飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕控制研究

【摘 要】文章首先簡(jiǎn)述了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象以及腐蝕類型，然后分析了飛機(jī)結(jié)構(gòu)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(diǎn)探討了飛機(jī)腐蝕預(yù)防的方法。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)結(jié)構(gòu)；腐蝕；控制

一、前言

腐蝕是影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)壽命的主要損傷之一，嚴(yán)重的腐蝕會(huì)造成飛機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的停場(chǎng)修理，為了保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性，降低維護(hù)成本，需要盡早發(fā)現(xiàn)腐蝕損傷并采取相應(yīng)的處理措施。

二、飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象

1、飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕現(xiàn)象

由于中國(guó)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(yùn)輸?shù)挠绊懀g問(wèn)題比較突出。一般對(duì)飛機(jī)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(diào)口周圍或前后勤務(wù)門口周圍，它們一般屬于較低等級(jí)的腐蝕損傷。

隨著飛機(jī)飛行時(shí)間的累計(jì)增加，結(jié)構(gòu)受腐蝕環(huán)境的影響加重，腐蝕的程度和腐蝕的區(qū)域會(huì)增加。在一些老舊飛機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)前后廁所區(qū)域下部地板梁、登機(jī)門的門檻區(qū)域、機(jī)身下部蒙皮、龍骨梁、貨艙門框下角蒙皮、貨艙下部長(zhǎng)桁或隔框等結(jié)構(gòu)區(qū)域有不同程度的腐蝕損傷。

及時(shí)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷進(jìn)行檢查，正確地確定腐蝕等級(jí)，從而采取適當(dāng)或改進(jìn)的防腐措施才能提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)的完整性并降低飛機(jī)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(diǎn)，有的產(chǎn)生較深的銹斑，有的則產(chǎn)生晶粒間的腐蝕。飛機(jī)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(yīng)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(lái)，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(huì)逐漸失去光澤或受到氧化。

表面腐蝕說(shuō)明表面保護(hù)層受到了損傷，因此，應(yīng)該仔細(xì)檢查是否發(fā)生了更嚴(yán)重的腐蝕。如果任由表面腐蝕繼續(xù)發(fā)展，表面就會(huì)變得更加粗糙不堪，并導(dǎo)致出現(xiàn)更為嚴(yán)重的腐蝕。輕輕擦洗通常能消除這種腐蝕，并使表面恢復(fù)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(diǎn)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(huì)因受到腐蝕而產(chǎn)生銹斑。通過(guò)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?？梢哉J(rèn)為這些凹陷是產(chǎn)生更加嚴(yán)重的腐蝕和疲勞的潛在的起點(diǎn)。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?，銹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(yán)重。

2.3、剝落腐蝕

這類腐蝕出現(xiàn)在高強(qiáng)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(qiáng)力作用的類型來(lái)說(shuō)，尤其嚴(yán)重，在這些型材中，把金屬的晶粒壓長(zhǎng)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(jié)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(gè)截口。

三、飛機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)結(jié)構(gòu)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(xué)或電化學(xué)反應(yīng)在金屬表面均勻進(jìn)行，結(jié)果使金屬表面均勻變薄，直至破壞，一般來(lái)說(shuō)，均勻腐蝕對(duì)機(jī)體結(jié)構(gòu)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(dǎo)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(jī)結(jié)構(gòu)上最為普遍。

1.3、縫隙腐蝕

處于腐蝕介質(zhì)中的金屬結(jié)構(gòu)，由于金屬結(jié)構(gòu)件之間形成縫隙，腐蝕介質(zhì)就會(huì)進(jìn)人并留在縫隙內(nèi)，從而使縫隙內(nèi)部腐蝕加速。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，不銹鋼、鋁合金、欽合金對(duì)縫隙腐蝕最為敏感。

1.4、孔蝕（點(diǎn)蝕或坑蝕）

金屬表面在拉應(yīng)力或化學(xué)物質(zhì)作用下，保護(hù)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(yīng)力集中，成為腐蝕疲勞的裂紋源。孔蝕危害性極大，有可能導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)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(jié)果使晶粒間的結(jié)合力遭到破壞，從而使金屬的強(qiáng)度和塑性大大降低。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中，用來(lái)制造承力構(gòu)件的機(jī)翼梁緣條、長(zhǎng)析等鋁合金構(gòu)件易產(chǎn)生晶間腐蝕。

1.6、應(yīng)力腐蝕開裂

簡(jiǎn)稱為應(yīng)力腐蝕，是指金屬材料在拉應(yīng)力和特定的腐蝕介質(zhì)共同作用下引起的開裂。這是一種危險(xiǎn)性最大的腐蝕形態(tài)，往往引起結(jié)構(gòu)件的突然斷裂，造成災(zāi)難性事故。

1.7、腐蝕疲勞

是腐蝕介質(zhì)和交變應(yīng)力共同作用下引起的材料或構(gòu)件的疲勞破壞，也是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)比較多的，且危險(xiǎn)性大的一種破壞形式，直接影響著飛機(jī)結(jié)構(gòu)的使用壽命。

2、腐蝕發(fā)生的原因

2.1、設(shè)計(jì)和制造原因

從飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造來(lái)看，飛機(jī)設(shè)計(jì)師盡量采用重量輕、強(qiáng)度大的高效材料，如高強(qiáng)度鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料、超高強(qiáng)度合金鋼等材料。其中，高強(qiáng)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(zhì)溶液，極易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。不同的金屬相接時(shí)，造成不同金屬之間的電位差和導(dǎo)電通路。

而各個(gè)部件組裝在一起時(shí)，縫隙會(huì)存水和贓物形成電解質(zhì)。有些結(jié)構(gòu)處于高應(yīng)力狀態(tài)形成應(yīng)力腐蝕的根源。在制造過(guò)程中，由于生產(chǎn)工藝不當(dāng)，操作失誤等原因，保護(hù)性涂層質(zhì)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(jī)使用過(guò)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(jī)表面涂層損壞，進(jìn)而發(fā)生化學(xué)、電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕。當(dāng)大氣中的相對(duì)濕度大于65%時(shí)，物體表面會(huì)附著一層0.001微米厚的水膜，相對(duì)濕度較大，水膜越厚。當(dāng)相對(duì)濕度為100%時(shí)，物體表面會(huì)產(chǎn)生冷凝水。這些導(dǎo)電的水溶液便是引起結(jié)構(gòu)件腐蝕的最主要、最普遍的環(huán)境介質(zhì)。

2.3、裝載原因

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

2.4、維護(hù)原因

由于維護(hù)不當(dāng)，沒(méi)有實(shí)施正確的腐蝕防護(hù)，也會(huì)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(dòng)物、鳥類貨物的飼料及排泄物的污染等；機(jī)翼大梁的前后結(jié)合面。機(jī)翼大梁與腹板結(jié)合面，機(jī)身蒙皮與桁條結(jié)合面發(fā)生的腐蝕，一般是隱蔽性腐蝕。

四、飛機(jī)腐蝕預(yù)防的方法

1、應(yīng)力腐蝕方面

使用具有良好抗應(yīng)力腐蝕性能的材料；減少應(yīng)力集中；不允許持久的拉伸應(yīng)力超過(guò)臨界拉伸應(yīng)力值；采用消除應(yīng)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(yīng)力，對(duì)于高溫處理的鋼和鋁來(lái)說(shuō)，消除其殘余拉應(yīng)力尤其重要；使用墊片可以進(jìn)一步消除和減少裝配時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力；控制公差來(lái)降低組件裝配產(chǎn)生的應(yīng)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(guò)大的彎曲應(yīng)力，必要時(shí)應(yīng)對(duì)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(yīng)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?yàn)樗鼈兛赡茉斐煽變?nèi)周圍的應(yīng)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(shì)序應(yīng)接近；在腐蝕環(huán)境中，如飛機(jī)上廚房和廁所等地方，應(yīng)避免使用不同的金屬組合；在不同的金屬之間應(yīng)加上保護(hù)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(yīng)采取特殊的預(yù)防措施；用密封材料和保護(hù)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(rùn)滑劑，應(yīng)正確選擇潤(rùn)滑劑及使用厚度；嚴(yán)封結(jié)合口，防止腐蝕物質(zhì)滲入；對(duì)重要的疲勞關(guān)鍵部位，除了鉚接連接外，還要考慮使用膠接來(lái)加強(qiáng)。

4、晶粒間腐蝕方面

避免露出橫短向晶粒；使用保護(hù)性薄膜，如電鍍、涂層、陽(yáng)極化或密封物；在結(jié)構(gòu)表面上進(jìn)行冷加工，如采用噴丸處理；采用對(duì)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(jī)防腐蝕設(shè)計(jì)

保證有充分通風(fēng)和排液的措施，減少蒸汽和水分的凝結(jié)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(jié)合部位設(shè)計(jì)雙重的防腐蝕保護(hù)。

裝配時(shí)在結(jié)合面上加密封材料，而緊固件安裝時(shí)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(jié)構(gòu)加速腐蝕；為了便于進(jìn)行腐蝕檢查和更換原件，防止腐蝕加速發(fā)展進(jìn)而腐蝕臨近的結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)易腐蝕部位應(yīng)設(shè)有方便的檢查口蓋；使用保護(hù)層。

如電鍍各種薄膜或加上包層的方法來(lái)保護(hù)基體金屬；水加上其中溶解的鹽分和別的化學(xué)物質(zhì)就形成了最常見的腐蝕劑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取有效的密封措施，防止水和其它腐蝕性液體進(jìn)入飛機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)部。

五、結(jié)束語(yǔ)

腐蝕是一個(gè)自然現(xiàn)象，不僅影響飛機(jī)的美觀外，更嚴(yán)重的是影響飛機(jī)的可靠性和性能，嚴(yán)重的腐蝕可能引起災(zāi)難性事故，最好的辦法是采取完善的腐蝕防護(hù)與控制措施，將腐蝕破壞率降低到最小，使飛機(jī)實(shí)際壽命達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)壽命，確保飛機(jī)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]殷建新.飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕與使用壽命研究[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011

[2]宋慧志.飛機(jī)腐蝕與防護(hù)[J].飛機(jī)設(shè)計(jì)，2010