航母有哪些建造材料和航母的内部结构又是怎样的呢？

一、国外航母船体材料概况

随着社会经济发展，海洋战略的地位变得越来越重要了。各国为了保护海洋权益，必须大力建设“蓝水海军”，作为远洋舰队核心的航空母舰则是建设“蓝水海军”最为关键的组成部分。材料配套体系是航母建造的基础，没有它的有力支持，一切设计方案都是纸上谈兵。而且从材料的研制、配套材料和工艺完善、应用研究、工程化适应性研究到最终实际建造使用需要一个较长的周期。因此各大海军强国都十分重视航母材料配套体系研究，航母材料配套体系的发展水平直接反映各国航母技术水平，本文简要介绍了美、俄等国航母材料配套体系的发展概况。

1 美国 

美国从二次世界大战开始发展中型航母，到19世纪60年代以后主要发展大型航母，期间其航母用主船体钢大致经历了四个发展阶段：

第一阶段（二战时期）：HTS、A、B、D、E

第二阶段（60年代至80年代初）：H1f.80、HY-100

第三阶段（80年代中期至今）：HSLA一80、HSLA-100

第四阶段（已研制未应用或开始研制）：HSLA-65、10Ni

四个阶段的航母船体结构用钢特点详述如下：

第一阶段二战期间：美国首先重点发展的是中型航母，如6万吨的萨拉托加号航母，该航母主要是选用HTS、A、B、D、E等高强度及一般强度级别的结构钢作为主船体选材，该阶段钢的情况见表1。该阶段钢的主要特点是强度级别不高，合金元素少、碳当量低，故成本低、焊接性好，但其韧性较低、抗弹性差、耐蚀性一般，且钢板厚度较大，但在当时也基本满足了美国中型航母的使用要求。

第一阶段 二战期间：美国首先重点发展的是中型航母，如6万吨的萨拉托加号航母，该航母主要是选用HTS、A、B、D、E等高强度及一般强度级别的结构钢作为主船体选材，该阶段钢的情况见表1。该阶段钢的主要特点是强度级别不高，合金元素少、碳当量低，故成本低、焊接性好，但其韧性较低、抗弹性差、耐蚀性一般，且钢板厚度较大，但在当时也基本满足了美国中型航母的使用要求。

表1第一阶段开发的美国航母船体结构用钢主要情况

第二阶段 60年代以后：为了满足发展大型航母的需求和对性能要求的进一步提高、以及为了减轻航母重量的需要，在Ni-Cr系STS防弹钢的基础上开发出了HY一80、HY一100等高强度结构钢。HY系列钢的主要特点是：

（1）碳含量及碳当量较高，故焊接性差；

（2）Ni、Cr、Uo含量较多，钢的韧性及耐腐蚀性好，成本高；

（3）钢板规格宽，水面、水下舰艇结构通用。在此期间，美国航母主船体用钢主要是HY-80、HY-100、HTS等高强度结构钢以及普通的一般强度的碳素钢，如表2。

表2第二阶段开发的美国航母船体结构用钢主要情况

第三阶段 80年代以后：为了改善海军舰船用钢焊 性能稳定性有待提高。

接性，节约航母建造成本，发展了HSLA-80、HSLA-100钢，以替代HY-80、HY-100钢。HSLA一80、HSLA-100钢主要采取铜沉淀硬化型的强化机理，其主要特点是：

（1）碳含量及碳当量低，焊接性好，降低了建造成本；

（2）Ni、Cr、Mo含量与“HY-钢”相比有了不I一程度的减少，降低了材料成本；

（3）与“HY-型钢”相比，钢板规格较窄，厚板的淬硬性降低且在厚板方向上

在这一阶段，美国航母主船体用钢主要足HY一80、HY-100、HSLA-80、HSLA-100四种钢混用，并且在非主要结构上仍然采用HTS等高强度结构钢以及普通的一般强度的碳索钢。航母船体结构用型钢、铸锻钢及焊接材料仍然沿用了HY系列的配套材料。为了充分发挥HSLA系列铡所具有的良好焊接性能，其配套材料的研制也在计划之中。

表3第三阶段开发的美国航母船体结构用钢主要情况

第四阶段 90年代以后：为了发展未来型航母，对于航母的主船体，美国海军所重点关注的焦点是，航母主船体重量越来越重以及航母的机动性和有效载荷等突出问题。因此，对于航母的主船体，期间重点解决的问题是减轻航母主船体重量和降低航母重心以及增加航母的机动性和有效载荷。因此，美国海军又相继开发了HSLA-65和10Ni钢。

HSLA一65钢是为代替HTS钢（DH36、EH36）而开发的，其最大厚度可达32mm，计划用于未来新型舰艇，诸如核动力航母CVN-76及新型航母CVN-21以及其它舰型。据估计，CVN一76使用HSLA一65钢，舰体可减轻重量2，400吨。节省建造费用约2400万美元。开发10Ni钢主要是替代HSLA～100钢（或IIY—100）以减轻航母重量和降低航母重心以及降低建造成本和增加防弹性能。10Ni钢是一种可焊的具有屈服强度180ksi（相当于1，240MPa级）的高强度高韧性钢，美国在上世纪70年代开始研究，当时是为了探索大潜深潜艇耐压壳体用钢的可能性，日本曾引进该技术进行深潜潜艇和深潜器耐压壳体及其焊接材料的开发研究。目前，该钢已在航天上应用，并制订了舰用装甲板军用规范MIL-S-12560。业已证明，10Ni钢不仅可减轻重量，而且在保持或超过所要求关键性能的基础上，提高了强度和韧性。该钢含碳量低，焊接性好。利用该钢取代当前航空母舰使j{j的HSLA-100，可使今后建造的CVN-2l舰体结构厚度至少减少I／8英寸以上，达到减轻重鼍400一800吨的目的，并且可以降低重心。目前，HSLA-65雨I10Ni钢尚未在实际航母建造中得到应用，但据美国海军报道，HSLA一65和10Ni钢拟将在不久建造的CVN2l未来型航母上进行大面积推广应用。HSLA一65和10Ni钢的情况见表4。

表4第四阶段开发的美国航母船体结构用钢主要情况

需要指出的是，对于航母主船体用重要的防护装甲用材，防护装甲用钢是其重要的选材之一。美国采用的主要防护装甲用钢是HY一100钢。也有部分使用HSLA-100钢和HY一80钢，但用量不多，这些防护装甲用钢主要应用于舰桥、飞行甲板、舰舷、机库甲板等重要部位，其最大钢板规格可达200mm以上。

2俄罗斯

俄罗斯船体钢的强度等级也较齐全，从355MPa至I]980MPa均有相应的钢种。据有关资料介绍，前苏联大、中型航母主壳体选用的是屈服强度为590MPa级的高强度钢，其防护结构选用了屈服强度为760MPa～980MPa的多种高强度钢。通过对“瓦”舰的勘测，发现俄罗斯在中型航母主船体的外板、飞行甲板等关键部位都采用了A K系列钢，俄罗斯用于航母建造的钢种基本情况见表5。

表5俄罗斯航母建造的钢种基本情况

需要指出的是，俄罗斯“瓦良格”号航母主船体用型材主要是A K--25对称球扁钢及10X c H皿对称球扃钢，这是与国内驱护舰采用单头球扁钢的显著不同之处。

3其他国家

其他拥有航空母舰或准航空母舰的国家，如法国、英国、日本等国家也开发了系列高强度舰船用钢。法国在第二次世界大战后开发了60HLES、80HLES、100HLES三代高强度钢。英国研制了强度和韧性相当于美国的HY-100钢的低合金高强度钢叫N钢。日本舰艇用钢研制开发水平是很高的。列入防卫厅规格的就有Ns30、Ns46、Ns63、Ns80、Ns90、Nsl10等各级舰艇用钢，能够对其建造航母提供有效的技术支撑。

二、航母的建造材料

航母是一个国家工业及科技水平的展示平台，它几乎集中了所有先进的技术和材料。一艘航母所用的材料涵盖的种类繁多，主要有船体结构材料、装甲材料、耐烧蚀材料和隔热保温材料、特种装置材料和涂料等。

船体结构材料

航母上用量最多的材料当属建造航母舰体的结构材料，是它们构成了航母的巨大船体外壳、各层甲板、上层建筑。航母舰体巨大，上面搭载的飞机、武器、辅助和补给储备重量都是十分惊人的，加之航母航行在海上，要承受巨大的波浪载荷，因此船体结构材料要有足够的强度。而且航母的服役期大都长达40年甚至更久， 所以需要结构材料结实耐用。目前，航母所用的船体结构材料主要是钢材、铝合金和复合材料。

船体结构钢

钢材是水面舰艇的传统结构材料 ，也是建造现代航母最主要、最关键的结构材料，它具有强度高、工艺性能好及耐海水腐蚀等特点。第二次世界大战后，世界各军事强国研究开发了系列化的高强度舰船用钢。美国从 20 世纪50 年代开始逐步建立HY系列高强度结构钢体系，发展了用于航母建造综合性能好的HTS钢和HY80钢，屈服强度分别达到355兆帕和550兆帕。在HY80钢基础上，改变合金含量及回火温度以提高强度，研制了屈服强度690兆帕级的HY100钢。该级别钢从1966 年开始用于航母飞行甲板的建造。一直到80年代，HY系列都是美国航母的主要结构用钢。但HY     系列钢材在焊接时，为防止开裂，需要控制包括预热、层间温度、焊接材料储存和检验在内的许多因素，建造成本较高。进入20 世纪80年代后，随着超低碳、超纯净钢冶炼、微合金化及控轧控冷等冶金技术的发展，美国开始研制不需预热或只需较低温度预热就能焊接的 HSLA 系列钢，提高了生产效率， 降低了建造成本。美国曾作过计算，若一艘航母材料的50％使用HSLA系列钢材 ，将比全部使用HY系列钢材节省920~2070万美元。由于HSLA系列钢材具有这些特定优点， 美国海军已逐步用 HSLA 系列取代 HY 系列进行航母建造。

HSLA100的第一批订货用于核动力航母“斯坦尼斯”号（CVN74），以代替HY100。在“杜鲁门”号（CVN 75） 上， HSLA 的用量增加到大约15420吨，“里根”号 （ CVN 76） 上也继续增加其使用量。

俄罗斯传统上更加重视核潜艇的建设，1954 年开发出了潜艇壳体用 AK25 及其改进型钢材，不仅强度高，而且可在常温下进行焊接，不需要预热，性能优良。因此，苏联建造航母时也采用了这种材料。

铝合金材料

铝合金具有重量轻、强度高、工艺性能好以及无磁性等特点，能有效减少空船重量、降低建造成本。当使用在合适的部位，诸如上层建筑上时，可以起到降低航母重心高度的作用。美国“独立”号航母上采用了1222吨铝合金，比采用钢材轻908 吨。但是在马岛海战中，铝合金材料也暴露了它的重大缺陷。英国“谢菲尔德”号导弹驱逐舰在被阿根廷的“飞鱼”导弹击中后，爆炸产生大火，舰上的铝合金结构因热传导快、熔点低而软化甚至熔化，起火后难以阻隔火势的蔓延，最后导致舰艇沉没。以后的军舰设计中各国都严格限制了铝合金材料的使用范围。

此外，铝合金上层建筑与钢结构连接处易疲劳断裂，这导致连接工艺复杂和生产 成本提高。这些因素都制约了铝合金材料在 航母上的大规模的应用。但是，航母本身庞大，内部舱室分隔很多，利用铝合金材料建 造部分区域的舱壁或上层建筑的部分结构总的看来还是利大于弊的。

增强复合材料

复合材料是将2种或2种以上不同性质的材料结合为一体，达到预期使用特性而设计制造的新材料。目前用于水面舰艇建造的主要复合材料有：玻璃纤维增强复合材料、碳 纤维增强复合材料等。随着复合材料在“拉斐特”级护卫舰上层建筑应用的成功，以及 其他中型舰船采用复合材料建造技术的发展， 预计在航母上也将更多地采用复合材料。

增强复合材料具有一系列对航母有利的性能。

优良的力学性能。同等强度的增强复合材料，其重量仅为装甲钢板的十分之一， 故可用来建造航母的上层建筑或替代部分舱壁和门，以减轻结构重量，降低舰船重心，提高船舶稳性，改善耐波性；

低磁性特征。能够大大减低结构的磁性信号，降低遭到磁引信水雷攻击的概率；

良好的电波穿透性能、声学和红外特征。复合材料对电磁波的吸收率低，适宜建造舰艇武器雷达罩和声呐导流罩；

优良的防火性能。采用该类材料制成的舱壁可防火焰扩散、减少发烟，提高舰艇的居住性；

耐久性能卓越。复合材料与常规金属材料相比，抗海水、盐雾的腐蚀能力强，抗 疲劳和抗冲击性能优越，因此具有良好的耐久性，适合作为像航母这样的服役期很长的舰船的结构材料；

优良的设计、工艺性。复合材料具有材料的可设计性。可根据船艇不同部位的结构要求，进行材料、铺层和结构的优化设计。

此外，复合材料还具有易成型、易修补的特点，适宜制造复杂的结构，可缩短建造周期，而且维护费用也比较低。

美国海军于 1995 年着手实施先进的封闭桅杆/传感器（AEM/S）计划。该桅杆采用复合材料制造，极大地减少己方频率信号损失。同时，降低了桅杆雷达反射截面，保护了主天线和其他敏感电子设备。美国新一代航母将装备 AEM/S 系统。同样，英国也制造了类似的复合材料桅杆， 计划安装在 2012 年后建造的航母上。可见复合材料的优越性能使得复合材料在造船工业中大有用武之地，成为当今其他材料难以替代的重要的造船材料，得到广泛的应用。

当然复合材料也有其缺点，如玻璃钢的弹性模量不足复合材料的层间剪切强 度低，手工成型较多，建造成本较高。随着科技的进步，可以预料复合材料在航母上的应用前景将十分广阔。

航母螺旋桨材料

航空母舰的螺旋桨是什么材质建造的？答案揭晓：高科技成分十足。

航母的螺旋桨采用材质是特种青铜合金。之所以不用铁基合金钢，是因为航母水线以下会在海水中腐蚀。铁基合金钢无法承受。纯黄铜刚性不足，螺旋桨受力巨大，纯铜材质会变形。所以青铜合金就成了最佳选择。特种青铜合金里加了锰和镍等金属，按比例熔炼，之后锻打。

航母螺旋桨有极为严格生产质量要求。首先在材料方面，要能抵抗长时间连续海水高强度腐蚀破坏性环境。在如此环境下还能够持续正常运行。材质的选择上纯钢被剔除，因为强度足够但经不起腐蚀。国际大型轮船和航母都普遍采用特种铜质合金钢。铜极耐海水腐蚀。但材质偏软，缺乏刚性。加入锰和镍等金属主要就是来提高铜的刚性。但长期承受压力一般的铜质合金还是会变形的。在民船上轻微的变形没什么了不起，拆下来校一下角度就行了。但航母上面绝不允许有任何螺旋桨变形发生。变形会产生力矩幅度，航母航行的轨道精准度会受此影响。对起降飞机有极大干扰。另外螺旋桨变形会增加大量噪音。所以现在各国对航母螺旋桨合金钢材质配方极度保密。

同样不能轻视的重点就是螺旋桨的加工技术。小一些的螺旋桨以前都是靠人手工打造的。航母用螺旋桨都是400到600吨的超大尺寸部件。而且形状特别复杂精度要求极高。要用到手工即不可能加工，也不可能保证质量。这时候就需要超大型数控机床出马了！超大型7轴5联动机床。可加工直径12.5米的超大部件。技术进步的效果是明显的。人工24小时不停工，20天才可造出小型螺旋桨。在精密数控机床上3天时间就可加工完毕。

装甲材料

二次世界大战的教训表明，现代军舰不仅要有战斗能力，还要具有一定防护能力和抗破损能力。例如，二次世界大战中被击沉的航母有55％是由于水下防护差， 舰体遭到破坏而沉没的。这使人们又开始重视航母装甲防护。从二战后美国建造的航母上可明显的看出这种趋势。而且随着航母的造价越来越高昂，装甲防护就更加受到重视了。装甲材料大致可以分为钢质装甲和复合材料装甲。

钢质材料装甲

钢质装甲历经几代发展改进，目前在舰船装甲材料领域内仍然占有主导地位。

美国为了提供航母的装甲防护水平大量采用HY80这类高强度钢。在强力甲板和一些关键部位，更是规定使用高强度钢。

钢质装甲的大量使用将导致船体重量增大，削减武器弹药的搭载，或者降低航速，从而削弱了舰艇的战斗力，因此各国都在不遗余力地研究怎样在提高装甲防护能力的同时减轻装甲的重量。

非金属材料装甲

70 年代后期，装甲防护技术发展进人了新的阶段，由过去单独依靠均质钢装甲逐步向通过有效的结构设计制成的复合装甲发展，装甲的性能得到很大的提高，而重量大大减轻。

复合材料装甲通常是由高性能纤维增强的树脂基材料复合制成的，主要有玻璃钢芳纶纤维、高硬度陶瓷等新型非金属材料。先进复合材料具有密度小、防护性能高制造工艺简单等特点，设计恰当的先进复合材料装甲，在同等重量的情况下，其防御能力是钢质装甲的数倍。

玻璃纤维复合材料（玻璃钢）

早在二次世界大战期间，美国已开始 进行玻璃钢装甲的研究。随着5 - 2高强度坡璃纤维的出现，高性能玻纤复合材料就成为第一代复合装甲材料。据称，美国已经将5 - 2玻璃纤维应用在了大型航母上。此外有报道称，俄罗斯“库兹涅佐夫”号航母的舷侧防护装甲为玻璃钢质。

芳纶纤维一一“凯夫拉”复合材科

“凯夫拉”（Kevlar）是由美国杜邦公司1965 年研制出的一种芳香族聚酰胺纤维，它强度高、韧性高，具有很高的耐冲击能力。而且“凯夫拉”的重量轻，比重只有玻璃纤维的一半左右，在重量相同的情况下，凯夫拉“复合装甲可提供 5 倍于钢质材料的防护。而且增强复合材料具有能经受多次冲击的特点，在这方面比玻璃纤维复合材料有优势。另外在自由衰减特性、耐火、耐疲劳方面也有不俗表现，但是其价格较高。

”凯夫拉“复合材料在航母防护上具有很大潜力，是很有开发前途的一种材料。”凯夫拉“装甲最早应用于美国”佩里“级护卫舰，美国海军的”尼米兹“级核动力航母采用了这种材料制造复合装甲，作为作战指挥中心、弹药舱等要害舱室的防护装甲。而法国最新的”夏尔·戴高乐“号核动力航母也在甲板上层建筑和舰上重要的操控室及敏感的技术舱室等关键部位敷设了”凯夫拉“装甲。

 

耐烧蚀材料和隔热保温材料

现代航母一般都储备有大量的航空燃油。舰艇燃料和数十架飞机及各种武器弹药。一艘航母相当于一座巨大的油料库和弹药库，火灾和爆炸是它的大敌。所以航母的绝缘材料和耐烧蚀材料与一般的水面舰艇相比要求异常严格。绝缘材料防火性能的好坏。

直接影响到航母的生命力，同时由于这类材料遍布于航母，用量很大，与舰员的生活坏境以及建造的经济性也大有关系。

耐烧蚀材科

耐烧蚀材料是航母的必备材料。根据其应用部位可以分为两种基本类型。一种是耐烧蚀涂料，用于航母弹药舱及其他关键部位，如舰员的应急通道，避难区，电缆管道、 救生设备存放区。早期美国海军使用含有石 棉填充物的碳化型耐烧蚀材料，后因为石棉 是致癌物，且承受热负荷不高，研制了性能更优秀的膨胀型耐烧蚀材料，已经成为目前的主流材料。美军海军的测试证明这种材料可以推迟自燃时间，能用于航母的弹药舱 及其他关键部位。当火灾发生时。可以有效 地控制火势的蔓延，赢得宝贵的时间进行扑 救，对于提高航母的生命力有重大的意义。另一种是结构型耐烧蚀复合材料，舰上导弹发射时会产生大量高温气，所有贮存箱底部及气流排导系统的内表面都需要用耐烧蚀材料进行保护，这种系统常采用复合材料与涂料相结合的形式。美国目前使用以酚醛树脂为基体的碳化型纤维增强材料。

舱室隔热保温材料

美国航母上除了配置自动防火系统外， 还要求火灾区在燃烧时，临近舱室的温度不能过高，从而尽县减少火灾的损失。这就需要敷设隔热材料。航母常用的常规隔热保温材料有：玻璃棉、酚醛泡沫、阻燃性的无机纤维材料。

果酰亚胺泡沫材料

聚酰亚胺绝热保温材料与其他同类材料相比，具有良好的绝热保温效果，良好的阻燃性，抗明火，不发烟，不产生有害气体，质量轻，在大型航母上使用，可比用传统的纤维隔热材料轻250吨； 较好的韧性和弹性，易于安装和维护；耐高低温；环境友好，不含卤素和消耗臭氧的物质。美国第一艘采用聚酰亚胺泡沫材料的登陆气垫船在使用15年后，性能仍然满足相关要求，由 此可见这种材料的耐久性能优良。目前这种材料在美国的航母已经开始得到广泛的应用。

纳米孔无机绝热保温材料

硅质纳米孔超级绝热材料具有重量轻、导热系数低的特点。在高温下也能保持很好的隔热效果，绝热保温性能优异。资料显示，船舶使用十几毫米厚的硅质纳米孔超级绝热材料就可满足很高级别的耐火分隔要求，而相同情况下达到同样效果将采用3倍以上重量的其它无机保温材料，因此大大减轻了船体的重量并节约了空间。但由于价格较贵，在航母上，硅质纳米扎超级绝热材料主要用于重要舱室、高温排气管的绝热保温和耐火分隔。

特种装置材料

航母特种装置主要包括对舰载机移动、起飞、着舰起关键作用的设备装置，它们的工作条件通常十分恶劣，对所用的材料性能也会有很高的要求。如弹射器的蒸汽缸体、制动缸、喷气偏流板、阻拦索等。对于航母而言，这类材料是至关重要的。离开了它们，航母是不可能正常运作的。

弹射器的储汽罐

弹射器的储汽罐是一种大尺寸的高压容器。用来贮存弹射飞机的蒸汽。虽然储汽罐结构简单，但由于要承受高压，尺寸大， 因此对材料制造设备和焊接工艺等方面提出了很高要求。对于航母弹射器来说，有使度高、抗磨损、抗冲击、用次数、重量限制和耐高温方面的要求，所 耐疲劳等特性。因此，美以制造难度就更大。制罐材料为耐热的特种 国是花费了大量的财力合金钢，必须要有很好的抗蠕变性能和抗拉物力，在多种材料中精心强度，而且还要承受几十万次的弹射加压／卸 挑选的高性能合金，井采载的疲劳测试，目前仅只有几个国家具备制 用了多种材料绞制，才生造能力。美国原来采用压力容器钢制造弹射器的蒸汽缸体，后改用不锈钢材料。

蒸汽弹射器制动缸

蒸汽弹射器的制动缸位于弹射器的尾端，作用是使弹射器的活塞在完成飞机弹射任务后，能在极短的时间和距离内停止。美国采用钛合金，不仅解决了腐蚀问题，而且还能减轻设备重量（大型航母一般有至8少个这样的制动缸，采用钛合金后，可以减轻约15吨重量）。

喷气偏流板

喷气偏流板工作时，受到高温气流的冲击，表面温度升高很快，需要用海水进行冷却美国航母上的偏流板采用耐腐蚀性能良好的钛合金制造，利用钛合金耐海水腐蚀性能优异耐热性能也不错的特点，制造出的气偏流板，经过实际使用证明，效果很好。

阻拦索

与飞机尾钩啮合的阻拦索是保证飞机安着舰的关键构件。1975 年8 月26 日， 美航母“富兰克林”号 （CV42）一架F4战机因为阻拦索断裂而坠毁，机组人员全部死亡，经济损失高达数亿美元。所以，阻拦索虽然不是很大的零件，但对于航母来说，却是十分关键，其性能直接关系到舰载机的安全着舰和航母的安危， 它要求材料具有强度高、抗磨损、抗冲击、耐疲劳等特性。因此，美国是花费了大量的财力物力，在多种材料中精心挑选的高性能合金，并采用了多种材料绞制，才生产出合乎要求的阻拦索。

涂料

涂料遍及航母的各个角落， 但是它的作用是不容小看的。离开了它航母也无法正常地发挥作战效能。

飞行甲板分料

为了保证舰载机在舰上安全起降， 航母的飞行甲板需要涂敷一层涂料它既有较高的摩擦系数， 可以防滑， 又有较好的防腐蚀性能， 保证飞行甲板在恶劣的环境中能够抵御大气、海浪飞溅、舰载机的高压气流以及各种油料、洗涤剂的腐蚀和磨损。目前，能起到防滑作用的通常是在环氧树脂中适当加入一定粗细的天然氧化物颗粒， 而防腐作用的成分则是采用金属涂层（锌和铝）和聚合物粉末涂层。

船体外充防污索料

国际海事组织已经作出了决定：从2003年起， 禁止使用主要成分为三丁基锡（TBT）的锡基防污底涂料；2008年以后任何船舶上若发现使用该涂料，将属违法。替代涂层材料所面临的主要是成本和有效性问题。

目前较有发展前途的是新型自抛光涂层材料， 新型铜基防污涂层材料或水解甲硅烷基聚合物涂料， 采用聚合物来调节活性物质的释放速率。因此， 这种涂层能在相当长的时间内保持有效。由于活性的表面层长时间地暴露在外，因此涂层表面总能保持光滑平整， 寿命也较长， 所以这类产品为自抛光涂层材料据报道， 美国新建的航母就采用这类自抛光涂料。

还有一些其他的防污涂料方案一种是利用船底附着生物上丰富的微生物和酶来生成活性涂层的防污技术。还有一种被称为“慢烧” 的方法， 即利用过氧化氢分解成水和氧气时， 强氧化作用就会将其表面的生物杀死。但是， 这些方法还需要经过实际使用的进一步检验才能运用到航母上。

吸声和阻尼涂料

消声瓦是一种目前较为成熟的防声呐探测的方法，但由于其施工方法、厚度、重量等方面缺陷，大大限制了它的应用范围。其发展趋势是被采用施工简单、涂膜较薄的吸声涂料所替代，如英、美采用聚氨酯发泡材料加多孔材料制作的吸声涂料，吸声率可达70% ～ 90%， 这类涂料在未来的航母上有很好的应用前景。

航母材料的发展趋势

目前，合金钢与铝合金这样的传统材料仍然是航母的主要结构材料，但将继续向强度高、工艺性能好、建造成本低的方向发展，美国推出的 HSLA 系列钢材就是一个很好的例证。

在未来的航母上，大量新材料也会得国到广泛的应用。强度高、抗冲击性能好的复合材料装甲将会对传统的钢质装甲的统治地位构成威胁。在有些舱壁、桅杆和武器雷达的外罩上，也会越来越多地应用复合材料。随着复合材料的工艺不断改进，建造成本的降低，强度、密度、防火隔热性能和抗冲击性能等重要性能的进一步提高，多种纤维组合的实现，复合材料必定会在航母上得到广泛的应用。

目前节能环保的观念和意识已经深入人心，在航母的设计建造过程中，绿色概念也越来越受到重视了，前面提到的法国退役航母的遭遇，就更加生动地体现了这一发展趋势。未来的航母在改进焊接材料和工艺、选择舱室绝缘材料和涂装材料方面将更加注重环保要求，甚至在设计思想上也会进行革新，从设计之初就对各项环保措施进行统筹规划，对可能影响环境的问题及时发现，加以解决， 使得未来的航母在建造和使用过程中都能更加绿色环保。另外，在军工、高铁、核电、航天航空等尖端制造领域的快速发展均离不开基础材料领域的突破。作为推动航母技术发展的基础——材料，尤其是新材料产业需要进一步发展。

三、美军航母腐蚀控制技术体系的发展研究

美国作为世界上航母技术最为成熟完善的国家， 迄今已建造了 70 余艘航母，目前已发展第三代核动力航母——福特级。美国航母战斗群不仅数量庞大，一直维持在 10 个以上航母战斗群，而且在技术上也对其他国家保持遥遥领先。二战之后，航母便代表了美国军事力量的缩影，庞大的航母舰队奠定了战后美国牢固的海上霸主地位，对于保障美国国土安全和海外利益发挥了至关重要的作用[1]。

同时，作为保证航母战斗力和服役寿命的关键所在，耗费巨大的维护保障工作也一直是美国军方一直面对的重大问题，并在其近百年的发展史上积累了大量的经验教训。“知己知彼，百战不殆”，“它山之石，可以攻玉”，全面深入研究美国航母腐蚀控制技术体系，总结归纳对其发展趋势起到重大影响和积极意义的关键因素和必然规律，对于其他国家海军的发展无疑会起到重大引领和推动作用。

1  新材料与新工艺的发展应用

新材料及新工艺的上舰应用，是高性能舰船装备孕育和发展的基础。腐蚀又是材料学科的分支，所谓腐蚀控制，本身就是防护材料及设备的应用过程，其控制对象也是舰船装备中所应用的各型材料。所谓的舰船服役全寿命周期，很大程度上是由船体与各系统的结构材料和各型功能材料、结构功能一体化材料的服役寿命所决定的。另外，随着美军 CVN78 福特级航母这类代表当今世界最高科技水平的重大装备的面世，作为舰船装备建造的基础，先进舰船材料技术的上舰应用（如图1 所示），对于保持装备先进性代差以及各系统效能的充分显现，所起到的巨大支撑作用有目共睹[2-4]。

图1   CVN78先进性体现

Fig.1     Advanced embodiment ofCVN78

在 CVN 78 设计建造所使用的 13 项关键技术中，仅材料技术就占两项，分别是 HSLA-65 高强度低合金船体结构钢，以及 HSLA-115 高强度超强韧飞行甲板用钢。对其他关键技术系统而言，先进材料的关键作用也非常显著（如图 2 所示）[5-6]。例如，核动力推进及电力系统安装了 2 座新研制的A1B型反应堆， 功率与尼米兹级 A4W 反应堆相同，但燃料效率是A4W 的 3 倍，堆芯寿命可延长到 50 年，可持续运行到航母退役。采用碳化硅半导体组成的大功率综合电力模块替换了又重又大的常规变压器，实现了小型轻量化，但提供的电力却是尼米兹级的3 倍。由此可见， 福特级航母的设计建造过程中，“装备研制，材料先行”理念的贯彻，对于各级系统的研制建造，以及全寿命周期内服役状态和性能良好保持，起到了巨大推动作用。

图2   CVN78先进材料与腐蚀控制技术应用

Fig.2     ApplicationofCVN78advancedmaterialsandcorrosioncontroltechnology

2 腐蚀控制应用于舰艇全寿命周期

腐蚀是一个遵循能量最低原则的缓慢自然过程， 看得见却摸不着，但是不可避免的，因此只能预防和控制。腐蚀会在装备的全寿命周期一直存在，并且装备维护成本（包括人、财、物）会随着装备服役年限的延长而大幅增加，占国防开支预算的很大比例。这一现象引起的军费激增是促使美国政府将腐蚀的预防与减缓作为国家战略而推广实施的直接原因。

美国海军在舰船防腐顶层设计、管理机制、技术创新体制、军民融合等诸多方面也进行了一揽子自上而下的改革，并颁布实施了一系列规章条例。宗旨在于，降低维护成本，减小腐蚀对于海军装备安全和战备的影响，以求将腐蚀预防与控制贯穿于从海军装备采购到维护的全寿命周期。自2004 年以来的十余年间，美国海军通过“腐蚀预防与控制”的实施，以及对此前腐蚀控制系统工程建设存在问题的反思与深入分析研究，已经确定了腐蚀控制的关键要素，并通过管理、技术的创新与应用，逐步控制住了腐蚀造成的舰队维护成本急剧上升的势头。

3 腐蚀控制技术体系发展理念

对于引起当前维护成本急剧上升的原因，美国海军在大量调研分析的基础上，从腐蚀控制经济学角度对该问题进行了深入研究。研究发现，航母等大型舰船维修周期过多、维修间隔过短、维修时间过长，是引发上述问题的最根本原因。因为修船就要花钱，一进船坞就要产生占坞费，修理人员一上船就要产生工时费、培训费、材料费、赔偿费等费用，而且舰队在船厂期间的花费也不能停。对航母战斗群而言，重新出坞还要再次进行适应性训练。总之，许多地方都要花钱和耗费时间，而且都是无效的。对美国这种发达国家而言，船舶建造和维修费用最高的其实是工时费。工作量最大的舱室、船体和甲板这些大面积、劳动密集型工作区中，腐蚀成本中的工时费要远远大于所耗费的原料成本，由此成为航母维护成本最高的区域。尤其是美国海军舰船型号设计建造已基本发展完善，目前耗费最多的是各型舰船尤其是航母的维护。长此以往，舰船维护这种看似简单的小事，其耗费的军费巨大。

最为关键的是，维修耽误部队作战和训练，舰队出勤率、战斗力和快速反应能力都要受到制约，对于航母这种为数不多的国之重器而言更是如此。平时可能显现不出，一到战时，这种高频次的维修保障对于航母战斗群综合战力的负面影响必将凸显。

由此，美国海军从两方面入手对此问题制定了相关措施[7]：一是通过全寿命周期管理体制改革， 延长入坞间隔，缩短入坞时间，做到尽量少去船厂修；二是在管理和技术层面，围绕“省时、省力、省钱” 下功夫（美国海军称之为 Faster, Easier& Cheaper）。如怎样免维护或至少提前发现问题，怎样提高维护工作效率，怎样提高舰员级维护的技术水平。对腐蚀防护技术而言，核心是降低舰船全寿期成本，重点研究目前哪些技术是费时、费力、费钱的，怎样提升装备材料的服役寿命和效能，提升至什么程度才能使成本最低等。

具体措施方面，一是通过深化军民融合提高舰船修造效率，并降低成本。与我国不同，美国国防工业主体是民企，只有核动力及武器装备等核心技术装备掌握在国家手中，国有船厂仅有四家。为提高舰船修造效率并降低成本，美国海军一方面推行“一家船厂”优化配置四家国有船厂的人力和物力资源，以提高舰船修造技术水平，节省人工成本。另一方面鼓励“民参军”，使更多具备资质的民企通过竞争性定价参与到舰船修造，使高效低成本技术在舰船上获得应用，目前美国航母的维修近 70%以上是由民企完成的（此前国防部制定的比例为 50︰50）[8]。二是通过满足使役性能前提下的“省时、省力、省钱” 技术创新。

4 腐蚀控制技术体系科研体制创新

满足使役性能前提下的“省时、省力、省钱”新材料及新技术的研发、考核以及应用，替代当前低水平、低效能的舰船材料及腐蚀防护技术，是美国海军为实施“腐蚀预防与减缓”战略的基本工作。

美国海军研究局（ONR）作为美国海军科研的核心力量和指挥中枢，负责制定各项腐蚀战略相关科研规划的顶层设计，并发布相关研发指南、技术需求考核标准等纲领文件。其下属的海军研究实验室（NRL） 负责核心技术研发，组织海军舰船材料与防腐技术的考核评定，并协同海军各部门及国家表面处理中心（NSC）发布相关标准规范。其中，在舰船材料新技术应用考核方面，以美国海军金属加工中心（NMC） 为主。

海军研究局通过需求牵引和技术推动类项目规划，推动美国各民企、高校及科研院所广泛参与， 协同NRL这类军方研究部门和国有修造船厂进行新材料与腐蚀控制技术研发与应用（如图 3 所示）。同时，美国政府各部门也通过大量低准入、严考核的各类基金鼓励舰船材料及腐蚀控制技术的创新发展，尤其是前沿战略领域，以保持美国在该领域的世界领先水平[9]。

图3     美国海军研究局舰船材料与腐蚀控制规划

Fig.3     MaterialandcorrosioncontrolplanofONRships

在具体单项技术领域，如本项目研究所述，美国海军一方面推动原供应商（如 PPG、IP 等涂料供应商，米塔尔等舰船材料供应商）进行技术革新，另一方面推动军地科研院所、企业的新技术成果通过实验室和实船考核，尽快出台相关标准规范，以推进低成本高性能材料及腐蚀控制技术成果的上舰应用[10]。

5 结语

综上所述，美国海军通过一系列新技术体系、新发展理念及科研创新的成功运用，正在逐步解决腐蚀引起的舰船装备维护成本增加而引发军费激增的问题，对提升航母战斗群的综合战力起到了极大的促进作用。

 

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