn1.9Mo7.4W

1.6B15.2C3.8Si2.4)和SAM1651 (Fe48Mo14Cr15Y2C15

B6)，后者又稱SAM7。這2種材料的耐腐蝕性能是目前最好不銹鋼及鎳金屬的4～5倍，而且有更好的耐磨損性能。

基于防腐涂料的項目研究取得的成果，DARPA牽頭啟動了海軍先進(jìn)非晶涂層(NAAC)項目。2008年，DARPA稱已研制出一種非晶態(tài)金屬基防滑涂料，具有優(yōu)異的耐磨和防腐蝕性能，準(zhǔn)備將其應(yīng)用在近海戰(zhàn)斗艦的濕態(tài)任務(wù)區(qū)(Waterborne Mission Zone，WMZ)甲板。同時，研究人員開發(fā)出一種熱噴涂技術(shù)，可制備出帶有起伏紋理的非晶態(tài)金屬涂層，其摩擦系數(shù)高，耐磨損、抗沖擊、耐腐蝕性好，表現(xiàn)性能優(yōu)于現(xiàn)有的防滑涂料。

另一方面，為了解決MV-22“魚鷹”運輸機和未來F-35B聯(lián)合攻擊機在兩棲艦飛行甲板起降時艦載機高溫尾流噴射帶來的甲板變形問題，DARPA于2009年尋求“耐高溫處理系統(tǒng)”(Thermal Management System，TMS)的解決方案。要求開發(fā)一種用于兩棲艦飛行甲板的耐高溫抗沖擊防滑涂料，包括相應(yīng)的涂層施工和修復(fù)方法，使得飛行甲板涂層只需簡單修復(fù)和部分區(qū)域更換即可滿足一個大修間隔期的使用要求，而無須像現(xiàn)有涂層那樣需經(jīng)常進(jìn)行大面積更換。

2.1.2 施工方式

非晶態(tài)金屬涂層主要采用熱噴涂施工方式。熱噴涂是利用某種熱源(如電弧、等離子或燃燒火焰等)將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)，然后借助焰流本身或壓縮空氣以一定速度將涂層材料噴射到預(yù)處理過的基體表面，經(jīng)過沉積后形成表面涂層的一種技術(shù)。與輥涂等施工方式相比，熱噴涂對設(shè)備和操作人員的要求較高。圖 2為非晶態(tài)金屬涂層在“惠特比島”號船塢登陸艦上進(jìn)行的防滑涂料驗證的施工情況。

圖2 在“惠特比島”號船塢登陸艦上進(jìn)行的防滑涂料驗證(中間淺色區(qū)域為等離子熱噴涂金屬涂層)Fig.2 Verification of skid resistant coatings on the Whitby island dock landing ship

2.2 新型高耐久性防滑涂料

2.2.1 研制背景

傳統(tǒng)防滑涂層雖然初期耐腐蝕性較好，但一旦暴露在惡劣海況下，性能就會迅速下降，且由于其干燥慢和壽命短，使用起來十分不便，需要經(jīng)常修補和更換。

海軍研究實驗室(NRL)正致力于延長防滑涂料系統(tǒng)的使用壽命，具體包括2個層面的研究：1)開發(fā)并測試具有更長壽命的下一代非環(huán)氧類防滑涂料；2)為現(xiàn)有及未來的垂短起降戰(zhàn)機上艦開發(fā)耐高溫防滑涂料。新型高耐久性防滑涂料就是在上述背景下研制的。圖3為輥涂施工后該涂層的實景照片。

圖3 輥涂施工后的高耐久性防滑涂料Fig.3 High durability of the roller coating after the coating

2.2.2 性能特點

新型高耐久性防滑涂料的使用壽命長達(dá)60個月，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有涂層。在惡劣環(huán)境下更加耐用，摩擦力更大。在光照條件下不易粉化、褪色和開裂(圖4)。施工更方便，可以輥涂或噴涂在底漆表面或直接涂覆于裸露金屬表面。固化時間只有24 h，施工周期變短。與傳統(tǒng)的環(huán)氧基涂層相比，新涂層的抗腐蝕性更強，色澤更加穩(wěn)定，造價更低，而且使用壽命的延長將顯著降低涂層的使用成本。

NRL新研的高耐久性防滑涂料是一種雙組份涂料，生產(chǎn)時2種組份分別生產(chǎn)并儲存，在使用時才混合并進(jìn)行施工。

圖4 在“梅森”號護衛(wèi)艦上測試6個月后對比(環(huán)氧涂層新涂覆時為深色)Fig.6 Comparison of the 4 months after the test of the“Mason” (epoxy coating for a new coat for deep)

2.3 單層快干防滑涂料

美國現(xiàn)用軍標(biāo)中規(guī)定的防滑涂料為多層涂料，分為底漆和防滑面漆。這種多層的涂料覆涂工時較長(需要底漆干透后才能覆涂面漆)，而且會增加航母自身的重量。為了解決這2個問題，美國魯拉公司(Luna Innovations, Inc)研發(fā)了單層快干涂料。

與傳統(tǒng)的防滑涂料相比，魯拉公司的單層快干涂料施工時間段，能夠在12 h內(nèi)完全干燥固化，并且有利于航母重量的減輕。

魯拉公司的單層快干涂料，符合軍標(biāo)MIL-PRF-24667B中I型L級的要求，可以承受15 000次著艦。該快干涂料由環(huán)氧樹脂和固化劑兩種組分組成，具有環(huán)境友好的特點，不含揮發(fā)性有機物和防腐劑，能保證施工人員的健康，對環(huán)境無污染。該涂料的干態(tài)、濕態(tài)和油態(tài)靜摩擦系數(shù)分別達(dá)到1.1、1.2和0.9，均超過了美軍標(biāo)的相應(yīng)要求。

2.4 “抓牢”防滑涂料

美國奧斯汀公司在小企業(yè)創(chuàng)新研究計劃下，研發(fā)了用于航母著艦區(qū)的“抓牢”(Tough-Grip)防滑涂層，2003年的伊拉克戰(zhàn)爭中，海軍在“杜魯門”號航母上進(jìn)行了實戰(zhàn)試驗，獲得了很好的效果(承受了12 500次著艦，海軍在檢查涂層之后認(rèn)為它還能繼續(xù)使用)。

“抓牢”防滑涂料是一種玻璃纖維加強的復(fù)合涂料，含有韌化劑，不含易揮發(fā)的有機化合物，也不含毒劑和致癌化合物，主要用于起降落區(qū)?！白ダ巍蓖繉涌沙惺?5 000次阻攔著艦。

3 結(jié) 語

航母甲板防滑涂料已經(jīng)在國外航母上應(yīng)用多年，其性能比較穩(wěn)定，并形成了一系列產(chǎn)品；對防滑涂料的性能、施工工藝和使用維護等方面也有明確的規(guī)定，并形成了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。近年來，國外開展了非晶態(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，減少使用維護工作量。

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Situation and development trend of foreign aircraft carrier deck anti-slip coating technology

HONG Wei-hong

(Naval Equipment Department，Beijing 100071，China)

The paper introduces the present situation of the application of foreign aircraft antiskid deck paint, including the application of flight antiskid deck paint the technical difficulties and the construction craft, the hangar antiskid deck paint; combing the amorphous metal base coating, high durability to development of anti-skid coating of anti-skid coatings, monolayer quick drying slip coating model.

aircraft carrier；anti-slip coating；trend

2015-10-11；

2015-11-07

洪偉宏(1972-)，男，高級工程師，研究方向為船舶工程。

TN959

A

1672-7649(2015)12-0166-04

10.3404/j.issn.1672-7649.2015.12.034