飛機(jī)異種金屬連接密封防護(hù)技術(shù)研究

韓允，張瑩穎，韋利軍

（1.海裝武漢局駐洛陽地區(qū)軍事代表室，武漢 430064； 2.中國特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，荊門 448035）

前言

異種金屬連接部位失效是飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕損傷的主要原因之一。大量的腐蝕案例證明，對(duì)異種金屬連接部位進(jìn)行密封防護(hù)工藝是有必要的（見圖1）。

圖1 飛機(jī)上的異種金屬接觸腐蝕案例

連接兩種以上不同的部件通常使用異種金屬連接，這種連接方式主要是受到電偶腐蝕的影響，電偶腐蝕發(fā)生在當(dāng)不同金屬相互接觸或與電解質(zhì)（如鹽水）接觸時(shí)，可通過金屬接合處的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行識(shí)別。例如，在水汽或鹽類雜質(zhì)存在的條件下，鉚接于鋁制面板上的不銹鋼緊固件將形成電偶對(duì)。（見圖2）如果采取防護(hù)工藝，將水汽雜質(zhì)形成的電解液進(jìn)行隔離，將直接阻斷腐蝕的基本要素，抑制了腐蝕的產(chǎn)生。

圖2 異種金屬間電偶腐蝕的形成要素

文中為了模擬飛機(jī)異種金屬連接結(jié)構(gòu)，考慮到飛機(jī)結(jié)構(gòu)的特性，選取了常用的三種緊固件與鋁合金底板連接結(jié)構(gòu)[1]，基于上述電偶腐蝕原理，采用了四類隔離防護(hù)工藝進(jìn)行腐蝕阻斷并進(jìn)行了比較研究；研究中采用的加速環(huán)境譜為典型飛機(jī)的涂層試驗(yàn)譜塊，可以很好的模擬飛機(jī)的服役和停放環(huán)境,研究方法及途徑見圖3。該項(xiàng)研究可為飛機(jī)異種金屬連接密封提供一定的參考。

圖3 技術(shù)途徑及方法

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 異種金屬連接試驗(yàn)件

試驗(yàn)件基體材料是飛機(jī)常用鋁合金7050-T7451，表面處理為Al/Et.A.Cs，僅進(jìn)行TB06-9底漆[2]涂層處理（摸擬飛機(jī)涂層裝飾）[3]；不銹鋼緊固件結(jié)構(gòu)分三種，螺釘樣件、鋼絲螺套件、托板螺母件共23件試驗(yàn)件，各采用四個(gè)等級(jí)的密封防護(hù)工藝，I類鋼絲螺套件試件示意圖見圖4。

圖4 I類鋼絲螺套件試件示意圖

I類：基體底漆+緊固件裸材處理；

II類：基體底漆+緊固件裸材處理+TFHS15緩蝕劑；

III類：基體底漆+貼合面密封+緊固件濕裝配及封包+HDY-S04-22；

IV類：基體底漆+貼合面密封+緊固件濕裝配及封包+HDY-S04-22+TFHS15緩蝕劑。

1.2 密封工藝說明

1）貼合面密封指在結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)貼合面之間采用密封 劑或者膠膜消除結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間縫隙（圖5），達(dá)到防止電解液積聚、預(yù)防和控制貼合面腐蝕（尤其是縫隙腐蝕）目的。

圖5 貼合面密封示意圖

2）填角密封主要用于承受較大集中載荷的接頭/安裝座邊緣、水密/油密邊界結(jié)構(gòu)邊緣以及需要進(jìn)行貼合面密封但無法完成的貼合面邊緣密封。

3）緊固件濕安裝指在緊固件桿與結(jié)構(gòu)孔壁貼合的整個(gè)表面涂上合適密封劑后，在密封劑的活性期內(nèi)安裝好緊固件，以便消除緊固件與結(jié)構(gòu)貼合面之間縫隙。

4）緊固件封包指將緊固件的整個(gè)頭部涂上適量密封劑以防止腐蝕的方法。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目、方法

采用飛機(jī)典型涂層試樣加速試驗(yàn)環(huán)境譜開展加速腐蝕試驗(yàn)[5]，包括濕熱暴露、紫外線照射和鹽霧試驗(yàn)，共循環(huán)3次，加速試驗(yàn)環(huán)境譜如圖6所示。每一循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)GB/T 1766-2008[6]，按涂層變色、粉化、開裂、起泡、生銹、剝落等指標(biāo)評(píng)定試件修復(fù)涂層的損傷/失效程度[4]。

圖6 涂層加速環(huán)境譜

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

參考GB/T 1766-2008[6]，判定1周期后的試驗(yàn)結(jié)果：涂層件外觀較好，未出現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象，光澤度和色差變化較小，光澤色差測(cè)量參考GB/T 11186[8]；試驗(yàn)件在2周期后的試驗(yàn)結(jié)果見表1、圖7。

圖7 連接件加速腐蝕2周期后腐蝕情況與原始件對(duì)比圖

表1 連接件加速腐蝕試驗(yàn)2周期后檢測(cè)結(jié)果

參考GB/T 1766-2008[6]，試驗(yàn)件在3周期后的試驗(yàn)結(jié)果見表2，腐蝕情況見圖8～圖10。

表2 連接件加速腐蝕試驗(yàn)3周期后檢測(cè)結(jié)果

2.2 試驗(yàn)分析

密封是腐蝕防護(hù)的重要手段，對(duì)縫隙、異種材料連接等區(qū)域進(jìn)行密封處理，可以達(dá)到隔離介質(zhì)，預(yù)防腐蝕發(fā)生的效果。試驗(yàn)涉及了三種連接形式的緊固件結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)果可作出如下分析：

1）未做密封處理的裸材緊固件易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，如圖6中，僅2兩周期加速腐蝕試驗(yàn)，所有I類試件上的緊固件均已嚴(yán)重腐蝕；而III類試驗(yàn)件在試驗(yàn)中表現(xiàn)良好，第3周期時(shí)僅有個(gè)別釘頭封包不嚴(yán)實(shí)處出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象（見圖8（c）、圖9（c）、圖10（e）），與密封工藝及熟練度有關(guān)。

圖8 各類防護(hù)措施的螺釘連接件實(shí)驗(yàn)后腐蝕情況比較

圖9 各類防護(hù)措施的鋼絲螺套連接件實(shí)驗(yàn)后腐蝕情況比較

2）緩蝕劑是用以增強(qiáng)已有的防護(hù)體系，對(duì)于結(jié)構(gòu)搭接有縫隙部位更為實(shí)用，對(duì)于未做密封處理的試驗(yàn)件，在噴涂緩蝕劑后，對(duì)腐蝕有明顯的防護(hù)作用，II類試件第3周期開始出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，相比直接裸露的試驗(yàn)件，其腐蝕現(xiàn)象較輕微（見圖8（b）、圖9（b）、圖10（b））；而IV類試件，緩蝕劑的防腐蝕作用更為顯著，直至第3周期仍未出現(xiàn)任何腐蝕現(xiàn)象（見圖8（d）、圖9（d）、圖10（d）），即便有密封不到位的地方，緩蝕劑的噴涂恰能彌補(bǔ)缺陷。

圖10 各類防護(hù)措施的托板螺母連接件試驗(yàn)后腐蝕情況比較

3 結(jié)論

飛機(jī)異種金屬連接密封防護(hù)工藝應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)說明：

1）除有特殊要求的，所有結(jié)構(gòu)貼合面進(jìn)行貼合面密封，對(duì)于不可拆卸貼合面用無鉻緩釋改性聚硫密封劑密封，并對(duì)貼合面邊緣進(jìn)行填角密封；對(duì)于需要經(jīng)常拆卸貼合面用低粘附改性聚硫密封劑進(jìn)行貼合面密封；

2）對(duì)于因特殊要求不能進(jìn)行貼合面密封的邊緣，要進(jìn)行填角密封處理；

3）所有緊固件進(jìn)行濕裝配；所有非鋁緊固件，以及無法進(jìn)行貼合面密封的結(jié)構(gòu)緊固件進(jìn)行封包處理（位于飛機(jī)外表面的緊固件頭部不做封包，做涂漆處理）。

4）在允許的情況下，零部件的關(guān)鍵部位推薦噴涂緩蝕劑，用以增強(qiáng)表面防護(hù)層效力。

總而言之，防護(hù)飛機(jī)異種金屬連接的電偶腐蝕問題，不應(yīng)該用單一的方法進(jìn)行隔離。如僅提供漆層防護(hù)，或進(jìn)行防腐蝕表面處理，這些是不夠用的。目前我國飛機(jī)常采用整體噴漆處理防護(hù)，而連接處受到擠壓碰傷，極易損傷漆層；部分海洋服役環(huán)境的飛機(jī)，提高防腐蝕能力，改進(jìn)工藝，采用密封膠濕裝配及封包，近幾年逐漸普及；但經(jīng)過本文試驗(yàn)證明，由于人為的因素，工藝往往存在不足，如果使用緩蝕劑進(jìn)行補(bǔ)充防護(hù)，可以取得更好的阻斷腐蝕效果。