飞机腐蚀与防护技术浅析

2019-01-25 12:40:29 作者：李善勋来源：希德防务分享至：

军用飞机是空军、海军航空兵、陆军航空兵的主要武器装备，是我军战斗力的重要组成部分，具有极其重要的军事地位。飞机在地面停放时由于不断地受到温度、湿热、盐雾、酸雨以及大气中的S02、H2S等环境因素的作用，防护涂层会发生粉化、龟裂、起泡、剥落等现象导致防腐功能失效，进而导致机体结构腐蚀，造成结构材料疲劳寿命大幅度下降。在飞行过程中，腐蚀环境和载荷的共同作用构成的腐蚀疲劳则会加剧结构的疲劳损伤，使结构的疲劳寿命显着下降。

随着服役日历时间增加和近年来我国环境污染的恶化，飞机结构的腐蚀损伤发展速度呈现出明显加快的趋势，目前我国有些飞机己出现大面积腐蚀，局部结构腐蚀损伤也十分严重。

舰载飞机极易发生严重腐蚀问题，国外经验证明，要解决陆基飞行器向海上飞行器改型的问题，必须先攻克腐蚀防护难题。据资料统计，美国1994年至2004年的十年间，每年约1亿平均维修工时用于解决腐蚀及腐蚀检查工作。平均7.6维修小时/飞行小时，占整个检查维修时间的36%；引发安全事故224件，涉及飞机227架，经济损失达10 亿美元/ 年。

图1 飞机结构腐蚀照片

飞机腐蚀的主要特点及重要性

飞机服役环境特点：

军用飞机结构的腐蚀损伤主要取决于其服役环境因素（如温度、湿度、降水、盐雾及凝露、环境污染程度、日照时间、风速等）以及飞机本身的抗腐蚀能力。与美国、俄罗斯等发达国家相比，我军飞机的服役环境更加严酷，飞机结构的腐蚀速率更快，特别是沿海和内陆湿热地区（如重庆等）服役环境更加严酷。总的来说，飞机结构的腐蚀在沿海地区比内陆地区严重，南方地区比北方地区严重。而在内陆地区，湿热地区比温和干冷地区严重。

飞机结构腐蚀：

影响军用飞机结构腐蚀的主要因素是：飞机结构本身的选材、结构设计、制造工艺、维护维修和服役环境等。飞机结构件发生腐蚀主要取决于材料的成分和组织、构件的结构形式和受力状态等。现役飞机结构的主体材料中易发生腐蚀的主要是铝合金、镁合金和高强度钢，其中以铝合金最为普遍和严重，特别是对晶间腐蚀敏感的LYl2CZ和LC4CS。飞机结构件腐蚀也和所处的服役环境密切相关，受环境的影响较大，腐蚀类型比较广泛，众多的影响因素也会产生耦合作用。飞机结构的腐蚀环境一般是潮湿的环境，主要产生电化学腐蚀，包括液膜下的电化学腐蚀和局部浸没在电介质溶液中的电化学腐蚀。

腐蚀的部位：

主要集中在外场无法检查，平时无法采取措施的机体结构内部、机身蒙皮铆接处、机翼、尾翼、起落架，以及可检性较差的承力件、框架、机身密封舱等容易积水的部位。

腐蚀材料：

现役飞机结构的主体材料主要有LYl2CZ、LC4CS、30CrMnSiA、镁合金等。调查表明，易发生腐蚀的材料主要是铝合金、镁合金和高强度钢，其中以铝合金最为普遍和严重，特别是对晶间腐蚀敏感的LYl2CZ和LC4CS。

腐蚀的外观特征：

（1）铝合金在飞机上大多用作承力构件的型材及蒙皮。蒙皮的腐蚀一般是漆层大面积脱落、鼓包、产生点蚀。腐蚀严重部位集中于紧固孔周围、接缝部位以及连接的结合面、蒙皮内表面与缘条、长桁、隔框接触的部位等。通常机身、机翼和尾翼的下表面蒙皮比上表面蒙皮腐蚀严重。用作承力构件的铝合金型材，腐蚀损伤后缘条鼓起，严重时出现层状剥离，腐蚀产物是灰暗或灰白色的磷片状产物。

（2）在飞机结构中使用较多的合金钢材料是30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrNiMoA等。钢件腐蚀后轻者出现红褐色锈层，重者出现蚀坑、疲劳裂纹等。一般来说，合金钢的强度越高，耐蚀能力越差，对应力腐蚀的敏感性就越大。

腐蚀类型：

飞机结构中使用镁或钛合金材料。钛合金的电极电位较高，一般不易发生腐蚀。镁合金材料电极电位较低，在海洋环境条件下容易产生电化学腐蚀。从军用飞机服役期间金属材料所发生的腐蚀情况来看，可以划分为如下典型的腐蚀类型：均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀（点蚀或坑蚀）、晶间腐蚀（严重时表现为剥蚀）、腐蚀疲劳和氢损伤，另外还有磨损腐蚀、应力腐蚀开裂、丝状腐蚀和微生物腐蚀等。

腐蚀的严重性：

（1）直接影响飞机结构完整性；

（2）导致金属结构加速腐蚀破坏；

（3）非金属件老化及油液污染变质；

（4）增加维护、维修工作的费用和工作量；

（5）危及飞行安全；

（6）大大缩短飞机的使用寿命，影响飞机使用性能。

飞机腐蚀防护技术发展现状

合理的结构设计：

密封：选用高可靠性的密封剂和缓蚀剂避免雨水或清洗水从缝隙、沟槽、搭接部位流入或渗入机内；通风：设计通风口盖、通气孔防止潮气滞留机内，侵蚀结构和设备；排水：设计排水孔，使污水、积水尽快排除；控制电偶腐蚀：不允许有电偶腐蚀倾向的构件之间相互接触；折叠机翼：机构简单，易于折翻，转角均圆滑过渡，合理选择锻件分模面，主应力、流线方向和分模面匹配，提高锻件的抗应力腐蚀能力和承载能力。

选用综合性能优良的耐蚀材料：

全面综合（强度、断裂韧性、耐腐蚀性、轻量化、经济性等）在满足战术技术性能的前提下，尽可能选用耐蚀材料：

◆ 从设计、选材等即把腐蚀控制技术纳入飞机结构耐久性设计；

◆ 建立分级的腐蚀性能评估方法供设计选材使用；

◆ 重要结构材料都有比较全面的腐蚀性能数据；

◆ 较完备的高强度材料应力腐蚀开裂应力强度门槛值。