腐蝕是飛機發動機壓氣機和渦輪轉子及靜子葉片主要的表面失效形式。表面腐蝕的發生會使葉片的形狀尺寸產生變化，如出現蝕點、蝕溝、掉塊等，從而降低發動機性能和使用壽命。海上飛機因為長期在鹽霧腐蝕介質下飛行和停放，發動機葉片的腐蝕十分嚴重，成為近些年來海航發動機主體結構的多發性故障和危險性故障之一。

海上飛機發動機葉片的腐蝕失效與防護層
 

　　1.海洋大氣環境因素對發動機葉片腐蝕的影響

　　海上飛機發動機葉片的腐蝕失效具有多發性和嚴重性，這和海上飛機發動機的工作及停放環境為海洋大氣緊密相關。對于壓氣機葉片， 因為長時間處于空氣濕度大、溫度高、鹽霧重的環境里，海洋大氣中的含鹽粒子沉積在壓氣機葉片表面， 產生吸濕潮解作用，使金屬表面液膜的電導增大，加上氯離子本身具有很強的侵蝕性，因而加劇壓氣機葉片的電化學腐蝕。同時一些工業發達的沿海地區，大氣中還含有 SO2、Cl2、CO2、CO 和氮氧化物等污染物。這些污染物的存在進一步加劇金屬的電化學腐蝕，其中以 SO2的影響為最大。而 NH4+、NO2含量高則容易使鋁合金葉片產生剝蝕。用耐熱合金制成的渦輪葉片不會發生電化學腐蝕，但在發動機工作時會產生熱腐蝕以及高溫氧化。海洋大氣環境對渦輪葉片腐蝕的影響主要表現在熱腐蝕上，即高溫下 Na Cl 等海鹽粒子與含硫的氣態介質作用，生成熔鹽，附著在葉片表面，破壞葉片表面氧化層，使內層金屬的氧化速度加快。

　　2.發動機葉片在海洋大氣環境中的耐蝕性及腐蝕失效形式

　　2.1 點蝕

　　點蝕具有很大的破壞性和隱患性，它使葉片更容易發生晶間腐蝕、剝蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞，點蝕會成為這些局部腐蝕的起源。鋁合金和不銹鋼在海洋大氣中都會發生點蝕。

　　2.2 晶間腐蝕

　　晶間腐蝕一般從表面開始，沿著晶界向內部發展直至成為潰瘍性腐蝕，最后使整個構件的金屬強度幾乎全部喪失，對結構的安全危害很大。不銹鋼和鋁合金葉片在海洋大氣都會發生晶間腐蝕。

　　2.3 剝蝕

　　剝蝕是形變鋁合金的一種特殊腐蝕類型。硬鋁和防銹鋁對剝蝕都很敏感，這是因為這兩種合金在海洋大氣中都有較大的晶間腐蝕傾向。

　　2.4 應力腐蝕

　　應力腐蝕是由拉伸應力和腐蝕共同作用引起的破壞鋁合金、不銹鋼在海洋環境中都有較大的應力腐蝕敏感性。

　　2.5 腐蝕疲勞

　　腐蝕疲勞可以使葉片在很低的應力條件下發生破斷， 因此對發動機工作葉片的危害極大，尤其是鋁合金和不銹鋼轉子葉片。

　　2.6 熱腐蝕和高溫氧化

　　熱腐蝕是金屬表面由于氧化以及與硫化物或其它污染物( 氯化物等) 反應的復合效應形成 Na2SO4 熔鹽，沉積在葉片表面，使金屬表面正常的保護性氧化物熔解、離散和破壞，造成高溫下葉片的氧化加速。引起發動機渦輪葉片熱腐蝕的因素是發動機含硫的氣態工作成分和海鹽粒子。

　　3.壓氣機葉片的防護涂層

　　3.1 鋁合金葉片的表面防護

　　目前鋁合金表面障礙性防護涂層有很多種類，應用最普遍的是化學氧化或陽極氧化后涂漆。化學氧化是金屬表層原子通過化學反應，與溶液介質中的陰離子或原子結合，在鋁合金表面生成與鋁基材附著良好的耐蝕薄膜。陽極氧化是用鋁合金作陽極，用鉛、碳、不銹鋼作陰極，在草酸、硫酸、鉻酸等溶液中電解，生成以無水γ—Al2O3為主要成分的膜層。在鋁合金表面生成陶瓷膜的防護系統的耐蝕性更好。但是這些防護膜都存在微缺陷( 如裂紋、氣孔等),目前還不能從工藝上徹底解決。同時因為涂層很薄，生成速度過低，距離大批量生產應用還有一段距離。

　　3.2 不銹鋼葉片的防護層

　　表面轉化膜包括表面磷化膜和表面氧化膜，工藝簡單，應用很普遍。但兩種轉化膜的使用溫度都有限制( 磷化膜低于 150℃， 氧化膜溫度低于 200℃) ,因此不適宜發動機葉的防腐。低 Mo 的 Ti—Mo 合金涂層在氯離子含量大的海洋環境中抗蝕能力非常強，完全適應海上工作的需要，并且耐沖刷能力強，可應用在壓氣機整流器的葉片上。陶瓷涂層有氧化鋁- 氧化鈦、氧化鉻以及搪瓷等，涂層具有結構致密、防護效果好、表面硬度高、耐沖刷等優點。但成本較高， 生產工藝還不是十分完善，距離實際應用目前也有一段距離。金屬—非金屬復合涂層是金屬涂層覆蓋在鋼葉片表面作為犧牲型陽極，非金屬涂層在金屬涂層上面，起到隔離作用。這種體系克服了金屬涂層存在微孔的缺點，增強了涂層的耐蝕性。

　　4.渦輪葉片的熱腐蝕防護層

　　在渦輪葉片表面施加熱障陶瓷涂層是隔絕燃氣、防止熱腐蝕發生的有效方法。其底層為MCrAlY粘接層，表層為 ZrO2陶瓷層。陶瓷層可顯著提高渦輪的工作溫度，并且涂層有較高的表面光潔度，具有較好的抗熱循環氧化性和優異的抗高溫燃氣沖蝕性及抗熱震性能，即使在1650℃高溫下長期使用，其熱穩定性和化學穩定性都很好，使用壽命也更長。陶瓷熱障涂層主要問題是熱應力引起涂層提早剝落。在涂層材料中加稀土或其它材料、采用多層和連續梯度結構、優化涂層工藝是改善涂層質量的方法。其中連續梯度涂層能實現基體與陶瓷層成分、性能的連續過渡，能夠避免產生熱應力，但目前還不能在工藝上實現。

　　5.防腐涂層在海上型飛機發動機葉片上的實際應用情況

　　目前，鋁合金葉片普遍采用了鉻酸陽極氧化加涂防腐漆料的防腐措施，鋼葉片一般都施加了金屬—非金屬復合涂層。有些發動機壓氣機葉片表面還進行了噴丸強化，細化了表面結構，在葉片表面引入了正應力，極大地改善了葉片抗應力腐蝕斷裂和抗腐蝕疲勞性能。渦輪葉片的防護國內一般取了等離子噴涂鈷( 鎳 )鋁釔(MCrAlY) 的方法。隨著航空發動機的發展，一些發動機渦輪葉片開始采用高溫滲鋁包括簡單滲鋁、鋁鉻( 鈦、鉑) 共滲和更先進防護效果更好的 MCr Al Y 濺射涂層。MCr Al Y 粘接底層加Zr O2的陶瓷熱障涂層國外應用已相對成熟，國內已取得了實質性進步，并進入工程應用階段。

　　6.發展海上飛機發動機葉片防腐涂層的幾點建議

　?、侔l展性能更好的涂層體系，注重新的防護材料和防護體系結構的研究。發展更新更好的涂、鍍、滲材料，研制性能更好的覆蓋層材料，開發出適合海上飛機發動機葉片用的多層防護系統;

　?、谕晟仆繉又苽涔に?。在完善現有工藝方法的同時， 應努力跟蹤表面技術的最新前沿，重視對新技術和新工藝的研究;

　?、郾M快建立科學合理的涂層性能評估體系。
 

責任編輯：田雙

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