ECI-1油膜緩蝕劑對發(fā)動機及附件防護的應用研究

王國立，姜國杰，孫志華

ECI-1油膜緩蝕劑對發(fā)動機及附件防護的應用研究

王國立，姜國杰，孫志華

（中國航發(fā)北京航空材料研究院 航空材料先進腐蝕與防護航空科技重點實驗室，北京 100095）

研究ECI-1油膜緩蝕劑用于飛機發(fā)動機及附件防護的有效性。參照國外發(fā)動機緩蝕劑標準Def Stan 68-10/5及國內(nèi)緩蝕劑標準Q/AVIC 03018的要求和測試方法，對自主研發(fā)的ECI-1油膜緩蝕劑的理化性能和使用性能進行評價。ECI-1油膜緩蝕劑閃點在66 ℃以上，運輸、貯存和使用較安全?；臼褂眯阅芰己?，溶劑揮干后，形成均勻的薄層油膜，使用和去除方便快捷。對飛機發(fā)動機常用材料有良好的緩蝕性，不會對材料造成腐蝕。具有較強的水置換能力，緩蝕性能良好，適用于飛機發(fā)動機及附件的防護，高溫環(huán)境下不會造成發(fā)動機結(jié)構(gòu)件熱腐蝕，與非金屬材料有良好的相容性。ECI-1油膜緩蝕劑滿足飛機發(fā)動機及附件的防腐蝕要求，可以應用于飛機發(fā)動機及附件防護。

油膜；緩蝕劑；防護；防腐蝕

隨著我國遠海戰(zhàn)略的實施，在海洋環(huán)境下服役的航空發(fā)動機越來越多。海洋大氣環(huán)境非常惡劣，主要表現(xiàn)為高溫、高濕、高鹽霧等，容易導致各型發(fā)動機發(fā)生腐蝕問題，嚴重影響飛機安全，因此必須提高其整體防護能力[1-3]。英美等發(fā)達國家的飛機艦載化可追溯到19世紀初，對海洋服役環(huán)境下的航空發(fā)動機腐蝕很早就開始研究，并形成了有針對性的防護體系。合理使用專用發(fā)動機緩蝕劑進行附加防護，是控制發(fā)動機腐蝕的一種有效方法[4-6]。發(fā)動機緩蝕劑主要用于兩方面：一方面是在封存前，在發(fā)動機燃氣通道和外表面噴涂或刷涂緩蝕劑，由于使用的緩蝕材料具有很強的水置換性，不用對發(fā)動機進行干燥即可封存，在封存后，使用清洗劑進行清洗即可很快投入使用；另一方面是在發(fā)動機日常清洗后，對燃氣通道使用緩蝕劑，以對裸露在海洋大氣中的發(fā)動機葉片及部件進行臨時防護。

緩蝕劑主要由成膜劑、防銹劑、溶劑和助劑等多種成分組成[7-8]，可在金屬表面形成復合膜層，并將金屬表面的水分和鹽分置換出來，防止腐蝕介質(zhì)和材料表面直接接觸，有效控制金屬腐蝕的產(chǎn)生及擴展。可根據(jù)在材料表面干燥后形成膜層是否易被擦除，將緩蝕劑分為硬膜、軟膜、油膜等種類。相較國外，我國在海洋服役環(huán)境下的航空發(fā)動機腐蝕防護工作起步較晚，尤其在發(fā)動機油膜緩蝕劑方面，幾乎還未有專門的研究。近年來，參照美軍和波音公司脫水防銹劑相關(guān)標準的要求，北京航空材料研究院研制了多個型號的飛機緩蝕劑產(chǎn)品[9-12]，其性能與國外同類產(chǎn)品水平相當。隨著對飛機發(fā)動機防腐蝕要求的提高，針對飛機發(fā)動機附加防護的要求研制了ECI-1油膜緩蝕劑，以用于飛機發(fā)動機的封存和臨時防護。為檢驗ECI-1油膜緩蝕劑應用于發(fā)動機附加防護的有效性，參照發(fā)動機緩蝕劑英國軍標Def Stan 68-10/5[13]及國內(nèi)緩蝕劑標準Q/AVIC 03018[14]的要求和測試方法，對ECI-1油膜緩蝕劑的理化性能和使用性能進行了全面評價。

1 實驗

1.1 材料

油膜緩蝕劑的基本使用性能如油膜厚度、可噴涂性、膜層透明性、膜層可鑒別性、膜層可去除性等測試使用的材料為2A12-T4 鋁合金裸材；金屬腐蝕性測試材料為ZM5鎂合金、2A12-T4裸鋁、T2銅、H62黃銅、Zn-3鋅、和Cd-3鎘；脫水性、人造海水置換性和耐中性鹽霧測試使用材料為45號鋼；熱腐蝕試驗選用材料為表面鈍化0Cr17Ni4Cu4Nb不銹鋼、硫酸陽極化涂覆H61-1底漆2A11鋁合金、TC4鈦合金和GH4169高溫合金；非金屬材料相容性測試使用材料為YB-2有機玻璃、5860橡膠和硫酸陽極化6A02鋁合金為基材的H61-1面漆膜層。

各項測試中，金屬試片都要進行前處理：試樣除去所有銳邊和毛刺，試樣兩面用240#砂紙或砂布打磨至表面粗糙度0.8 μm，用無水乙醇清洗，熱風吹干，放入干燥器（溫度為(23±5)℃、相對濕度不大于20%）待用，儲存時間應不超過24 h（以進入干燥器時間起計）。打磨好的試樣不允許用赤手接觸。

1.2 方法

ECI-1油膜緩蝕劑膜層的制備用噴涂或浸涂的方法。試樣經(jīng)噴涂或浸涂一層緩蝕劑后，在無風、無塵、無潮氣的室溫環(huán)境中垂直懸掛干燥。

參照英國軍標DefStan 68-10/5的要求及測試方法，對ECI-1油膜緩蝕劑的各項性能進行測試，對有相應國內(nèi)標準的測試項目按照國內(nèi)標準進行測試，對沒有相應國內(nèi)標準的測試項目按照國外標準進行測試?？紤]到國內(nèi)測試方法更貼近實際情況，膜層透明性、膜層可鑒別性、膜層可去除性和金屬腐蝕性的試驗方法及要求結(jié)合國內(nèi)Q/AVIC 03018標準進行了一定完善。

1.2.1 外觀及基本使用性能

1）閉口閃點。使用GB/T 261—2008[15]規(guī)定的閉口閃點測定儀測定緩蝕劑的閉口閃點，判斷緩蝕劑是否易燃。

2）運動黏度。按照GB/T 1723—93[16]的規(guī)定，使用涂-1黏度計測定一定量的試樣在40 ℃下從規(guī)定直徑的孔中流出的時間，再按公式將流出時間（s）換算為40 ℃下運動黏度數(shù)值（mm2/s）。

3）油膜厚度。參照SH/T 0105—92[17]，通過試片浸膜干燥前后的質(zhì)量差、試片表面積和油膜的密度計算出試片表面的油膜厚度。

4）可噴涂性。參照Q/AVIC 03018中的測試方法，將緩蝕劑樣品在(5±1)℃低溫箱中放置24 h，然后用噴槍在表面潔凈的玻璃板上噴涂一次膜層。將噴霧后的玻璃板按噴霧時的狀態(tài)放入(5±1)℃低溫箱中保持24 h，取出后目測檢查除周邊距離15 mm以外的油膜是否連續(xù)。

5）膜層透明性。在兩個鋁合金試片表面分別噴涂綠色底漆（H06-0371）和灰色底漆（S04-0396），在近中心部分用白色面漆（S04-0396F）作兩個4 mm、相距13 mm的模擬腐蝕點。將試片的2/3部分浸到緩蝕劑溶液中，取出后將帶膜層試樣在室溫環(huán)境中垂直懸掛約24 h。用肉眼檢查試片并確定透過緩蝕劑膜層是否能看到模擬腐蝕點。

6）膜層可鑒別性。將緩蝕劑噴涂到鋁合金試片上，在可見光下目視檢查試片上涂膜部分與未涂部分的分界線。

7）膜層可去除性。分別使用汽油和20% GT-1發(fā)動機清洗劑水溶液對金屬試片表面的緩蝕劑膜層進行擦洗和沖洗，在可見光下目視檢查是否有膜層殘留。

1.2.2 金屬腐蝕性

金屬腐蝕性試驗方法參照Q/AVIC 03018。將準備好的各類金屬試樣浸涂一層緩蝕劑，并在室溫下干燥1 h。將室溫干燥后的試樣放置在(55±2) ℃、相對濕度75%±2%的環(huán)境下。7天后取出試樣，用丙酮清洗，去除涂覆物和疏松的腐蝕產(chǎn)物，熱風吹干后，進行稱量（精確至0.1 mg）。計算試驗前后試片的質(zhì)量變化。

1.2.3 脫水性和人造海水置換性

1）脫水性試驗方法參照Q/AVIC 03018。將45#鋼試樣浸入去離子水中，使其充分浸潤，立即提起，并保持垂直，用定性濾紙吸取底部余水。迅速地將試樣水平浸入盛有50 mL緩蝕劑與5 mL去離子水混合液的培養(yǎng)皿中靜置15 s后，立即提起，在室溫下掛15 min。將試樣水平放置于底部盛有去離子水的干燥器中，在(23±3) ℃下放置1 h，取出試樣，用丙酮洗去油膜，熱風吹干后檢查，以試樣在干燥器中的上表面為判斷面，觀察是否出現(xiàn)腐蝕。

2）人造海水置換性試驗方法參照Q/AVIC 03018。將45#鋼試樣傾斜放置，在試樣表面全部噴上人造海水的細微霧滴，然后將1 mL緩蝕劑沿試片的上邊緩慢傾倒，并使之完全覆蓋整個試樣。1 min后用同樣方法再緩慢傾倒1 mL緩蝕劑，并完全覆蓋試樣。再過1 min后，將試樣豎立保持垂直狀態(tài)1 min。隨后將試樣平放在(40±2) ℃的盛有蒸餾水的密閉干燥器中（試驗面朝上）。4 h后取出試樣，用丙酮清洗，檢查鋼試樣是否存在可見銹蝕。

1.3.4 耐中性鹽霧

將45#鋼試片用膠帶封閉邊緣后浸涂緩蝕劑膜層，在無風、無塵、無潮氣的室溫環(huán)境中垂直懸掛干燥24 h，放入鹽霧試驗箱中按GB/T 10125[18]進行耐中性鹽霧測試。記錄試片表面除周邊距離10mm以外的部分無可見腐蝕點所經(jīng)過的試驗時間，作為耐中性鹽霧試驗結(jié)果。

1.3.5 熱腐蝕

在準備好的試片表面刷涂一層緩蝕劑，溶劑干燥后成膜，放入馬弗爐中。在一定溫度下加熱8 h，隨爐冷卻后，取出觀察表面是否有腐蝕點，并切開試片，在250倍金相顯微鏡下觀察截面是否有腐蝕現(xiàn)象，與未涂緩蝕劑的對照組試片作對比。不同試片的加熱溫度參考各材料在發(fā)動機流道件中的工作溫度：不銹鋼192 ℃、鋁合金150 ℃、鈦合金330 ℃，高溫合金450 ℃。

1.3.6 非金屬材料相容性

1）有機玻璃相容性。有機玻璃相容性測試參考英國軍標Def Stan 68-10/5中的試驗方法。將洗凈的YB-2有機玻璃試片固定在半徑為(250±5) mm的弧形夾具上（如圖1所示），在試片中部刷涂緩蝕劑，并于室溫下靜置30 min。在燈光下從各個角度觀察有機玻璃試片是否有銀紋產(chǎn)生。

圖1 有機玻璃相容性試驗

2）橡膠相容性。橡膠相容性測試參考SH/ T0436—1992[19]中的試驗方法。分別在空氣中和蒸餾水中稱量5860橡膠試樣的質(zhì)量，記為1和2。用細絲將試樣懸掛浸沒在緩蝕劑中，在50 ℃恒溫下加熱168 h。試驗結(jié)束后，將試樣移至室溫下的緩蝕劑樣品中冷卻30 min，取出洗凈表面緩蝕劑后，再分別在空氣中和蒸餾水中稱量試樣的質(zhì)量，記為3和4，按式（1）計算5860橡膠的體積變化率Δ。

3）漆膜相容性。在準備好的硫酸陽極化6A02鋁合金為基材的H61-1底漆膜層表面一半刷涂緩蝕劑，靜置30 min后，將緩蝕劑膜層洗凈，分別測試H61-1底漆膜層涂緩蝕劑部分和未涂緩蝕劑部分的鉛筆硬度[20]，對比緩蝕劑是否對面漆硬度產(chǎn)生影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 外觀及基本使用性能

ECI-1油膜緩蝕劑室溫下為棕黃色液體，無刺激性氣味，靜置后底部有少量渾濁，經(jīng)攪拌可變?yōu)榫鶆虬胪该魅闈嵋?，確保了使用時膜層成分的一致性。

1）閉口閃點。ECI-1油膜緩蝕劑的閉口閃點達到66 ℃。按化學品分類相關(guān)國家標準，閃點低于60 ℃的屬于易燃液體，高于60 ℃的屬于可燃液體。ECI-1油膜緩蝕劑達到可燃液體標準，在運輸、貯存和使用中較為安全。

2）運動黏度。ECI-1油膜緩蝕劑在40 ℃的運動黏度為4.91 mm2/s。較低黏度的緩蝕劑方便以刷涂或噴涂等方法制得均勻膜層，且油膜有較強的滲透性。

3）油膜厚度。ECI-1油膜緩蝕劑在2A12-T4 鋁合金裸材試片表面干燥后的膜層厚度為10~15 μm。較薄的膜層在達到了良好的緩蝕性能同時也更容易施用和去除。

4）可噴涂性。(5±1) ℃冷藏不影響ECI-1油膜緩蝕劑的可噴涂性，經(jīng)噴槍噴涂可在玻璃板得到連續(xù)無缺陷膜層，繼續(xù)冷藏也不會改變膜層形貌，玻璃板表面的緩蝕劑膜層依然透明且均勻，如圖2所示。

圖2 于(5±1) ℃冷藏24 h的涂膜玻璃板

5）膜層透明性。透過緩蝕劑膜層能清晰看到鋁合金表面的模擬腐蝕點，如圖3所示。緩蝕劑膜層透明保證了在其保護金屬期間，維護人員可以通過目視及時檢查到金屬表面產(chǎn)生的腐蝕點，從而及時進行進一步維修維護。

6）膜層可鑒別性。試片涂緩蝕劑部分與未涂緩蝕劑部分的分界線在可見光下清晰可見，如圖4所示。保證使用時可以簡單判斷已施工部分和未施工部分，不易有遺漏，保證對構(gòu)件的完整保護。

圖3 緩蝕劑膜層下的鋁合金表面模擬腐蝕點

圖4 一半涂覆有緩蝕劑膜層的鋁合金試片

7）膜層可去除性。緩蝕劑膜層可以用汽油完全擦除。使用20% GT-1發(fā)動機清洗劑溶液在一定壓力下沖洗緩蝕劑膜層，可以清除膜層至目視檢查無殘留。

2.2 金屬腐蝕性

ECI-1油膜緩蝕劑的金屬腐蝕性測試結(jié)果見表1。試驗結(jié)果說明，ECI-1油膜緩蝕劑對飛機發(fā)動機及附件常用的鎂合金、鋁合金、銅、黃銅、鋅、鎘等金屬材料具有良好的緩蝕作用。各類金屬材料腐蝕性實測值均遠低于Q/AVIC 03018中規(guī)定的技術(shù)指標，不會腐蝕發(fā)動機及附件各類常用金屬材料。

表1 對發(fā)動機及附件常用金屬材料的腐蝕性試驗結(jié)果和技術(shù)指標

Tab.1 Results and targets of corrosion test for commonly used metals of engine and its accessories

2.3 脫水性和人造海水置換性

經(jīng)過脫水性和人造海水置換性試驗，鋼片表面的去離子水及人造海水被完全脫除，鋼片無任何腐蝕（如圖5所示）。海洋飛機發(fā)動機面臨的是海洋大氣環(huán)境，相較于內(nèi)陸環(huán)境，高溫、高濕、高鹽霧的特性突出，發(fā)動機結(jié)構(gòu)件表面易形成水膜，鹽霧溶于水膜中形成鹽溶液，可造成金屬結(jié)構(gòu)較深的局部腐蝕，因此，海洋大氣環(huán)境中金屬的腐蝕要遠高于內(nèi)陸地區(qū)[3]。油膜緩蝕劑噴涂或刷涂到金屬材料表面后溶劑揮發(fā)，將金屬表面的水分和鹽分置換出來，并在金屬表面形成復合膜層，起到良好的緩蝕效果。針對海洋飛機發(fā)動機的腐蝕環(huán)境特點，脫水性和人造海水置換性試驗是考核ECI-1油膜緩蝕劑性能的重要指標。

圖5 脫水性和人造海水置換性試驗后試樣外觀

2.4 耐中性鹽霧

浸涂有ECI-1油膜緩蝕劑的45#鋼試片在中性鹽霧條件下，0、88、94、100、106 h的表面情況如圖6所示。88 h試片邊緣開始出現(xiàn)初始腐蝕點，94 h試片邊緣初始腐蝕點緩慢擴大，隨后邊緣其他部位也幾乎同時間出現(xiàn)腐蝕點，并快速擴展至試片中部，到106 h，試片表面出現(xiàn)較大面積腐蝕。

圖6 耐中性鹽霧試驗中試樣外觀

由中性鹽霧實驗結(jié)果看出，試片表面邊緣部分膜層較為薄弱，腐蝕通常從邊緣開始發(fā)生。膜層整體較為均勻，各部分開始腐蝕的時間較接近。到100 h后，緩蝕劑膜層的緩蝕能力顯著減弱，腐蝕快速發(fā)展。在膜層輕質(zhì)、易去除的條件下，保證緩蝕劑具有良好的緩蝕性能，是ECI-1油膜緩蝕劑研制的重點和難點，通過多種防銹劑復配及合適成膜劑的配合達到了目標。

2.5 熱腐蝕

經(jīng)熱腐蝕試驗，各試片表面較平整，無腐蝕點，如圖7所示。切開試片在金相顯微鏡下觀察，也未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，如圖8所示。在緩蝕劑使用過程中可能出現(xiàn)飛機發(fā)動機需要不經(jīng)過徹底清洗緩蝕劑就投入使用的緊急情況。通過熱腐蝕試驗驗證了緩蝕劑中的成分不會在高溫下引起金屬結(jié)構(gòu)件的熱腐蝕，保障緊急情況下的發(fā)動機運行安全。

2.6 非金屬材料相容性

1）有機玻璃。經(jīng)相容性試驗，有機玻璃表面涂緩蝕劑部分，在燈光照射下從各個角度觀察均無銀紋出現(xiàn)。航空有機玻璃是飛機的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，也是故障多發(fā)部位，有機玻璃的故障往往關(guān)系飛行安全。通過緩蝕劑與有機玻璃相容性測試，可以確保緩蝕劑使用不會對有機玻璃性能產(chǎn)生影響。

2）橡膠。經(jīng)試驗測定，五組5860橡膠試片懸掛浸沒在緩蝕劑中，在50 ℃恒溫下加熱168 h后，平均體積變化率Δ為12.91%。橡膠材料在航空發(fā)動機中主要作密封用，與發(fā)動機性能息息相關(guān)。Def Stan 68-10/5規(guī)定的丁腈橡膠溶脹率為2%~25%，通過橡膠相容性測試測定的橡膠溶脹率在標準規(guī)定的范圍內(nèi)。

3）漆膜。鋁合金表面底漆膜層涂緩蝕劑部分和未涂緩蝕劑部分的鉛筆硬度經(jīng)測定均為3H，緩蝕劑的施用不會改變漆膜硬度。說明使用緩蝕劑不會影響發(fā)動機部件表面漆層的性能。

圖7 熱腐蝕試驗后試樣表面

圖8 熱腐蝕試驗后試樣的截面形貌（250×）

3 結(jié)論

1）ECI-1油膜緩蝕劑閃點在60 ℃以上，運輸、貯存和使用較安全。

2）ECI-1油膜緩蝕劑基本使用性能良好，使用和清洗方便快捷?？墒褂盟⑼俊娡炕蚪糠绞绞┯糜诮饘俦砻?，干燥后形成均勻、透明、可鑒別的薄層油膜，厚度約為10~15 μm。緩蝕劑膜層可以用汽油和20% GT-1發(fā)動機清洗劑溶液擦洗或沖洗去除。

3）ECI-1油膜緩蝕劑適用于飛機發(fā)動機及附件的防護。干燥后膜層具有較強的水置換能力，緩蝕性能良好。緩蝕劑在高溫下不會引起金屬熱腐蝕。

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Application of ECI-1 Oil Film Corrosion Inhibitor for Engine and Accessory Protection

WANG Guo-li, JIANG Guo-jie, SUN Zhi-hua

(Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Advanced Corrosion and Protection for Aviation Material, AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials, Beijing 100095, China)

The paper aims to study the effectiveness of ECI-1 oil film corrosion inhibitor for protection of aircraft engines and accessories. According to the requirements and test methods of the British military standard Def Stan 68-10/5 and Chinese standard Q/AVIC 03018, physical and chemical properties and using performance of self-developed ECI-1 oil film corrosion inhibitor were evaluated. ECI-1 oil film corrosion inhibitor hada flash point ofover66 ℃, which was safe to transport, store and use. It hadgood basic performance and a uniform thin oil filmwasformedafter drying. It was convenient and quick to use and remove. It had good corrosion inhibitionfor materials of aircraft engines and would not lead to corrosion of materials; it had strong water replacement capacity andgood corrosion inhibition performance, and was suitable for protection of aircraft engines and accessories; in high temperature environment, it would not cause thermal corrosion of engine structural parts and hadgood compatibility with non-metallic material. ECI-1 oil film corrosion inhibitor meets anti-corrosion requirementson aircraft engines and accessories. It can be used for protection of aircraft engines and accessories.

oil film; corrosion inhibitor; protection; anti-corrosion

2019-08-11；

2019-10-17

10.7643/ issn.1672-9242.2020.02.002

TG174.4

A

1672-9242(2020)02-0006-07

2019-08-11；

2019-10-17

王國立（1994—），男，山西人，碩士研究生，主要研究方向為腐蝕與防護。

WANG Guo-li (1994—), Male, from Shanxi, Master graduate student, Research focus: Corrosion and protection.

姜國杰（1985—），男，河南人，博士，高級工程師，主要研究方向為清洗劑、緩蝕劑及表面防護。

JIANG Guo-jie (1985—), Male, from Henan, Ph. D., Senior engineering, Research focus:cleaning agent, corrosion inhibitor and surface protection.