飛機腐蝕與防護基礎知識
2016-11-17 13:52:16
作者：本網整理 來源：網絡
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腐蝕：工程材料受環境介質的化學、電化學和物理作用產生的損壞或變質現象。
金屬腐蝕的定義：金屬在周圍介質的作用下發生化學作用或電化學作用而引起的破壞。化學腐蝕：金屬和非電解質（如酒精、石油）或干燥的氣體相互作用產生的腐蝕，特點是化學作用過程中沒有腐蝕電流產生。
電化學腐蝕：金屬在導電的液體（電解質溶液）中由于電化學作用而導致的腐蝕。特點是在腐蝕過程中有腐蝕電流產生。
電極電位：金屬中總是含有一定數量的金屬陽離子和自由電子，當把一種較活潑的金屬，如鎳，浸入鎳鹽水溶液中時，由于鎳離子（2價）在溶液中的能級比在金屬晶體中的能級低，因此金屬鎳中的鎳離子將從金屬轉入溶液中，電子仍留在金屬上，該過程稱為金屬鎳的水化溶解（氧化）過程。另一方面，與鎳離子不斷脫離金屬表面進入溶液的同時，溶液中的鎳離子也有可能再沉積到金屬表面上，該過程稱為沉積結晶（還原）過程。兩過程是同時進行的。隨著時間的推移，兩過程速度相等，這時，金屬表面附近溶液中維持著一定數量的鎳離子，帶正電，而金屬表面上則保留著相應數量的自由電子，帶負電，兩種相反電荷構成的整體就叫做雙電層，它在宏觀上能反映出一個穩定的電位差，這個電位差就叫做金屬鎳的電極電位。
電化學反應陰極的兩種腐蝕：析氫腐蝕、吸氧腐蝕
造成電化學腐蝕的三個充要條件：不同金屬之間要存在電位差，具有不同電位的金屬要相互接觸，相互接觸的金屬共存于電解液中。
飛機常見腐蝕介質：酸堿性物質，鹽，大氣，水。
電偶序中位置相距越近的不同金屬相互接觸，發生電偶腐蝕的傾向性越小。
軍用飛機的腐蝕環境：飛機在高速飛行中遭到的惡劣的氣候條件，鹽霧，工業污染，大氣相對濕度，溫度，飛行高度，航程，跑道狀況，燃料、液壓油、冷卻劑、密封劑以及油類氧化產物和燃燒產物，電池液、材料經化學處理后沒有及時清理干凈的殘留酸或堿等，非金屬材料（含油漆）揮發出的氣氛。
軍用飛機腐蝕分類：
均勻腐蝕（表現：表面呈無光澤的灰色或條紋，表面粗糙；防護：選擇合適的材料，保護性涂層，緩蝕劑，及時去除腐蝕產物）
電偶腐蝕（給氧面積原理：雙金屬電偶中，保持陽極面積一定，腐蝕程度與陰極面積成正比；防護：防止接觸，緩蝕劑）
犧牲性腐蝕（機理：利用陽極鍍層使基體金屬免于腐蝕；特點：一定保護范圍有效，鍍層越厚保護作用越強）
縫隙腐蝕（機理：滲進縫隙的氧含量不同產生的濃差電池腐蝕；易鈍化的金屬如不銹鋼、鋁合金和鈦合金對縫隙腐蝕最敏感；發生條件：一定寬度的縫隙、縫內液體靜滯；縫外還原縫內氧化；防護：排除狹縫結構；排除排除液體滯留區的沉積物；采用含有緩蝕劑的密封劑進行密封；填補縫隙，避免潮氣進入；驅水防腐劑）
小孔腐蝕（特點：局部出現腐蝕小孔并向縱深發展，通常與其他形式的腐蝕同時發生，鋼鐵、鋁及鋁合金、銅、鉛、鎂等易發，特別是不銹鋼、耐熱合金，危害極大！油箱、地板梁、機翼蒙皮，修理困難）
絲狀腐蝕（特殊的縫隙腐蝕；發生在鋼、鎂和鋁的鍍層、磷化層和涂覆的漆膜下；最重要影響因素：大氣濕度；鋼鐵的磷化處理和含鉻酸鹽的底漆層可限制，無法徹底預防）
剝蝕（晶間腐蝕+內應力；局部腐蝕；經鍛壓或軋制的鋁合金；機翼箱體結構（整體油箱）；點蝕→晶間腐蝕→開裂→剝蝕）
應力開裂腐蝕（特點：腐蝕介質+拉應力；晶間腐蝕；高強鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金和鎂合金；滾軋、擠壓或鍛造制成的零件；飛機腐蝕最主要的破壞形式。
影響因素：
⑴ 應力數值的影響：應力強度門限值；
⑵ 電化學腐蝕：陽極溶解控制的活性通道腐蝕型應力腐蝕，陰極產物（氫）控制的氫脆型應力腐蝕；
⑶ 環境的影響；⑷冶金因素。應力腐蝕開裂控制途徑：減小材料承受的拉伸應力和應力集中，機械法減小殘余應力，改善環境因素，除氫，正確選材，覆蓋層）
微生物腐蝕（微生物的新陳代謝產物導致腐蝕，飛機油箱）
磨蝕（特點：大氣環境，重載荷，相互接觸，相對振動和滑動，零件表面出現麻點和溝紋。防護：減緩振動，潤滑，表面強化）
沖蝕（特點：腐蝕性流體與金屬表面，相互運動，加速腐蝕。防護：耐沖蝕涂層或鍍層，過濾固體顆粒）
水銀腐蝕（特點：水銀和鋁生成汞齊；防護：清除水銀）。
飛機腐蝕一般規律：沿海使用的比內地嚴重；在多雨水、多鹽霧或空氣濕度大、溫度高的地區腐蝕嚴重；服役時間長的；連續停放時間長的比經常使用和維護的嚴重。
腐蝕跡象：碎物或污染物的聚集，涂層剝落、碎裂、突起或起泡，表面破裂、不光滑，蒙皮凹凸不平，緊固件頂部變形或脫落，褪色、斑紋，變形、裂紋或斑點。
重點檢查部位：搭接和連接結構，易積水區，廁所、廚房，外蒙皮（緊固件周圍和蒙皮邊緣），外露的接頭，蓄電池周圍，整流罩和整流罩下的表面，龍骨梁區域，導軌，吸濕材料，鉸鏈，整體油箱，操縱鋼索和控制電纜。
腐蝕檢查方法，無損檢測法：渦流法，X射線，磁粉探傷，超聲波，滲透法。
渦流法：優點：無損檢測或現場原位檢測；可檢測材質、測厚、探傷；不接觸工件，無需耦合劑→高速自動化；適用于高溫下的導電材料；實時得到檢測結果。
缺點：只限于導電材料；趨膚效應；無法檢測平行于表面的層狀裂紋；難以判斷缺陷的種類和形狀；對強磁性鋼結構材料，精度差；需要特殊的抗干擾信號處理。
可用于某些材料（管、棒、線）的驗收檢驗，也可用于產品的工藝檢驗，成品、半成品的檢驗。對疲勞裂紋、腐蝕裂紋等缺陷比較敏感。
射線探測法，操作：定距→X射線照射→沖洗膠片→缺陷判斷；廣泛用于金屬和非金屬的無損探傷，對氣孔、夾渣、鑄造空洞等缺陷檢測效果最好。
磁粉檢測法：只能：鐵磁性材料（鐵、鈷、鎳及其合金），尤其是鍛鋼件、鑄鋼件以及焊接質量的檢查，不能：非鐵磁性材料，包括非金屬、有色金屬及奧氏體不銹鋼等。檢驗方式：連續法、剩磁法。
超聲波檢測法：注意事項：入射方向，檢測面，儀器，探頭，耦合劑，對比試塊；探傷種類：脈沖反射法：垂直探傷法、斜射探傷法，穿透法，駐波法，共振法；應用：測厚，測裂紋。
滲透檢測法：除表面粗糙、多孔材料外，幾乎對各種金屬、非金屬、磁性、非磁性材料及工件都可進行滲透檢測。但對于埋藏在材料或工件表層下的缺陷無能為力。方法：水洗型熒光、著色滲透探傷法，后乳化型熒光、著色滲透探傷法，溶劑去除型熒光、著色滲透探傷法。步驟：滲透，清洗，顯像，觀察。
碳鋼與低合金結構鋼
抗蝕性能：加有鉻、鎳、銅等合金元素的低合金結構鋼優于普通碳鋼
合金元素對抗蝕性能的影響：⑴含碳量：酸性溶液：c%↑→腐蝕面積↑ ;氧化性酸： c%↑→先升后降；大氣，淡水，海水： 影響不大⑵其他合金元素①加入鉻，提高：大氣、海水、CO2、H2S;無效：堿、鹽酸、硝酸鹽②加入鎳，提高：酸、堿、海水、腐蝕疲勞③加入銅（+磷），提高：大氣、海水、淡水④加入硅，提高：應力腐蝕。
不銹鋼
耐蝕性： ?提高含鉻量可以在不同環境中鈍化；?不抗氯離子的侵蝕作用，產生點蝕？表面細小裂紋狹縫在電解質溶液中縫隙腐蝕④含碳量不大于0.03%的鉻鎳不銹鋼晶界腐蝕⑤奧氏體不銹鋼應力腐蝕開裂
措施：晶界腐蝕的控制？降低含碳量0.03%以下，保持鉻含量？固溶處理，提高抗蝕性？穩定化處理④去應力處理 ⑤避免在敏化溫度范圍受熱和緩慢冷卻⑥選用正確的焊接方法；應力腐蝕的控制①根據不同條件選擇相應的鋼材②控制鋼中P、N等雜質含量③選用正確的熱處理、表面處理、冷變形量及合理使用應力等。
鋁及鋁合金
鋁：密度小，比強度大，耐蝕性好 鋁合金：力學性能好，抗蝕性好
耐蝕性：?干燥大氣中形成氧化膜，具有很好的耐蝕性？在工業污染及海洋性大氣中不耐蝕？在堿中不耐蝕④氧化性濃酸耐蝕，其他酸腐蝕⑤在中性鹽溶液中的腐蝕行為與溶液中的陰陽離子性質有關
腐蝕類型：點蝕，晶間腐蝕，剝蝕，應力腐蝕開裂
措施：?控制淬火溫度，轉移時間，減少材料斷面尺寸？減少與腐蝕介質接觸，消除張應力，噴丸處理，加入合金元素？細化晶粒，合理選擇和控制生產工藝及熱處理
鈦及鈦合金
鈦及鈦合金：比強度高，中溫性能好，耐腐蝕
耐蝕性： ①與氧形成高穩定性氧化膜，在還原性酸和氧化性介質中遭到破壞②在鹵素及其化合物中中耐腐蝕（除氟）③海水中有良好的抗蝕性④在硝酸中耐蝕，鹽酸硫酸中有一定腐蝕性，溫度升高，腐蝕程度加大，氫氟酸中不耐蝕⑤在堿中耐蝕性較好⑥易吸氫發生氫脆
腐蝕類型：燃燒與爆炸（紅煙硝酸爆炸，發煙硝酸燃燒，干氯氣燃燒，氧氣自燃），縫隙腐蝕，氫脆，電偶腐蝕
銅及銅合金
耐蝕性：大氣、淡水、海水或中性鹽類水溶液中由于氧化膜出現鈍態而耐蝕，含鋅量高的會出現脫鋅腐蝕，與其他金屬接觸時會產生接觸腐蝕。
措施：①低溫退火以消除應力②加入錫鋁錳等元素。
復合材料腐蝕特性：環境介質的腐蝕（樹脂基體的腐蝕，增強材料的服飾，界面的腐蝕，應力腐蝕及腐蝕疲勞），生物腐蝕，雨蝕，復合材料與金屬的電偶腐蝕
選擇時的考慮因素：強度，剛度，結構可靠性
防護要求：材料應滿足飛機結構溫度，濕度，紫外線和大氣等腐蝕環境要求；應優先選與之相容的鈦合金等；匹配時，應在結合界面設置不吸濕，不腐蝕性和不導電的隔離層；在易受雨蝕的部位，應采用有效的防雨蝕涂料進行表面防護。
限用要求：結構環境要求，與金屬材料的相容性，雨蝕，生物腐蝕，緊固件，防護涂層，導電要求。
高溫腐蝕定義：廣義：金屬在高溫下與氣氛中的氧硫氮碳等元素發生化學反應，導致金屬的變質或破壞過程；狹義：金屬與氧反應形成各種氧化物的過程。
高溫腐蝕影響因素：溫度、環境介質、燃氣成分（取決于燃油純凈度、空氣組成、燃燒狀態
高溫氧化腐蝕：高溫氧化是高溫腐蝕的最基本形式，是氧化膜的不斷形成與不斷破壞的周而復始的循環過程。
金屬氧化的動力學規律：直線規律（鈣鎂）、拋物線規律（鐵銅鎳鈦）、對數規律（鋁鉻鋯）、立方規律（介于拋物線與對數間）
高溫熱腐蝕定義：在金屬表面上，由于沉積物參與作用而發生的高溫腐蝕；類型：鈉硫腐蝕、釩蝕、碳蝕。防護措施： 合理選材，研制新的高溫合金；采用凈化措施：凈化空氣，減少腐蝕介質；高溫涂層技術（擴散型涂層、覆蓋型涂層、覆蓋、擴散型復合涂層、熱障涂層）。
軍用飛機電子設備腐蝕的環境條件：潮濕，溫度，壓力，化學侵蝕，沙礫和塵埃，微生物侵蝕，太陽輻射，人為的侵蝕環境。
電子設備腐蝕的控制與防護：選材：金屬材料：不銹鋼、鎳、錫、鈦、蒙乃爾合金；非金屬材料：不霉、低吸濕、耐臭氧；防護：采用更加耐腐蝕的材料和技術，保護材料不受環境影響，降低環境嚴酷程度，周期性檢查和維護。
飛機防腐蝕對涂料的要求：工藝性能：適于噴涂，干燥后漆膜平整、光滑、均勻、堅硬；干燥：能常溫固化；黏度：易于稀釋噴涂；固體含量；活性期。
防腐蝕涂料的主要品種：鋁蒙皮：底漆 、面漆；復合材料：底漆、膩子、面漆；雷達罩：底漆、面漆；鎂合金：封閉漆、底漆、面漆；內部金屬零件：底漆面漆（不同的金屬，涂料種類不同）
涂層的去除和返修：化學脫漆：（有機：二氯乙烷，無機：強堿強氧化性酸（不適宜））；機械脫漆：干剝落技術；雷達罩涂層：①清除污垢，②用適當道具劃破涂層而不能損傷基體，③在整個涂層上刷涂脫漆劑，④打磨除凈且不得使纖維裸露，⑤處理表面至水膜連續，經烘干方可按要求噴新漆；蒙皮涂層脫漆：飛機準備，脫漆劑準備，脫漆，清洗。
軍用飛機腐蝕的外場維護：定期沖洗去除飛機表面的污染物；確保飛機排水、防潮和通風良好；保持飛機涂層和密封劑的完整性；加強潤滑；保持飛機表面光潔；去除整體油箱中微生物沉積物
腐蝕損傷的修復：
修復要求：機體內外表面潔凈和防護涂層完好；不殘留腐蝕產物；不引起二次腐蝕。
修復準則和要求：等強度準則；靜強度要求；耐久性要求；損傷容限要求；廣布損傷（容限）要求。
腐蝕損傷分類：可允許損傷；需補強損傷；換件修復損傷。
腐蝕損傷修復設計：
⑴ 修復設計應考慮的基本因素：
綜合考慮各種影響因素，準確分析飛機結構腐蝕損傷原因，制定合理的修復技術方案2.外表面修復滿足氣動力性能要求
滿族靜強度、剛度、耐久性和損傷容限要求
滿足腐蝕防護與控制要求
腐蝕損傷修復后應不破壞原結構的可檢性
要考慮施工程序和可達性要求
根據修復現場的條件和修理人員的技術水平與經驗，考慮可生產型
在滿足上述要求的基礎上，應充分考慮重量、成本、周期，采用修復周期短、經費少的方案。
⑵修復設計的主要步驟：
確認修復部位的載荷環境和使用環境
評估損傷，確定修復設計思想、要求和技術方案
合理優選材料，應盡量使用原材料
計算補件或更換件幾何尺寸
確定緊固件形式、大小、分布和數量，加強件要足夠長
重要結構細節的耐久性、損傷容限分析
結構細節腐蝕防護與控制設計
繪制修理圖
損傷修復一般工作程序：腐蝕區域修復前的準備；清潔被處理區域；估計腐蝕破壞狀況；機械法和化學法去除腐蝕產物；修整區域的光順和融合；修整測量；確認損傷是否徹底清除；進行噴丸強化或冷加工緊固件孔；制件表面拋光、清潔、干燥；恢復原有表面涂鍍層
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