飛機結構腐蝕控制研究

【摘 要】文章首先簡述了飛機結構的腐蝕現(xiàn)象以及腐蝕類型，然后分析了飛機結構上不同的部位所產(chǎn)生的腐蝕形式以及產(chǎn)生的原因，最后重點探討了飛機腐蝕預防的方法。

【關鍵詞】飛機結構；腐蝕；控制

一、前言

腐蝕是影響飛機結構壽命的主要損傷之一，嚴重的腐蝕會造成飛機長時間的停場修理，為了保證飛機結構的完整性和可靠性，降低維護成本，需要盡早發(fā)現(xiàn)腐蝕損傷并采取相應的處理措施。

二、飛機結構的腐蝕現(xiàn)象

1、飛機結構的腐蝕現(xiàn)象

由于中國江淮以南地區(qū)雨水多、氣候潮濕，受海水鹽霧和大量海鮮運輸?shù)挠绊?，腐蝕問題比較突出。一般對飛機的檢查發(fā)現(xiàn)，損傷一般發(fā)生在貨艙門檻區(qū)域、貨艙地板支撐梁區(qū)域、地面空調口周圍或前后勤務門口周圍，它們一般屬于較低等級的腐蝕損傷。

隨著飛機飛行時間的累計增加，結構受腐蝕環(huán)境的影響加重，腐蝕的程度和腐蝕的區(qū)域會增加。在一些老舊飛機檢查時發(fā)現(xiàn)前后廁所區(qū)域下部地板梁、登機門的門檻區(qū)域、機身下部蒙皮、龍骨梁、貨艙門框下角蒙皮、貨艙下部長桁或隔框等結構區(qū)域有不同程度的腐蝕損傷。

及時對飛機結構的腐蝕損傷進行檢查，正確地確定腐蝕等級，從而采取適當或改進的防腐措施才能提高飛機結構的完整性并降低飛機的維修成本。

2、常見的腐蝕類型

腐蝕有許多不同的形式，有的使表面出現(xiàn)污點，有的產(chǎn)生較深的銹斑，有的則產(chǎn)生晶粒間的腐蝕。飛機上所出現(xiàn)的腐蝕的類型，包括一般的表面腐蝕、銹斑、晶粒間的腐蝕、剝落、應力腐蝕、電池作用腐蝕及摩擦腐蝕等。

2.1、表面腐蝕

這一類型腐蝕用肉眼看是均勻的，外觀很難看。表面腐蝕的例子很多，有的使鮮艷光澤的表面暗淡下來，有的使光潔的表面變得粗糙，有的是酸性的清潔劑引起的腐蝕，有的是由于鋼的氧化作用褪色?？垢g鋼和不銹鋼在腐蝕的環(huán)境中也會逐漸失去光澤或受到氧化。

表面腐蝕說明表面保護層受到了損傷，因此，應該仔細檢查是否發(fā)生了更嚴重的腐蝕。如果任由表面腐蝕繼續(xù)發(fā)展，表面就會變得更加粗糙不堪，并導致出現(xiàn)更為嚴重的腐蝕。輕輕擦洗通常能消除這種腐蝕，并使表面恢復光潔。

2.2、銹斑腐蝕

銹蝕可能出現(xiàn)在局部的斑紋處，其一般特點是呈現(xiàn)出粉狀的腐蝕物。在鋁和鎂合金零件上，這種腐蝕是白色和灰色的。大多數(shù)金屬及其合金，都會因受到腐蝕而產(chǎn)生銹斑。通過銹斑腐蝕表面作一橫斷面，可以看到表面出現(xiàn)深淺程度不同的凹陷。可以認為這些凹陷是產(chǎn)生更加嚴重的腐蝕和疲勞的潛在的起點。清除腐蝕物之后，可以看到在金屬或合金表面上有許多的洞坑?？傊P斑腐蝕由于它的局部性和集中性而使它比一般表面腐蝕更為嚴重。

2.3、剝落腐蝕

這類腐蝕出現(xiàn)在高強度鋁合金中，是晶粒間腐蝕的一種形式。這由于受到擠壓或受到其他強力作用的類型來說，尤其嚴重，在這些型材中，把金屬的晶粒壓長了、壓扁了。在這些沿著晶界所產(chǎn)生的腐蝕物在晶粒之間施加壓力，其結果把那些晶粒頂起并使其脫離母體。這種腐蝕通常是從晶粒的兩端開始發(fā)生，還可能一直發(fā)展到整個截口。

三、飛機結構上不同的部位所產(chǎn)生的腐蝕形式以及產(chǎn)生的原因

1、飛機結構上不同的部位所產(chǎn)生的腐蝕形式

1.1、均勻腐蝕

均勻腐蝕是以金屬表面的剝落為特征的，化學或電化學反應在金屬表面均勻進行，結果使金屬表面均勻變薄，直至破壞，一般來說，均勻腐蝕對機體結構危害性小，易發(fā)現(xiàn)，易于修理。

1.2、電化腐蝕

在電解液存在的前提下，兩種不同電位的金屬或金屬與非金屬導體電化聯(lián)接所引起的腐蝕，又稱接觸腐蝕。這種腐蝕形式在飛機結構上最為普遍。

1.3、縫隙腐蝕

處于腐蝕介質中的金屬結構，由于金屬結構件之間形成縫隙，腐蝕介質就會進人并留在縫隙內，從而使縫隙內部腐蝕加速。在飛機結構中，不銹鋼、鋁合金、欽合金對縫隙腐蝕最為敏感。

1.4、孔蝕（點蝕或坑蝕）

金屬表面在拉應力或化學物質作用下，保護層遭到破壞，使金屬直接暴露在腐蝕環(huán)境中，形成局部腐蝕小孔并向深入發(fā)展的一種破壞形式。其腐蝕部位常被腐蝕產(chǎn)物所覆蓋，不易發(fā)現(xiàn)，易產(chǎn)生應力集中，成為腐蝕疲勞的裂紋源?？孜g危害性極大，有可能導致飛機結構的突發(fā)性事故。

1.5、晶間腐蝕

沿著晶體的晶粒邊界或晶界附近發(fā)生的腐蝕，其結果使晶粒間的結合力遭到破壞，從而使金屬的強度和塑性大大降低。在飛機結構中，用來制造承力構件的機翼梁緣條、長析等鋁合金構件易產(chǎn)生晶間腐蝕。

1.6、應力腐蝕開裂

簡稱為應力腐蝕，是指金屬材料在拉應力和特定的腐蝕介質共同作用下引起的開裂。這是一種危險性最大的腐蝕形態(tài)，往往引起結構件的突然斷裂，造成災難性事故。

1.7、腐蝕疲勞

是腐蝕介質和交變應力共同作用下引起的材料或構件的疲勞破壞，也是飛機結構中出現(xiàn)比較多的，且危險性大的一種破壞形式，直接影響著飛機結構的使用壽命。

2、腐蝕發(fā)生的原因

2.1、設計和制造原因

從飛機設計和制造來看，飛機設計師盡量采用重量輕、強度大的高效材料，如高強度鋁合金、鈦合金、復合材料、超高強度合金鋼等材料。其中，高強度鋁合金本身由多種金屬熔煉而成，不同金屬元素之間存在較高的電位差，如遇到電解質溶液，極易發(fā)生電化學腐蝕。不同的金屬相接時，造成不同金屬之間的電位差和導電通路。

而各個部件組裝在一起時，縫隙會存水和贓物形成電解質。有些結構處于高應力狀態(tài)形成應力腐蝕的根源。在制造過程中，由于生產(chǎn)工藝不當，操作失誤等原因，保護性涂層質量不高，缺乏腐蝕控制措施等原因，都可能造成腐蝕。

2.2、環(huán)境原因

在飛機使用過程中，由于環(huán)境惡劣，如雨、雪、霧、沙塵天氣較多，空氣潮濕、鹽霧、工業(yè)大氣等原因，容易造成飛機表面涂層損壞，進而發(fā)生化學、電化學腐蝕、應力腐蝕。當大氣中的相對濕度大于65%時，物體表面會附著一層0.001微米厚的水膜，相對濕度較大，水膜越厚。當相對濕度為100%時，物體表面會產(chǎn)生冷凝水。這些導電的水溶液便是引起結構件腐蝕的最主要、最普遍的環(huán)境介質。

2.3、裝載原因

野蠻裝卸會造成貨艙地板、側壁板、頂板的損傷，由于滲漏或冷凝水，加上結構縫隙中殘留的污垢，容易形成腐蝕液或電解質溶液而產(chǎn)生腐蝕。

2.4、維護原因

由于維護不當，沒有實施正確的腐蝕防護，也會造成腐蝕。

常見腐蝕部位：客艙座椅安裝軌道；靠近廚房、廁所附近的地板梁及貨艙地板梁的腐蝕；活體動物、鳥類貨物的飼料及排泄物的污染等；機翼大梁的前后結合面。機翼大梁與腹板結合面，機身蒙皮與桁條結合面發(fā)生的腐蝕，一般是隱蔽性腐蝕。

四、飛機腐蝕預防的方法

1、應力腐蝕方面

使用具有良好抗應力腐蝕性能的材料；減少應力集中；不允許持久的拉伸應力超過臨界拉伸應力值；采用消除應力的熱處理和表面冷加工（如噴丸處理），以清除表面殘余拉應力，對于高溫處理的鋼和鋁來說，消除其殘余拉應力尤其重要；使用墊片可以進一步消除和減少裝配時產(chǎn)生的應力；控制公差來降低組件裝配產(chǎn)生的應力；控制擰緊螺栓上螺帽的扭矩，防止在元件（如突耳）上產(chǎn)生過大的彎曲應力，必要時應對緊固件規(guī)定出擰緊的扭矩要求；減少材料短橫晶粒方向上的應力；在敏感材料的橫向表面上使用干涉配合的襯墊或緊固件，因為它們可能造成孔內周圍的應力集中。

2、電池作用腐蝕方面

金屬組合件中接觸元件之間的電勢序應接近；在腐蝕環(huán)境中，如飛機上廚房和廁所等地方，應避免使用不同的金屬組合；在不同的金屬之間應加上保護性涂層，或在它們之間用惰性材料隔開。尤其是鎂合金與其他金屬組合情況，應采取特殊的預防措施；用密封材料和保護性涂層等方法防止與水接觸。

3、摩擦腐蝕方面

在接觸面上使用潤滑劑，應正確選擇潤滑劑及使用厚度；嚴封結合口，防止腐蝕物質滲入；對重要的疲勞關鍵部位，除了鉚接連接外，還要考慮使用膠接來加強。

4、晶粒間腐蝕方面

避免露出橫短向晶粒；使用保護性薄膜，如電鍍、涂層、陽極化或密封物；在結構表面上進行冷加工，如采用噴丸處理；采用對晶粒間腐蝕敏感較小以及不同熱處理的材料，7050-T73鋁合金。

3、飛機防腐蝕設計

保證有充分通風和排液的措施，減少蒸汽和水分的凝結和積存；避免使用吸水性材料（如氈制品、石棉和棉織物）與金屬表面接觸；給永久性的結合部位設計雙重的防腐蝕保護。

裝配時在結合面上加密封材料，而緊固件安裝時也加上密封膠。在這種情況下，密封材料可以形成一層阻隔，從而防止?jié)駳夂鸵后w滲入，以避免結構加速腐蝕；為了便于進行腐蝕檢查和更換原件，防止腐蝕加速發(fā)展進而腐蝕臨近的結構，在結構易腐蝕部位應設有方便的檢查口蓋；使用保護層。

如電鍍各種薄膜或加上包層的方法來保護基體金屬；水加上其中溶解的鹽分和別的化學物質就形成了最常見的腐蝕劑，結構設計時，必須采取有效的密封措施，防止水和其它腐蝕性液體進入飛機結構內部。

五、結束語

腐蝕是一個自然現(xiàn)象，不僅影響飛機的美觀外，更嚴重的是影響飛機的可靠性和性能，嚴重的腐蝕可能引起災難性事故，最好的辦法是采取完善的腐蝕防護與控制措施，將腐蝕破壞率降低到最小，使飛機實際壽命達到或超過設計壽命，確保飛機安全與經(jīng)濟運行。

參考文獻：

[1]殷建新.飛機結構腐蝕與使用壽命研究[J].海軍航空工程學院學報，2011

[2]宋慧志.飛機腐蝕與防護[J].飛機設計，2010