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飛機腐蝕與防護技術淺析

2019-01-25 12:40:29 作者：李善勛來源：希德防務分享至：

軍用飛機是空軍、海軍航空兵、陸軍航空兵的主要武器裝備，是我軍戰斗力的重要組成部分，具有極其重要的軍事地位。飛機在地面停放時由于不斷地受到溫度、濕熱、鹽霧、酸雨以及大氣中的S02、H2S等環境因素的作用，防護涂層會發生粉化、龜裂、起泡、剝落等現象導致防腐功能失效，進而導致機體結構腐蝕，造成結構材料疲勞壽命大幅度下降。在飛行過程中，腐蝕環境和載荷的共同作用構成的腐蝕疲勞則會加劇結構的疲勞損傷，使結構的疲勞壽命顯著下降。

隨著服役日歷時間增加和近年來我國環境污染的惡化，飛機結構的腐蝕損傷發展速度呈現出明顯加快的趨勢，目前我國有些飛機己出現大面積腐蝕，局部結構腐蝕損傷也十分嚴重。

艦載飛機極易發生嚴重腐蝕問題，國外經驗證明，要解決陸基飛行器向海上飛行器改型的問題，必須先攻克腐蝕防護難題。據資料統計，美國1994年至2004年的十年間，每年約1億平均維修工時用于解決腐蝕及腐蝕檢查工作。平均7.6維修小時/飛行小時，占整個檢查維修時間的36%；引發安全事故224件，涉及飛機227架，經濟損失達10 億美元/ 年。

圖1 飛機結構腐蝕照片

飛機腐蝕的主要特點及重要性

飛機服役環境特點：

軍用飛機結構的腐蝕損傷主要取決于其服役環境因素（如溫度、濕度、降水、鹽霧及凝露、環境污染程度、日照時間、風速等）以及飛機本身的抗腐蝕能力。與美國、俄羅斯等發達國家相比，我軍飛機的服役環境更加嚴酷，飛機結構的腐蝕速率更快，特別是沿海和內陸濕熱地區（如重慶等）服役環境更加嚴酷。總的來說，飛機結構的腐蝕在沿海地區比內陸地區嚴重，南方地區比北方地區嚴重。而在內陸地區，濕熱地區比溫和干冷地區嚴重。

飛機結構腐蝕：

影響軍用飛機結構腐蝕的主要因素是：飛機結構本身的選材、結構設計、制造工藝、維護維修和服役環境等。飛機結構件發生腐蝕主要取決于材料的成分和組織、構件的結構形式和受力狀態等。現役飛機結構的主體材料中易發生腐蝕的主要是鋁合金、鎂合金和高強度鋼，其中以鋁合金最為普遍和嚴重，特別是對晶間腐蝕敏感的LYl2CZ和LC4CS。飛機結構件腐蝕也和所處的服役環境密切相關，受環境的影響較大，腐蝕類型比較廣泛，眾多的影響因素也會產生耦合作用。飛機結構的腐蝕環境一般是潮濕的環境，主要產生電化學腐蝕，包括液膜下的電化學腐蝕和局部浸沒在電介質溶液中的電化學腐蝕。

腐蝕的部位：

主要集中在外場無法檢查，平時無法采取措施的機體結構內部、機身蒙皮鉚接處、機翼、尾翼、起落架，以及可檢性較差的承力件、框架、機身密封艙等容易積水的部位。

腐蝕材料：

現役飛機結構的主體材料主要有LYl2CZ、LC4CS、30CrMnSiA、鎂合金等。調查表明，易發生腐蝕的材料主要是鋁合金、鎂合金和高強度鋼，其中以鋁合金最為普遍和嚴重，特別是對晶間腐蝕敏感的LYl2CZ和LC4CS。

腐蝕的外觀特征：

（1）鋁合金在飛機上大多用作承力構件的型材及蒙皮。蒙皮的腐蝕一般是漆層大面積脫落、鼓包、產生點蝕。腐蝕嚴重部位集中于緊固孔周圍、接縫部位以及連接的結合面、蒙皮內表面與緣條、長桁、隔框接觸的部位等。通常機身、機翼和尾翼的下表面蒙皮比上表面蒙皮腐蝕嚴重。用作承力構件的鋁合金型材，腐蝕損傷后緣條鼓起，嚴重時出現層狀剝離，腐蝕產物是灰暗或灰白色的磷片狀產物。

（2）在飛機結構中使用較多的合金鋼材料是30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、40CrNiMoA等。鋼件腐蝕后輕者出現紅褐色銹層，重者出現蝕坑、疲勞裂紋等。一般來說，合金鋼的強度越高，耐蝕能力越差，對應力腐蝕的敏感性就越大。

腐蝕類型：

飛機結構中使用鎂或鈦合金材料。鈦合金的電極電位較高，一般不易發生腐蝕。鎂合金材料電極電位較低，在海洋環境條件下容易產生電化學腐蝕。從軍用飛機服役期間金屬材料所發生的腐蝕情況來看，可以劃分為如下典型的腐蝕類型：均勻腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕（點蝕或坑蝕）、晶間腐蝕（嚴重時表現為剝蝕）、腐蝕疲勞和氫損傷，另外還有磨損腐蝕、應力腐蝕開裂、絲狀腐蝕和微生物腐蝕等。

腐蝕的嚴重性：

（1）直接影響飛機結構完整性；

（2）導致金屬結構加速腐蝕破壞；

（3）非金屬件老化及油液污染變質；

（4）增加維護、維修工作的費用和工作量；

（5）危及飛行安全；

（6）大大縮短飛機的使用壽命，影響飛機使用性能。

飛機腐蝕防護技術發展現狀

合理的結構設計：

密封：選用高可靠性的密封劑和緩蝕劑避免雨水或清洗水從縫隙、溝槽、搭接部位流入或滲入機內；通風：設計通風口蓋、通氣孔防止潮氣滯留機內，侵蝕結構和設備；排水：設計排水孔，使污水、積水盡快排除；控制電偶腐蝕：不允許有電偶腐蝕傾向的構件之間相互接觸；折疊機翼：機構簡單，易于折翻，轉角均圓滑過渡，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。

選用綜合性能優良的耐蝕材料：

全面綜合（強度、斷裂韌性、耐腐蝕性、輕量化、經濟性等）在滿足戰術技術性能的前提下，盡可能選用耐蝕材料：

◆ 從設計、選材等即把腐蝕控制技術納入飛機結構耐久性設計；

◆ 建立分級的腐蝕性能評估方法供設計選材使用；

◆ 重要結構材料都有比較全面的腐蝕性能數據；

◆ 較完備的高強度材料應力腐蝕開裂應力強度門檻值。