航空熱交換器是將飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)及輔助動(dòng)力裝置在運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的大量熱量， 以一定的傳熱方式通過某種流體傳遞給他種流體的設(shè)備。處在海洋大氣和艦上停放環(huán)境下長期使用的航空熱交換器， 由于所處環(huán)境是腐蝕性很強(qiáng)的災(zāi)害環(huán)境，如果不采取相應(yīng)的防護(hù)與控制措施，將會(huì)造成零（部）件材料的嚴(yán)重腐蝕和變質(zhì)， 從而影響產(chǎn)品的使用壽命乃至飛行安全。因此，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造及維護(hù)維修等過程中，采取有針對(duì)性的腐蝕防護(hù)與控制，以減輕或延緩產(chǎn)品的腐蝕損傷非常必要。

    航空熱交換器的主要類型及其在海洋性環(huán)境的主要腐蝕類型

    航空熱交換器多為緊湊換熱器， 主要有板翅式熱交換器及列管式熱交換器，工作介質(zhì)多為燃油、滑油及空氣，采用的材料為鋁、銅、鈦及它們的合金、不銹鋼及耐高溫合金等， 其基本單元均采用真空釬焊方法制成。海洋性環(huán)境下航空熱交換器將面臨的主要腐蝕形式有：電偶腐蝕、縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等。

    1 電偶腐蝕

    凡具有不同電極電位的材料相互接觸， 并在一定介質(zhì)中所發(fā)生的電化學(xué)腐蝕稱為電偶腐蝕。由于海水含有大約3.4%的鹽，pH 值為8， 呈微堿性，是一種極好的電解質(zhì)[1]，當(dāng)兩種不同材料相接觸并暴露在海洋環(huán)境中時(shí)， 因不同材料在海水中的電極電位不同，從而形成原電池而導(dǎo)致電偶腐蝕。這種腐蝕也會(huì)由于同一金屬表面上材料局部差異產(chǎn)生不同電位而引起。

    2 縫隙腐蝕

    常見的為濃差電池腐蝕。由于縫隙內(nèi)部的氧濃度比敞口處低，當(dāng)濕氣中富含鹽分時(shí)，氯離子集中在缺氧的縫隙內(nèi)部，增加了活性和酸性，加速了腐蝕。這種腐蝕是最常見的，也是非常有害的。凡依靠氧化膜或鈍化層耐蝕的金屬或合金， 特別易遭受縫隙腐蝕，如不銹鋼、鋁合金[2]，尤其是熱交換器的法蘭連接面。

    3 點(diǎn)蝕

    點(diǎn)蝕是由于分散的鹽粒或大氣污染物附著在金屬表面引起的。從金屬表面開始，向內(nèi)部擴(kuò)展，形成蝕坑。產(chǎn)生的蝕坑相當(dāng)于應(yīng)力集中源，導(dǎo)致疲勞和應(yīng)力腐蝕開裂。在所有的材料中，不銹鋼對(duì)點(diǎn)蝕最敏感。

    4 應(yīng)力腐蝕

    由拉應(yīng)力與腐蝕環(huán)境共同作用形成。一般沿晶粒結(jié)構(gòu)的某一單一平面內(nèi)進(jìn)行， 并垂直于拉應(yīng)力方向，裂紋呈細(xì)狀，并快速擴(kuò)展，且在破壞前沒有明顯的預(yù)兆， 是所有腐蝕類型中破壞性和危害性最大的一種。如列管式熱交換器的管子，在脹管部位的張應(yīng)力、高溫和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的開裂。

    5 腐蝕疲勞

    由循環(huán)應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用形成。循環(huán)的拉壓彎曲首先造成表面保護(hù)膜和涂層的破壞， 引起點(diǎn)蝕，形成蝕坑，產(chǎn)生裂紋，裂紋尖端產(chǎn)生新的應(yīng)力集中和腐蝕集中， 促成裂紋在應(yīng)力與腐蝕的交互協(xié)同作用下加速擴(kuò)展，這種腐蝕的潛在危害也很大。

    腐蝕防護(hù)與控制設(shè)計(jì)技術(shù)

    鑒于腐蝕類型及影響腐蝕因素極多， 在航空熱交換器的研制和生產(chǎn)階段， 應(yīng)根據(jù)具體對(duì)象及可能遇到的環(huán)境條件和工作條件， 分析可能出現(xiàn)的腐蝕問題并采取相應(yīng)的防腐措施。目前， 關(guān)于航空熱交換器的防腐措施和控制原則總體來說可歸納如下：

    1 防腐蝕設(shè)計(jì)

    （1） 應(yīng)盡可能避免金屬與金屬之間、金屬與非金屬之間的敏感縫寬0.025～0.100mm； 避免凹坑、集水槽等，以防止腐蝕介質(zhì)的聚集和滯留。

    （2） 應(yīng)盡可能選擇在電化序中相鄰的金屬和鍍覆層相接觸[3]，若不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，可用絕緣墊將金屬隔開。如果需要導(dǎo)電時(shí)， 則應(yīng)另選一種與這兩種材料接觸腐蝕都較輕微的金屬作為鍍層或墊片。

    （3） 應(yīng)盡量選擇在海洋環(huán)境條件下相對(duì)于基體金屬為陽極性的鍍覆層，如鋼基體上的鎘鍍層。

    （4） 應(yīng)盡量避免“大陰極小陽極”現(xiàn)象的出現(xiàn)，如銅板上鉚鋼釘。

    （5） 為避免應(yīng)力腐蝕開裂， 熱交換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到盡量避免產(chǎn)生應(yīng)力集中。

    2 材料選用原則

    設(shè)計(jì)選材時(shí)既要考慮材料的力學(xué)性能、制造工藝性和相容性， 又要考慮材料及其熱處理狀態(tài)在海洋環(huán)境中的耐蝕性。如鎳鋁青銅、錳青銅、海軍黃銅、含鉬不銹鋼、蒙乃爾合金以及鈦合金等材料在海洋環(huán)境下都具有良好的抗腐蝕性能[4]，但鋁合金2A12的T4 狀態(tài)和7A04 的T6 狀態(tài)對(duì)晶間腐蝕和剝蝕非常敏感。各種金屬材料都應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，原則上不允許呈裸露狀態(tài)使用。

    3 制造過程中幾條重要的腐蝕控制原則

    （1） 在鈦合金零件制造和裝配過程中， 不允許用鍍鎘的工具、夾具、型架、定位器等。鍍鎘或鍍銀的墊圈、干涉配合襯套或干涉配合緊固件均不可與鈦合金零件一起使用，以防變脆。

    （2） 由于奧氏體不銹鋼焊接接頭中存在晶間腐蝕敏化區(qū)，所以奧氏體不銹鋼在焊接后應(yīng)進(jìn)行固溶熱處理。

    （3） 注意工序安排，帶有鍍鋅層、鍍鎘層等易引起基材產(chǎn)生熔融金屬脆斷的零件，嚴(yán)禁電鍍后焊接，確要焊接時(shí)必須在鍍前焊接或?qū)⒑附犹幍腻儗映艉蟛趴珊附印?/p>

    （4） 不能在鈦合金零件或與鈦接觸的零件上鍍鎘或鍍銀，以防變脆。

    4 耐腐蝕性能測(cè)試結(jié)果

    （1） 在Mg-3Al-1Zn-0.2Mn 鎂合金中添加Al2Ca，可細(xì)化晶粒，提高合金的高溫力學(xué)性能和耐腐蝕性能。

    （2） 未添加Al2Ca 的Mg-3Al-1Zn-0.2Mn 鎂合金由α-Mg 相和Mg17Al12 相組成，而添加了Al2Ca 的Mg-3Al-1Zn-0.2Mn 鎂合金由α-Mg 相、Mg17Al12 相和Al2Ca 組成。

    （3） 與未添加Al2Ca 的Mg-3Al-1Zn-0.2Mn 鎂合金相比， 添加Al2Ca 可使合金的高溫抗拉強(qiáng)度和延伸率均得到提高，其中150℃抗拉強(qiáng)度增加53%，450℃抗拉強(qiáng)度增加246%。

    （4） 與未添加Al2Ca 的Mg-3Al-1Zn-0.2Mn 鎂合金相比，添加Al2Ca 可使合金鹽霧腐蝕120 h 后的質(zhì)量損失率從5.52%下降至1.11%。

    5 防護(hù)層選用原則

    （1） 綜合考慮材料的特性、熱處理狀態(tài)、使用件和部位、散熱器結(jié)構(gòu)形狀和公差配合等因素選擇金屬覆蓋層（鍍層、熱噴涂、熱浸鍍、耐蝕金屬包覆等）或非金屬覆蓋層（轉(zhuǎn)化膜、涂層、塑料襯里或包覆等）；同時(shí)應(yīng)根據(jù)散熱器零（部）件類型、特性、使用環(huán)境、條件及壽命確定防護(hù)層的厚度。

    （2） 選用的防護(hù)層不應(yīng)給零（部）件基體帶來不良的影響（如疲勞、氫脆等），不能降低基體材料力學(xué)性能。

    （3） 低耐蝕性的金屬零（部）件應(yīng)盡量選用陽極性防護(hù)層。

    （4） 有機(jī)涂層選擇應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境， 綜合考慮涂層與基體的附著力、涂層的耐蝕性能、耐大氣老化性能、三防（防濕熱、防鹽霧、防霉菌）性能以及涂層系統(tǒng)各層之間的配套性和工藝性等， 選擇表面涂層與厚度及施工工藝。

    6 緩蝕劑的應(yīng)用

    緩蝕劑有較強(qiáng)的滲透性， 可進(jìn)入極小的縫隙和孔內(nèi)， 溶劑揮發(fā)后將結(jié)構(gòu)表面的水分和鹽分置換出來，并覆蓋一層具有防腐蝕作用的膜層。緩蝕劑可用作散熱器的最后一道防護(hù)， 用以增強(qiáng)已有的防護(hù)體系（如鋁散熱器化學(xué)氧化后噴漆， 裝配后再噴緩蝕劑），或用于涂層損傷處的維護(hù)。根據(jù)具體情況及試驗(yàn)驗(yàn)證，可選用單一緩蝕劑或多種緩蝕劑組合。

    結(jié)語

    隨著國際形勢(shì)的發(fā)展變化，海軍現(xiàn)役飛機(jī)的飛行任務(wù)將不斷增加，對(duì)航空熱交換器的防腐要求也將相應(yīng)提高，因此，研究航空熱交換器在海洋環(huán)境中的腐蝕防控，延長其檢修間隔及使用壽命十分必要。腐蝕防護(hù)與控制涉及到環(huán)境學(xué)、金屬腐蝕學(xué)、表面防護(hù)工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造技術(shù)與管理科學(xué)等，是多專業(yè)、跨學(xué)科的系統(tǒng)工程。要真正控制腐蝕，必須由設(shè)計(jì)、制造、使用、貯運(yùn)、維修人員共同配合，層層把關(guān)。用系統(tǒng)工程的理念，充分利用現(xiàn)有防腐技術(shù)，嚴(yán)格按照以上各方面相應(yīng)的腐蝕控制原則進(jìn)行實(shí)際工作，加快對(duì)于防腐新材料、新技術(shù)、新方法（如微弧氧化、納米防腐涂料等）的研究與應(yīng)用，就有望減輕和延緩產(chǎn)品腐蝕。

責(zé)任編輯：王元

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