基于船舶与海洋工程领域的新材料的分析与应用

许江

【摘要】人类进入海洋开发新时代，传统材料已经不能满足我们的发展需要，各种各样的新型材料应运而生。新材料的开发与应用如今已成为世界各国普遍关注的项目。二十一世纪被称为“海洋世纪”，美日韩等海洋强国都在重新规划自己的海洋战略，海洋工程材料自然而然被推到了突出的地位。海洋工程材料宏观上是指从海洋中提取的材料和专属用于海洋开发的各类特殊材料。通过对新材料研究的不断深入，人类对海洋的探索能力将不断增强，海洋资源开发的能力也将得到巨大提升，这也是各国不惜巨大投资，大力发展新材料工程的原因。海洋对航行器的威胁有很多方面，比如海水的腐蚀性、深海低温环境、洋流、巨浪等。新材料在海军工程领域具有非常大的应用空间，特别是在降噪、速航、耐低温、隐身等方面，世界军事大国对此非常重视。

【关键词】新材料；海洋；开发；应用

1、海洋新型防腐蚀材料

1.1海洋腐蚀

1.1.1海洋腐蚀机理

海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生的加速作用。

1.1.2海洋腐蚀的形式

（1）海水腐蚀

海水中含有大量、等多种成分，对于浸没在海水中的金属材料具有极强的腐蚀性。这些腐蚀性离子还以细浪或者烟雾等形式漂浮在空气中腐蚀海上结构物。

（2）微生物腐蝕

海洋中有大量的微生物，形成微生物腐蚀。中国工程院院士柯伟认为每年与海洋微生物有关的材料破坏和失效占到涉海材料损失总量的。由此可见微生物腐蚀的带来的危害必须重视起来。

1.2防腐材料

为防止海水腐蚀对海洋工程设施的危害，工程人员通常会在工程设施表面涂上一层防腐涂料，以避免腐蚀介质与钢铁直接接触，从而避免钢铁发生腐蚀。水基自固化无机锌硅防腐涂料就是最新研制的新型防腐涂料。该材料特点是固化快，结合力强，防腐蚀性能优异，耐高温，耐老化，是长期在海洋，大气等腐蚀性介质中工作的钢铁结构的防腐材料。目前该材料在军事、商业、资源开发等很多领域都有广泛的应用。

此外，高性能耐腐钛合金材料、非晶态耐蚀钛合金材料都是性能良好的新型防腐蚀材料

2、军事海洋材料

军事海洋材料是当今科技含量最高的领域，高校、科研机构和现代化生产企业三位一体的研发模式是最理想的。它是一个国家科技水平的完美展现。

2.1减振降噪及隐身材料

在减震降噪方面，目前军事大国都在大力开展鱼雷噪聲的综合治理工作，力求降低鱼雷的噪音水平。潜艇表面的涂料由阻尼涂层制成，该涂层可以吸收声呐波，最大限度的规避敌方侦查，它还可以降低自身行进过程中产生的噪音。

水面舰艇如今也朝着隐身方向发展，在舰艇表面涂上吸收可见光和雷达波的涂料也可使水面舰艇达到隐身的效果。

2.2高温超导材料

舰船装备应用超导材料可以显著提高电力效率，减小设备尺寸、体积，减轻重量，增加有效载荷，降低噪音，提高隐蔽性，从而能大大提高舰艇的战斗力。

早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。高温超导材料，是具有高临界转变温度，能在液氨温度条件下工作的超导材料。因主要是氧化物材料，故又称高温氧化物超导材料。

高温超导电机的优势是运行成本可降低一半，供给同样动力尺寸仅为原来的三分之一，制造成本降低百分之四十，电流损耗可较少百分之五十。这些因素对船舶推进性能影响极大。

2.3钛和钛合金

由于钛合金材料显示良好的断裂韧性、耐腐蚀性、高温强度和低磁信号，钛合金的发展加工制造技术显得尤为重要。

由于钛合金具有耐高温强度性能，由钛合金和制成的新型复合材料可使发动机的耐高温性能得到显著改善。此外，钛合金的延展性，耐腐蚀性在舰船设计方面也得到很大的应用。

2.4其他材料

军事海洋材料一直处在科技前沿领域，与国防事业紧密相关。甲板防滑材料、潜艇等舰船的发动机排气隔热材料、阻燃材料、舰载导弹天线罩材料、军港防伪设施建筑材料、雷达探测及各种检测传感材料等都是军事海洋材料，它们的研制与应用体现出了一个国家的国防实力。

3、防污材料

3.1防污情势

海洋中存在大量的微生物.船舶在行进过程中船底和舷侧难免被海洋生物附着，因而增加了船舶发动机的负载。随着附着物的不断积累，航行阻力越来越大，航速下降，燃油耗费量增加，等温室气体排量增加，增加了航行成本，造成了环境污染，生态破坏。因此防污问题不容忽视。

3.2防污材料

传统的防污材料有机锡对环境的破坏特别严重。目前，有机锡的主要替代技术主要有可控溶解型防污漆、杂化防污漆、自抛光防污漆和低表面能防污漆。前三者属于释放型防污涂料，难免会对环境产生危害，而后者利用自身低表面能的特性进行防污，不仅环保无污染，而且摩擦阻力低，大大地降低了能耗，节约了航行成本，减少了温室气体的排放，可谓是一举多能。

总结：

海洋资源开发、海上运输、海港和海防建设都需要大量的新型材料和经过新型粉体材料表面防护的传统材料，研究这些材料的制备科学和工艺技术、失效机制、探索未来海洋开发所需求的新概念材料合成理论和应用领域预测显得格外重要和迫切。

如今的国际竞争演变成了科技的竞争，传统的材料已不能满足飞速发展的科技水平的需要，新材料的出现使得科技发展走向了新方向。提出将海洋材料研发作为海洋科技发展的一个密切相关而重要的科学问题，将有利于国家从整体上构思海洋战略发展规划。