飛機(jī)防腐劑的適航與施工

彭華喬，李林，葉李薇，張亞博，李開宇，王強(qiáng)，張帆，蘇正良

（中國民航局第二研究所，四川 成都 610041）

飛機(jī)若在周圍環(huán)境因素(如大氣、水分、化學(xué)物質(zhì)、溫濕度變化、空氣中的顆粒、航空油料等)的影響下發(fā)生結(jié)構(gòu)腐蝕，將嚴(yán)重影響飛行安全。2000年5月27日，臺(tái)灣華航的一架波音747飛機(jī)由于金屬腐蝕疲勞造成尾翼裂紋，飛機(jī)墜入南中國海，225人喪生[1]。在航空史上，因腐蝕問題引起的飛行事故屢屢發(fā)生，這不僅影響到飛行安全，而且給飛機(jī)維護(hù)工作帶來沉重負(fù)擔(dān)，同時(shí)還產(chǎn)生巨大的維修費(fèi)用，縮短了飛機(jī)的服役壽命。因此，積極采取預(yù)防措施，防止飛機(jī)產(chǎn)生腐蝕顯得尤為重要[2]。我國民航局頒發(fā)的《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》(CCAR-25)[3]就對(duì)飛機(jī)防腐提出了具體要求。

飛機(jī)防腐劑作為一種航空化學(xué)產(chǎn)品(以下簡稱“航化產(chǎn)品”)，主要由緩蝕劑、成膜劑、表面活性劑、溶劑、染色劑等組成，可有效控制腐蝕的產(chǎn)生和擴(kuò)展，在民用航空領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域的需求量巨大。飛機(jī)防腐劑的工作原理是利用其快速滲透和固化能力，將材料空隙中的水和腐蝕介質(zhì)置換出來，并在表面形成保護(hù)膜，通過膜層防止腐蝕介質(zhì)與材料表面直接接觸[4]，降低飛機(jī)金屬材料的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

1 飛機(jī)防腐劑的適航

航化產(chǎn)品直接使用于民用航空產(chǎn)品(指民用航空器、發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳、機(jī)載設(shè)備、零部件及航空材料)，影響其性能，甚至飛行安全。不合格的航化產(chǎn)品會(huì)腐蝕民用航空產(chǎn)品，縮短其使用壽命。因此，航化產(chǎn)品的適航管理是民用航空安全管理的重要環(huán)節(jié)。所謂適航，是指航空器(包括部件及子系統(tǒng))的整體性能和操作特性在預(yù)期運(yùn)行環(huán)境和使用限制下都得到安全和物理完整。

為此，民航局于2004年制定并頒發(fā)了《民用航空用化學(xué)產(chǎn)品適航規(guī)定》(CCAR-53)[5]，規(guī)定了航化產(chǎn)品的適航要求主要包括兩個(gè)方面：一是質(zhì)量保證體系，二是產(chǎn)品技術(shù)要求。

1.1 質(zhì)量保證體系

航化產(chǎn)品在飛機(jī)制造和維修保養(yǎng)中是必不可少的，其質(zhì)量直接關(guān)系到航空安全，因此控制質(zhì)量是至關(guān)重要的。質(zhì)量保證體系的控制要素至少應(yīng)涵蓋CCAR-53第十五條規(guī)定的全部內(nèi)容，包括人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面，以確保生產(chǎn)的航化產(chǎn)品能夠持續(xù)符合相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并處于安全可用狀態(tài)。

這些質(zhì)量體系要求主要依據(jù)ISO 9000、AS 9100的相關(guān)要求制定，并特別增加了“向局方(在CCAR-53中是指民航總局及民航地區(qū)管理局，但現(xiàn)在的做法是向民航局和航油航化適航審定中心報(bào)告)報(bào)告的程序”，以確保航化產(chǎn)品生產(chǎn)商發(fā)生重要變更、產(chǎn)品存在質(zhì)量事故等情況時(shí)，得到局方的有效控制和妥善處理。

1.2 產(chǎn)品技術(shù)要求

目前，飛機(jī)防腐劑的技術(shù)要求主要依據(jù)國外軍方、行業(yè)協(xié)會(huì)和主機(jī)廠發(fā)布的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來制定。

1.2.1 MIL標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1.1 MIL-DTL-85054 D

美國軍方 2010年發(fā)布了 MIL-DTL-85054 D Corrosion Preventive Compound, Water-displacing,Transparent，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種透明的水置換型防腐劑，其施工可以采用刷涂或噴涂，相關(guān)技術(shù)要求見表1[6]。

一般來說，符合MIL-DTL-85054 D要求的防腐劑由異丙醇、石腦油、鋇鹽等組成，可涂覆于未涂漆的金屬表面，包括緊固件、接縫等，但不能用于運(yùn)動(dòng)部位處的防腐。代表性產(chǎn)品有LHB公司的SO SURE系列的部分產(chǎn)品。

表1 MIL-DTL-85054 D防腐劑技術(shù)要求Table 1 Technical requirements of corrosion inhibitors according to MIL-DTL-85054 D

李斌[8]針對(duì)MIL-DTL-85054 B(AS)的要求，采用酚醛樹脂、脫水添加劑、多種有機(jī)緩蝕劑、汽油溶劑、醇類助劑等原料研制了YTF-1飛機(jī)硬膜脫水防銹劑，對(duì)飛機(jī)用的鑄鎂ZM5、鋅Zn-3、鎘Cd3、鋁合金LY12、銅T3、黃銅H62等多種金屬均能起到良好的緩蝕作用。YTF-1具有良好的噴涂性能以及極強(qiáng)的滲透能力和水置換能力，施加在被防護(hù)結(jié)構(gòu)上，可自動(dòng)去除表面及縫隙中的水分和鹽分，并很快形成一層透明的膜[9]。

1.2.1.2 MIL-PRF-81309 G

美國軍方 2014年發(fā)布了 MIL-PRF-81309 G Corrosion Preventive Compound, Water-displacing,Ultra-thin Film。該標(biāo)準(zhǔn)將防腐劑分為3種類型，其中III型屬于航空電子型防腐劑。該類防腐劑一般由石腦油、鋇鹽、四氟乙烷等組成，黏度較低，固化后形成的膜層非常薄，適用于電子元器件的防腐。

該標(biāo)準(zhǔn)在MIL-DTL-85054 D的基礎(chǔ)上，針對(duì)飛機(jī)上電子元器件的工作環(huán)境，比如材料的絕緣性、阻燃性等，對(duì)航空電子型飛機(jī)防腐劑增加了一些特殊的技術(shù)要求，比如絕緣強(qiáng)度不低于25 000 V，電子元件的電阻變化小于5 mΩ，拋射劑不應(yīng)使火焰擴(kuò)展，閃點(diǎn)大于60 °C等[10]。代表性的產(chǎn)品有LHB公司的SO SURE系列的部分產(chǎn)品，Corrosion Technologies公司的NavGuard系列產(chǎn)品。

1.2.2 SAE標(biāo)準(zhǔn)

SAE AMS 3077 Compound, Corrosion Preventive, Soft Film, Thixotropic, Cold Application規(guī)定了一種觸變型飛機(jī)防腐劑，可噴涂或刷涂。該標(biāo)準(zhǔn)將防腐劑分為兩類，I類為未染色防腐劑，II類為染色防腐劑，技術(shù)要求見表2[11]。

表2 SAE AMS 3077飛機(jī)防腐劑的技術(shù)要求Table 2 Technical requirements of aircraft corrosion inhibitors according to SAE AMS 3077

SAE標(biāo)準(zhǔn)增加了很多防腐劑與飛機(jī)材料相容性的試驗(yàn)要求，以確保防腐劑不會(huì)對(duì)飛機(jī)材料產(chǎn)生腐蝕。這些相容性試驗(yàn)包括全浸腐蝕(ASTM F 483)、低脆鎘腐蝕(ASTM F 1111)、氫脆(ASTM F 519)、對(duì)漆層的影響(ASTM F 502)、聚丙烯酸酯銀紋化(ASTM F 484)等。其中，全浸腐蝕和低脆鎘腐蝕主要驗(yàn)證防腐劑對(duì)飛機(jī)常用金屬材料的腐蝕程度；氫脆主要驗(yàn)證防腐劑是否會(huì)使飛機(jī)用的高強(qiáng)度鋼在應(yīng)力作用下產(chǎn)生脆性斷裂；對(duì)漆層的影響主要驗(yàn)證防腐劑是否會(huì)引起飛機(jī)用的涂層產(chǎn)生鼓泡，硬度降低等；聚丙烯酸酯銀紋化主要驗(yàn)證防腐劑是否會(huì)令飛機(jī)用的有機(jī)玻璃產(chǎn)生銀紋。

該類防腐劑一般由石腦油、鋇鹽、9～11個(gè)碳的烷烴、16～20個(gè)碳的烷烴等組成，可用于飛機(jī)涂漆和未涂漆表面，代表性產(chǎn)品有Chemetall公司的Ardrox?AV30。

1.2.3 波音標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3.1 BMS 3-23

BMS 3-23 Organic Corrosion Inhibiting Compound規(guī)定了由溶劑分散的水置換型飛機(jī)防腐劑[12]。它由揮發(fā)性溶劑以及溶解在其中的非揮發(fā)性有機(jī)物組成，具有較強(qiáng)的滲透性，可以滲透進(jìn)極小的縫隙和孔內(nèi)。溶劑揮發(fā)后形成一層很薄的膜，將表面原來吸附的水分置換出來，并將表面重新覆蓋。這類防腐劑形成的保護(hù)膜比較薄，使飛機(jī)質(zhì)量增加較小，但是具有耐久性較差、固化后黏性較大等缺點(diǎn)。

BMS 3-23對(duì)飛機(jī)防腐劑的技術(shù)指標(biāo)和使用性能作了要求，見表3。該標(biāo)準(zhǔn)是波音制定的關(guān)于防腐劑最基本的標(biāo)準(zhǔn)，BMS 3-26、BMS 3-29、BMS 3-35等其他標(biāo)準(zhǔn)都是在BMS 3-23的基礎(chǔ)上編制而成的，技術(shù)要求基本與BMS 3-23保持一致。

該類防腐劑一般由石腦油、鋇鹽、9～11個(gè)碳的烷烴等組成，可用于飛機(jī)涂漆和未涂漆表面。對(duì)于防腐要求較高的部位，一般需要與符合BMS 3-26要求的防腐劑聯(lián)合使用，代表性產(chǎn)品有Chemetall公司的Ardrox?AV 8和Zip-Chem Products公司的Cor-Ban 23。

表3 BMS 3-23飛機(jī)防腐劑的技術(shù)要求Table 3 Technical requirements of aircraft corrosion inhibitors according to BMS 3-23

1.2.3.2 BMS 3-26

符合BMS 3-26 Organic Corrosion Inhibiting Compounds，Heavy Duty標(biāo)準(zhǔn)的防腐劑稱為重型防腐劑[13]。這類防腐劑固化后形成的保護(hù)膜較厚，耐磨性較好。這類防腐劑的單位面積較重，對(duì)飛機(jī)增重影響較大。

BMS 3-26防腐劑主要用于可能發(fā)生腐蝕(即環(huán)境敏感性指數(shù)較低)的飛機(jī)區(qū)域。這類防腐劑的滲透能力較差，很難滲入較小的縫隙及孔內(nèi)。所以該類防腐劑一般不能單獨(dú)使用，而是使用BMS 3-23防腐劑之后作為水置換型防腐劑的保護(hù)層[14]。該類防腐劑一般由石腦油、丙氧基丙醇等組成，可用于飛機(jī)涂漆和未涂漆表面，代表性產(chǎn)品有Chemetall公司的Ardrox?AV 25和Ardrox?AV 100D。

1.2.3.3 BMS 3-29

符合BMS 3-29 Advanced Organic Corrosion Inhibiting Compounds標(biāo)準(zhǔn)的是高等防腐劑[15]，同時(shí)具有水置換型以及重型防腐劑的優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的滲透性能和較好的耐久性。BMS 3-29可以單獨(dú)替代BMS 3-23，也可以同時(shí)替代BMS 3-23和BMS 3-26。但基于最小厚度，BMS 3-29單獨(dú)替代BMS 3-23使用時(shí)增重3倍，替代BMS 3-23 + BMS 3-26使用時(shí)減重40%。因此，一般不建議用BMS 3-29單獨(dú)替代BMS 3-23。該類防腐劑一般由石腦油、鋇鹽、9～11個(gè)碳的烷烴、16～20個(gè)碳的烷烴等組成，可用于飛機(jī)涂漆和未涂漆表面。代表性產(chǎn)品有Chemetall公司的Ardrox?AV 30和Zip-Chem Products公司的ZC-029。

張亞娟等[16]的研究表明，經(jīng)6個(gè)周期的老化試驗(yàn)后，涂裝AV30的試件的面漆及背面涂層幾乎沒有變化，而其他緊固件試樣周圍的面漆已出現(xiàn)小氣泡。同時(shí)，涂裝AV30試件的電阻值下降幅度以及有機(jī)涂層光澤度下降率都較小。杜洪增等[17]將AV30防腐劑涂在鉚接組合件的鉚縫處，在15 min內(nèi)便滲透到鉚接組合件的縫隙內(nèi)，起到填充縫隙的作用。

1.2.3.4 BMS 3-35

BMS 3-35 Heavy Duty Corrosion Inhibiting Compounds是用于代替BMS 3-29的新型水置換型防腐劑標(biāo)準(zhǔn)[18]。與BMS 3-29相比，BMS 3-35具有更強(qiáng)的滲透能力以及更快的固化速率。符合BMS 3-35的產(chǎn)品將同時(shí)滿足BMS 3-23和BMS 3-29的所有性能要求，可以被批準(zhǔn)在波音所有飛機(jī)上使用，屬于波音飛機(jī)中使用批準(zhǔn)最全、綜合性能最優(yōu)的產(chǎn)品。國內(nèi)尚未大范圍使用這類防腐劑的原因主要是經(jīng)濟(jì)問題和清洗問題(BMS 3-35的產(chǎn)品比較難清除)。

該類防腐劑一般由石腦油、鋇鹽、鈣鹽、異丙醇、9～11個(gè)碳的烷烴等組成，可用于飛機(jī)涂漆和未涂漆表面。由于其黏度進(jìn)行了優(yōu)化，因此滲透性能和防腐性能更好，可確保更有效地保護(hù)飛機(jī)金屬材料。代表性產(chǎn)品有Chemetall公司的Ardrox?AV 15和Zip-Chem Products公司的COR-BAN 35。

1.2.4 指標(biāo)分析

上述標(biāo)準(zhǔn)所要求的技術(shù)指標(biāo)主要分為理化指標(biāo)、相容性要求和功能性要求。理化指標(biāo)包括黏度、不揮發(fā)物含量等；相容性要求包括鎘板相容性、全浸腐蝕等；功能性要求包括滲透性能、防腐性能等。其中滲透性能是表征飛機(jī)防腐劑使用效果的重要指標(biāo)，其測試方法是在模具中傾倒一定數(shù)量的防腐劑，在一定時(shí)間內(nèi)測量滲透區(qū)域的面積或滲透距離，滲透面積越大或滲透距離越長，表明滲透性能越好，防腐性能越佳。

2 飛機(jī)防腐劑的施工

如果飛機(jī)防腐劑施工不當(dāng)，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)影響飛機(jī)零部件功能的實(shí)現(xiàn)，從而影響飛機(jī)安全，因此正確開展防腐劑的施工至關(guān)重要。以波音飛機(jī)為例，防腐劑的施工一般分為表面處理以及防腐劑的噴涂、固化、修補(bǔ)、清除等步驟。

2.1 表面處理

(1) 對(duì)于不太臟的表面，直接去除表面的水分和雜物即可。

(2) 對(duì)于較臟的表面，需用符合MIL-PRF-680等要求的溶劑清洗劑予以清潔。

(3) 使用膠帶和塑料薄膜將不需要噴涂防腐劑的地方遮擋起來。

2.2 防腐劑的噴涂

(1) 防腐劑的噴涂厚度及環(huán)境溫度要求見表4。其中BMS 3-23無最小厚度要求，而且產(chǎn)品不同，噴涂的厚度也不一樣，施工過程只要求噴灑一層即可，主要是把水置換出來。

表4 不同防腐劑噴涂厚度和環(huán)境溫度要求Table 4 Requirements of thickness and environmental temperature for spraying different corrosion inhibitors

(2) 可采用噴涂或刷涂的方式。若兩者皆不便，可將待處理區(qū)域灌滿防腐劑，再將其抽干，即可在表面形成一層防腐劑。

(3) 在噴涂或刷涂防腐劑時(shí)，應(yīng)保持空氣流通。

2.3 防腐劑的固化

取一張厚度為0.051～0.152 mm的聚乙烯薄膜，用手指輕輕將其按壓在防腐劑表面，檢查是否有防腐劑被粘在薄膜上或脫離了表面，以確定防腐劑是否固化完畢。

2.4 防腐劑的修補(bǔ)

如果防腐劑在噴涂后有破損或鼓泡，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。先用符合要求的溶劑清洗破損處，再進(jìn)行噴涂和固化處理。

2.5 防腐劑的清除

將抹布浸漬在符合 MIL-PRF-680C等要求的溶劑清洗劑(包括全氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷、石腦油等)中，然后用該抹布清除防腐劑。

3 安全使用事項(xiàng)

飛機(jī)防腐劑屬于有機(jī)化工產(chǎn)品，不溶于水，密度小于1 g/cm3，閃點(diǎn)較低，容易燃燒。其含有的有機(jī)化合物等屬于有毒有害成分，因此應(yīng)避免吸入、吞咽以及與皮膚、眼睛接觸，施工時(shí)應(yīng)穿防護(hù)服，戴護(hù)目鏡和手套。若發(fā)生燃燒，可采用二氧化碳滅火器、干粉滅火器等撲滅。

4 結(jié)語

要防止飛機(jī)發(fā)生腐蝕，可以通過選擇合適的金屬材料、涂料、密封膠，以及有效的排水系統(tǒng)等措施，使用防腐劑也是一項(xiàng)重要的措施。

目前，在民用航空領(lǐng)域使用的符合適航要求的飛機(jī)防腐劑幾乎全是國外產(chǎn)品，主要是 Chemetall公司的AV系列，Zip-Chem Products公司的Cor-Ban系列，等等。它們都是世界各國航空公司所認(rèn)可和采用的，對(duì)飛機(jī)防腐劑市場基本形成了完全的壟斷。國內(nèi)主要集中在對(duì)飛機(jī)腐蝕機(jī)理，腐蝕的防護(hù)與控制方法，以及國外防腐劑的性能進(jìn)行研究。在飛機(jī)防腐劑自主開發(fā)、防腐性能評(píng)估和服役環(huán)境的腐蝕防護(hù)機(jī)理方面鮮有報(bào)道。因此，積極開展該領(lǐng)域的深入研究，促進(jìn)國產(chǎn)化，打破國外壟斷，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和戰(zhàn)略意義。

海洋大氣中含鹽的海水蒸汽不僅容易侵蝕飛機(jī)外部，而且會(huì)侵入飛機(jī)的內(nèi)部。由于海洋環(huán)境的相對(duì)濕度大，飛機(jī)在這樣的環(huán)境下服役時(shí)，其結(jié)構(gòu)的若干部位會(huì)發(fā)生腐蝕損傷，嚴(yán)重影響了飛機(jī)的正常使用。因此海軍艦載機(jī)的防腐要求更高，也迫切需要防腐劑的合理有效使用。

為了進(jìn)一步促進(jìn)防腐劑的研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，我國應(yīng)積極開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究，并制定我國關(guān)于飛機(jī)防腐劑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為將來規(guī)范產(chǎn)品市場做好技術(shù)儲(chǔ)備。

仿自然界“荷葉效應(yīng)”的超疏水涂層具有微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)和低表面能特性[19-20]。水滴在這種表面上具有較大的接觸角(大于150°)及較小的滾動(dòng)角(小于10°)，使得水滴在表面的粘附力大大降低，極易流走而不聚集。飛機(jī)易產(chǎn)生腐蝕的結(jié)構(gòu)若涂裝了這種涂層，水在上面不能聚集，便沒有了腐蝕介質(zhì)，也就防止了腐蝕的發(fā)生。這為飛機(jī)防腐蝕的研究提供了新的思路和解決方案。