本刊記者| 王元 曾祥偉

 

　　近日，為了向大眾普及航空材料耐蝕性能評價及選用方面的知識。《腐蝕防護之友》記者對中國航空工業集團公司北京航空材料研究院孫志華老師進行了一次關于航空材料防腐為主題的專訪。
 

航空材料
 

　　在一片謙和的氣氛中，孫老師對航空結構防腐蝕重要性、防腐蝕措施、耐蝕材料選擇及防腐蝕性能評價等方面，提出了我國目前航空工業在材料及涂層防腐蝕總體思路。

 

　　《腐蝕防護之友》：當今社會航空業的飛速發展，談談航空業防腐蝕的重要性？

 

　　孫主任：航空工業防腐蝕日益重要。近年來，我國航空工業飛速發展，周邊區域軍事熱點事件頻發，我國南海主權不斷受到東南亞國家挑戰，在釣魚島附近海域與日本存在潛在沖突。同時我國海軍艦隊遠赴亞丁灣打擊索馬里海盜等。因此海洋環境服役、航母編隊各型飛機發展迅速， 如艦載戰斗機、直升機、預警機等。

 

　　眾所周知，海洋環境特別是艦載飛機服役環境惡劣，面臨的環境條件包括自然環境和誘發環境。其中，自然環境為海洋大氣環境，基本因素包括溫度、濕度、風、雨、雪、太陽輻射、海水飛濺作用等。與內陸環境相比，高溫、高濕及高鹽霧的特性突出， 全年平均濕度達到87%，鹽霧含量更是達到0.3694 mg/（100cm2·d），超過內陸地區近100 倍以上。因此，海洋大氣環境中金屬的腐蝕要遠高于內陸地區，以萬寧海洋大氣環境為例，其對鋼的腐蝕是江津等內陸地區的2 ～ 4 倍。美空軍數據表明用于腐蝕維修、維護的費用由2004 年的15 億美元，劇增為2009 年的54 億美元；腐蝕花費占到空軍后勤總費用的32%；每架飛機每年因腐蝕花費100 萬美元。腐蝕問題不僅涉及經濟性問題，還嚴重危害飛機的飛行安全。美國空軍后勤中心（ALC ） 對20 多種飛機調查表明：腐蝕導致的飛行事故占總數的20% 左右。而我國亞丁灣護航任務是我國海軍迄今為止深入海洋最遠、時間最久的任務，多種直升機在此任務中暴露出了嚴重的腐蝕問題，飛機不得不提前進入大修。因此對于經常處于海洋腐蝕環境中的飛機，腐蝕問題已成為決定其壽命、保證技戰術水平的關鍵因素。

 

　　《腐蝕防護之友》：航空業金屬結構防腐包括哪些方面？ 如何進行的？

 

　　孫主任：目前參照英、美等國空軍、海軍的飛機腐蝕控制理念，我國已逐步改變了以往以修理為主的被動應對飛機腐蝕問題的觀念，將飛機腐蝕控制研究發展為防護系統工程學，在飛機論證、設計、選材、制造、維護的全壽命期內貫徹和體現積極的腐蝕預防與控制理念，形成系統的防腐蝕技術體系。

 

　　合理的結構設計

 

　　通過設計合理的密封、通風、排水等措施改善結構的服役條件；盡量避免異種金屬接觸或采取有效地防電偶腐蝕設計， 控制電偶腐蝕；合理選擇鍛件分模面，主應力、流線方向和分模面匹配，提高鍛件的抗應力腐蝕能力和承載能力，改善應力狀態。

 

　　選用綜合性能優良的耐蝕材料

 

　　根據結構/ 部位與使用要求，對材料的強度、疲勞性能、斷裂韌性、耐蝕性、工藝性、經濟性等進行綜合對比，在滿足必要的力學、工藝和結構要求的前提下， 優先考慮其耐蝕性，尤其耐應力腐蝕和氫脆性能。

 

　　采用先進表面處理技術

 

　　根據不同的金屬材料、服役環境合理選擇鍍層、覆蓋層或沉積層，提高材料制件的耐蝕性、耐磨性、導電性、減摩性、隔熱性、裝飾性等。

 

　　采用高性能防護涂層體系

 

　　采用兼具有防潮拒水、高柔韌性、“三防”防護涂層體系，針對海洋服役環境飛機研發防腐涂料以及艙內采用水基涂料等； 全機結構孔和縫隙采用具有劑有較強的滲透性的滲透型緩蝕劑，增強抗腐蝕能力。

 

　　先進的腐蝕控制維護/維修技術

 

　　重視腐蝕控制維護/ 維修技術，廣泛應用飛機專用清洗劑、緩蝕劑以及快速腐蝕修復等技術控制腐蝕發生、發展。

 

　　《腐蝕防護之友》：我國航空方面耐蝕材料如何選用？ 比如飛機的各個部分耐蝕材料的選用？

 

　　孫主任：航空耐蝕材料的選用原則： 針對可能出現的腐蝕類型選擇相應的耐腐蝕材料，尤其在易產生腐蝕和不容易維護的部位應盡量選擇耐腐蝕性能好的材料， 所選用的材料應具有相容性；應按材料- 環境組合體系選擇合適的材料及熱處理狀態，應盡量避免選擇對腐蝕敏感的熱處理狀態，避免選擇會引起應力腐蝕和氫脆敏感性的表面加工；選材時應考慮抗老化性能，要求使用添加抗老化劑的高分子材料； 考慮材料的吸水性和透水性對腐蝕的影響以及變形導致的失效，應用于電氣、燃油環境的材料考慮吸水性和透水性對阻燃性、電絕緣性、導熱性的影響；與其他類型材料接觸時應具有相容性，高分子材料之間也應具有相容性，與金屬材料接觸時應不會引起金屬材料的腐蝕（包括化學腐蝕、電化學腐蝕、應力腐蝕），高分子材料所含溶劑、逸出的氣體不應引起金屬及鍍層腐蝕。

 

　　結構鋼的選擇

 

　　碳鋼的耐腐蝕性都較差，所有碳鋼零件都應進行有效的表面防護處理；結構鋼零件，尤其是對低合金結構鋼零件應選用對點蝕、晶間腐蝕、氫脆、應力腐蝕和腐蝕疲勞不敏感的材料及熱處理狀態，并應注意加工過程對腐蝕性能（ 含氫脆、鎘脆） 的影響；合金鋼仍具有碳鋼的各種腐蝕傾向，需要較好的表面防護。對于高強度鋼零件，應特別注意其應力腐蝕和氫脆的敏感性，有效地防止應力腐蝕和氫脆的發生；

 

　　不銹鋼的選擇

 

　　在強度滿足要求的條件下應優先選用具有良好耐腐蝕性能的奧氏體不銹鋼；馬氏體不銹鋼耐腐蝕性相對較差，應盡可能選用含碳量低的馬氏體不銹鋼；對強度要求高的零件可選用沉淀硬化不銹鋼。

 

　　鈦合金的選擇

 

　　鈦合金特別是高強度鈦合金，在氯化物水溶液、熱鹽等介質中使用時，應采取預防應力腐蝕措施；鈦合金應避免和含氯介質接觸；鈦合金不能鍍鎘或鍍銀，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；同時應避免鈦合金與鋁合金、結構鋼等發生接觸腐蝕。

 

　　鋁合金的選擇

 

　　結構用鋁合金的選擇應考慮合金的抗應力腐蝕和剝蝕性能，盡可能地選用對應力腐蝕和剝蝕敏感性低的合金和熱處理工藝；一般應優先選擇高純度、高強度、高韌性和高耐腐蝕性的鋁合金。對厚板、鍛件和厚截面的擠壓件應著重考慮鋁合金的抗應力腐蝕性能。薄板和薄截面的擠壓件應著重考慮抗剝蝕性能。

 

　　鎂合金的選擇

 

　　所有結構金屬中，鎂合金的耐腐蝕性能最差，結構設計中應盡量避免采用。但在良好的環境下并有良好的防護體系時， 也可使用。

 

　　《腐蝕防護之友》：航空材料的腐蝕程度如何檢測、評價的？ 哪些材料性能評價用到鹽霧箱？ 能不能列舉一個典型案例？

 

　　孫主任：航空材料、涂層以及結構的防腐蝕性能的評價方法主要包括實驗室加速腐蝕試驗和自然環境暴露試驗。不同材料的防腐蝕性能檢測種類和方法不同，如鋁合金主要采用航標、國軍標、ASTM、ISO 以及美軍標等進行晶間腐蝕、剝落腐蝕、應力腐蝕等性能的檢測與評價，而高強度結構鋼和鈦合金主要進行應力腐蝕和腐蝕疲勞等的檢測。對于表面處理及防護涂層主要采用中性鹽霧試驗的方法進行耐性能的評價，如高強度鋼無氰電鍍鎘鈦涂層的耐中性鹽霧性能應達到500 小時不出現紅銹。

 

　　為了更好地模擬飛機的服役環境、進行航空結構環境適應性的評價，廣泛開展環境模擬加速試驗譜的研究，開展戶外暴曬、艦上暴曬及實驗室模擬加速試驗，獲得材料、防護體系、關鍵（易腐蝕）結構件環境耐久性數據，為整機防護體系改進提供依據；同時采用飛機腐蝕損傷及腐蝕環境的原位監測技術，將以往的“發現腐蝕- 進行修復”的模式轉變為“預測腐蝕- 進行管理”的模式，根據預測結果決定飛機維護和管理策略。

 

　　結語：航空工業腐蝕問題已成為決定海洋環境服役飛機壽命、保證技戰術水平的關鍵因素，其腐蝕防護與控制是一個系統工程，貫穿設計、研制、生產、使用全過程。需要從結構設計、材料篩選、表面處理、防護體系選擇、維護/ 維修、腐蝕性能檢測及評價等方面加強腐蝕控制。