某型飛機起落架支柱內(nèi)壁腐蝕問題分析

黃志軍，趙振貴，鄒衍，傅琳輝

（航空工業(yè)洪都,江西 南昌，330024）

0 引言

起落架緩沖支柱是飛機的重要功能部件，用于吸收飛機著陸和滑跑時期的動能，其原理為活塞桿在支柱外筒的運動迫使支柱內(nèi)的油液流過阻尼孔而產(chǎn)生緩沖阻力，支柱外筒的內(nèi)壁屬于運動摩擦表面，其表面質(zhì)量對起落架的緩沖性能具有很大影響，也是影響起落架使用壽命的重要因素。某型飛機在定檢分解檢查中發(fā)現(xiàn)多個支柱外筒內(nèi)壁存在坑點腐蝕的現(xiàn)象。根據(jù)其腐蝕表面特征，調(diào)研外場使用維護過程，結(jié)合故障件的理化分析結(jié)果，并通過環(huán)境模擬試驗，確定了外筒腐蝕的原因，提出了支柱外筒腐蝕問題的解決措施。

1 腐蝕情況

起落架緩沖支柱為油氣混合式，充填介質(zhì)為15號航空液壓油和氮氣，上部為氣腔，下部為油腔，起落架放下后，靜置的情況下，油液面在充氣嘴附近。支柱外筒材料為30CrMnSiA。

如圖1、圖2所示，外筒內(nèi)壁上端充氣嘴附近均有較嚴重的腐蝕坑群，腐蝕坑約占筒壁半個周長并已連為一片，腐蝕點散布面積大，分布相對均勻，腐蝕部位主要位于支柱外筒上端，腐蝕點以充氣嘴為中心扇形分布。

下部與液壓油接觸的內(nèi)壁未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，油液起了油封的作用。與圓筒焊接在一起的上接頭內(nèi)腔未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，這是由于上接頭與圓筒共同進行熱處理后不再進行精加工，保留了熱處理后的氧化層，起到了防護作用。

2 原因分析

2.1 腐蝕深度測量

從表面特征看，故障件腐蝕的類型為點蝕。選取一件故障件，在腐蝕部位選取了4個有代表性的腐蝕點，經(jīng)金相方法測得其腐蝕深度約為：1#0.077mm、2#0.047mm、3#0.034mm、4#0.055mm，如圖 3所示。 可以看到，腐蝕現(xiàn)象已發(fā)展較深。

圖1 支柱外筒剖開后的宏觀形貌

2.2 能譜分析

從故障存在的部位可以看到，該處未浸在液壓油中，處于壓縮氣體室一段，對坑點處進行能譜分析（如圖4），可見該缺陷處含有較高的氧，因此可判斷該缺陷為有氧腐蝕所致。

圖2 腐蝕點分布形貌

圖3 腐蝕深度測量

外筒內(nèi)壁精加工后不進行表面處理，如不對零件進行油封，在大氣環(huán)境中裸露狀態(tài)下易產(chǎn)生腐蝕。緩沖支柱內(nèi)要求填充的氣體為氮氣，一般情況下不容易產(chǎn)生腐蝕，但填充的氮氣不可避免含有少量雜質(zhì)，且從調(diào)研了解的情況看，因充氣設備中無氣體干燥裝置和對殘留空氣的排出裝置，壓縮氣室內(nèi)還會存在氧氣，在充氣條件不好時，還難免會帶入水分，在高壓下會凝結(jié)成水珠附在支柱外筒氣室內(nèi)壁，而氣室內(nèi)壁的精加工表面在有氧的情況下具備了有氧腐蝕的條件。

氧腐蝕一旦形成，就很難阻止腐蝕過程的繼續(xù)，其原因是：在腐蝕點上，由于腐蝕產(chǎn)物的阻擋，水中溶解氧擴散到這一點的速度減慢，形成了腐蝕點四周氧的濃度大于腐蝕點上氧的濃度，腐蝕點四周成為陰極，腐蝕點（金屬表面某點）成為陽極，陽極（Fe）在腐蝕中被消耗，其產(chǎn)物Fe2+會緩慢地通過腐蝕產(chǎn)物向水中擴散，與水中的相關物質(zhì)繼續(xù)發(fā)生電化學反應，產(chǎn)生新的腐蝕產(chǎn)物，氧腐蝕就這樣繼續(xù)下去。

圖4 能譜分析

2.3 油樣分析

對故障件支柱內(nèi)的15號航空液壓油進行了酸值和水份檢測，檢測結(jié)果如表1所示。檢測結(jié)果證實支柱內(nèi)確實存在水分。

2.4 腐蝕對比試驗

為進一步分析確定故障原因，進行了不同濕熱環(huán)境下外筒腐蝕模擬對比試驗。

按零件圖紙要求加工完成2件試驗件，將2件故障件外筒內(nèi)表面重新搪磨至圖紙要求。從這4件零件中分別切取100mm長的圓筒，按圓周切成四等份試片，共得 16 個試片，分別編號 11、12、13、14；21、22、23、24；31、32、33、34；41、42、43、44。

模擬試驗一：試驗溫度為35±2℃，相對濕度為50±3%，放入第一組的 11、12、21、22、31、32、41、42 試片，觀察記錄試片內(nèi)表面情況。

模擬試驗二：試驗溫度為35±2℃，相對濕度為90±3%，放入第二組的 13、14、23、24、33、34、43、44 試片，觀察記錄試片內(nèi)表面情況。

腐蝕對比試驗結(jié)果見表2、表3。

表2 起落架外筒耐濕熱試驗對比表（35℃±2℃，50%±3%）

表3 起落架外筒耐濕熱試驗對比表（35℃±2℃，90%±3%）

腐蝕對比試驗說明了結(jié)構(gòu)鋼30CrMnSiA裸露在空氣中必然會發(fā)生腐蝕。在濕度較大（90%RH）的情況下、很短的時間（5小時）內(nèi)表面就出現(xiàn)了腐蝕點；在濕度較?。?0%RH）的情況下，出現(xiàn)腐蝕的時間要長（24小時），且腐蝕擴展速度比大濕度條件下慢，同組試片出現(xiàn)腐蝕時間的差異與試片表面狀態(tài)（表面光潔度、劃傷）的差異有關。

3 解決措施

從上述分析看，外筒內(nèi)壁發(fā)生腐蝕的主要原因是接觸了含有水分和氧氣的空氣。因此防止外筒內(nèi)壁腐蝕的根本在于隔離水分和氧氣，措施如下：

1）外筒零件精加工后及時做好油封工作，防止已產(chǎn)生腐蝕源的零件裝機；

2）對超油封期的備件及時進行重新油封處理；

3）進一步完善充氣條件，增加氣體干燥設備。

4 結(jié)論

起落架支柱外筒出現(xiàn)腐蝕問題，主要原因是充氣條件的不完善，使得支柱內(nèi)充填的氮氣含有氧氣和水分，無表面處理的外筒內(nèi)壁在氧氣和水分的條件下發(fā)生了電化學腐蝕。外筒內(nèi)壁發(fā)生腐蝕，腐蝕產(chǎn)物會污染油液，影響緩沖性能，腐蝕部位還會削弱外筒強度，容易產(chǎn)生應力集中，長期使用容易出現(xiàn)裂紋，影響飛機安全。目前大部分飛機起落架都采用油氣混合式緩沖支柱，在外場使用中容易出現(xiàn)類似的腐蝕問題，可采取同樣的措施來延緩起落架支柱腐蝕的出現(xiàn)，提高起落架使用壽命。