黃燕濱，宋高偉，丁華東，劉學(xué)斌，邊飛龍

（裝甲兵工程學(xué)院 裝備再制造工程系，北京 100072）

兩棲車輛主要的服役環(huán)境是高溫、高濕、高鹽霧和高日照的惡劣海洋環(huán)境。兩棲車輛在海上作業(yè)時(shí)，具有周期性干濕交替的特點(diǎn)，腐蝕較為嚴(yán)重。為了有效防止車體的腐蝕，實(shí)踐證明，除了采用涂層防護(hù)外，犧牲陽極保護(hù)也是一種有效的保護(hù)方法，具有工藝簡單、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[1－2]。

近年來，隨著新型車輛的出現(xiàn)，車體結(jié)構(gòu)和材料有了很大程度的改進(jìn)，但對犧牲陽極保護(hù)方案還沒有針對性的研究，只是執(zhí)行老型號兩棲車輛犧牲陽極保護(hù)設(shè)計(jì)與安裝保護(hù)方案。因此，檢驗(yàn)原犧牲陽極保護(hù)方案在新車輛上使用的可靠性、準(zhǔn)確性和有效性是十分必要的。

1 測試方案

1.1 測試對象

××型號新型兩棲車輛A和B，車輛A的車體上安裝原來的Al-Zn-In-Mg-Ti 五元陽極塊，車輛B 的車體上安裝Al-Zn-In-Mn-Ga-Mg新型六元陽極塊，為新研制材料。安裝方式和位置均為原犧牲陽極保護(hù)方案，陽極塊具體布置如圖1所示。

圖1 陽極安裝位置Fig.1 Fixing position of anode

Al-Zn-Mg-In-Ti 材料的電化學(xué)性能如下：開路電位為-1.0～-1.18 V（文中所涉及的電位都是相對于海水銀/氯化銀參比電極）；工作電位為-0.9～-1.03 V；實(shí)際電容量≥2 400 A·h/kg；電流效率≥85%；驅(qū)動(dòng)電位為0.25 V[3]。

Al-Zn-In-Mn-Ga-Mg 六元合金犧牲陽極為針對兩棲車輛設(shè)計(jì)的新型陽極材料，其電化學(xué)性能參數(shù)如下：開路電位為-1.07～-1.21 V；工作電位為-1.03～-1.11 V；實(shí)際電容量≥2 637 A·h/kg；電流效率≥92%；驅(qū)動(dòng)電位為0.25 V。

1.2 測試儀器

測試的儀器主要有：725CCY-1 海水銀/氯化銀參比電極，725CPM-1 型陰極保護(hù)狀態(tài)自動(dòng)測量儀（14路）。

1.3 測試點(diǎn)的布置

考慮到測試的目的主要是考察陽極材料的活化性能和被保護(hù)結(jié)構(gòu)的電位平衡時(shí)間，測試點(diǎn)的位置選擇以下幾個(gè)區(qū)域：陽極附近區(qū)域、兩個(gè)陽極的中間區(qū)域、裙板區(qū)域。由于陽極安裝位置比較隱蔽，無法將參比電極安裝在陽極附近。具體安裝位置如圖2所示。

1.4 測試方式

圖2 測試點(diǎn)布置位置Fig.2 The position of measuring

利用725CPM-1 型陰極保護(hù)狀態(tài)自動(dòng)測量儀，采取連續(xù)監(jiān)測的方式對車體電位進(jìn)行采集，無需人員跟車，不影響正常作業(yè)。試驗(yàn)完畢后用計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)取出，并采用計(jì)算機(jī)處理，自動(dòng)形成圖表。

2 測試結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)采集結(jié)果

根據(jù)車輛下海作業(yè)的時(shí)間和周期，選擇測試周期為30 min。設(shè)定725CPM-1 型陰極保護(hù)狀態(tài)自動(dòng)測量儀的測量頻率為1次/min，1個(gè)周期采集30組數(shù)據(jù)，由于篇幅限制，下面只列出部分采集結(jié)果，見表1、表2。

2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)陰極保護(hù)狀態(tài)自動(dòng)測量儀對車輛車體電位的測試數(shù)據(jù)，獲得了車體各個(gè)部位電位隨時(shí)間的變化規(guī)律，如圖3、圖4 所示。從圖3 中可以看出，在測試開始時(shí)和測試結(jié)束時(shí)，由于車輛下水和上岸時(shí)，所有測試點(diǎn)的測試值波動(dòng)都比較大，車輛完全進(jìn)入水上狀態(tài)后，車體電位值經(jīng)過10～12 min 才達(dá)到穩(wěn)定。在測試周期內(nèi)，測試車輛在水中保持正常行進(jìn)狀態(tài)時(shí)，測試的各個(gè)點(diǎn)電位較穩(wěn)定，車體電位在-770 mV左右波動(dòng)，在進(jìn)水口附近由于水流原因，導(dǎo)致參比電極擺動(dòng)，因此電極電位（6#，9#測試點(diǎn)）有波動(dòng)。

從圖4 可以看出，在測試開始時(shí)車體各點(diǎn)的電位同樣出現(xiàn)較大波動(dòng)。由于此次訓(xùn)練時(shí)間的延長，在測試周期結(jié)束時(shí)，車輛還在正常作業(yè)，測試結(jié)果沒有像車輛A 那樣出現(xiàn)較大波動(dòng)；車輛進(jìn)入水上狀態(tài)后，車體電位值在5 min 內(nèi)就達(dá)到穩(wěn)定。在測試周期內(nèi)，測試車輛保持訓(xùn)練行進(jìn)狀態(tài)，布置在車體前部的測試點(diǎn)電位值比較穩(wěn)定，車體電位在-750 mV 左右波動(dòng)。在進(jìn)水口附近及尾部的測試點(diǎn)的電位值（6#，7#，8#測試點(diǎn)）有較為明顯的波動(dòng)，可能與車輛在水中擋水板和后滑行板的收放狀態(tài)及在水中的行進(jìn)速度有關(guān)（參比電極9#和14#因?yàn)閾p壞，沒有收集到數(shù)據(jù)）。

表1 五元犧牲陽極車體電位采集結(jié)果Table 1 The measuring result of body potential with quinary alloy anode mV

表2 六元犧牲陽極車體電位采集結(jié)果Table 2 The measuring result of body potential with hexahydroxy alloy anode mV

圖3 車輛A車體電位隨時(shí)間變化曲線Fig.3 The body potential of vehicle A with time

圖4 車輛B車體電位隨時(shí)間的變化曲線Fig.4 The body potential of vehicle B with time

3 結(jié)果對比與討論

從車體實(shí)測電位隨時(shí)間的變化曲線可以看出，新型六元犧牲陽極和五元犧牲陽極給車體提供的陰極保護(hù)電位值差別不大，分布在-750～-780 mV 之間，電位較為穩(wěn)定。不過，車體材料7A52 鋁合金陰極保護(hù)電位要求在-860～-1 060 mV之間[4]，兩者都沒有達(dá)到最低陰極保護(hù)電位-860 mV的要求。陰極保護(hù)方案需要在陽極塊數(shù)量和位置上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

兩棲車輛屬于干濕交替作業(yè)，并且浸水時(shí)間較短，要求犧牲陽極極化性能較好，能使車體電位在最短時(shí)間里達(dá)到穩(wěn)定。通過電位隨時(shí)間變化曲線可以看出，安裝五元犧牲陽極的車輛A 的車體達(dá)到平衡電位需要10～12 min時(shí)間，而安裝新型六元犧牲陽極的車輛B 在5 min 內(nèi)車體電位就達(dá)到平衡。六元犧牲陽極在極化性能上明顯優(yōu)于五元犧牲陽極，能使車體在較短時(shí)間內(nèi)電位穩(wěn)定，六元犧牲陽極更適合應(yīng)用在兩棲車輛上。

4 結(jié)語

兩棲車輛作業(yè)主要面向沿海環(huán)境，屬于干濕交替作業(yè)，要求陰極保護(hù)用犧牲陽極不僅能夠提供車體足夠負(fù)的電位，還要能使車體在較短時(shí)間內(nèi)電位平衡。通過對安裝不同材料犧牲陽極車輛車體電位的測試得出：

1）五元和六元犧牲陽極保護(hù)電位都不能滿足要求，需要在陽極塊數(shù)量上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)；

2）新型六元犧牲陽極極化速度較五元犧牲陽極提高了2～3 倍，新型六元犧牲陽極更適合應(yīng)用于干濕交替作業(yè)的兩棲車輛。

[1]趙麥群，雷阿麗.金屬的腐蝕與防護(hù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008：172.

[2]黃燕濱，劉學(xué)斌，丁華東，等.海洋環(huán)境Al-Zn-Mg-In-Ti犧牲陽極腐蝕防護(hù)研究[J].裝備環(huán)境工程，2010，7（5）：46—48，72.

[3]GJB 5832—2006，兩棲裝備犧牲陽極保護(hù)設(shè)計(jì)與安裝[S].

[4]貝克曼W V，施文克W，普林茲W，等. 陰極保護(hù)手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：47.