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淺談艦載機的海水腐蝕問題

2021-01-13 11:09:23 作者：本網(wǎng)整理來源：中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報分享至：

1.引言

艦載機長期在海洋或沿海機場飛行與停放，高濕度、高鹽分、重污染的暴露環(huán)境，使得艦載機的腐蝕問題非常嚴(yán)重。據(jù)資料統(tǒng)計，在工程上，海水腐蝕約占總腐蝕損失的30%。對于在海洋環(huán)境中工作的航母艦載機而言，腐蝕損害嚴(yán)重的原因不僅與暴露環(huán)境的嚴(yán)酷有關(guān)，也與飛機在地面或者在航母甲板時間密切相關(guān)。例如，美國海軍飛機平均每天飛行4～5小時，航母艦載機靜止地暴露于嚴(yán)酷腐蝕環(huán)境每天達(dá)19～20小時。而我軍某艦載直升機的服役壽命不及陸上的20%,因為不適應(yīng)海南的高溫濕熱環(huán)境，某型飛機出勤率低于20%,這充分說明海軍航母艦載機遭受腐蝕的數(shù)量和嚴(yán)重性。

2.艦載機的海水腐蝕原理

海水是一種成分復(fù)雜的腐蝕性電解質(zhì)溶液，海洋大氣環(huán)境中以鹽霧的影響最大。風(fēng)和水的聯(lián)合行動是產(chǎn)生浪花的條件，在航母艦載機和艦船處于低干舷的情況下，海水浪花常以飛沫或薄霧（即鹽霧）的形式會被吹到飛行甲板和機棚甲板上，這些鹽霧就可能被酸化至pH為2。在艦載機上經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這些薄霧冷凝，以致達(dá)到飛機表面滴落海水的程度，因此海水環(huán)境的腐蝕性很強。蒸發(fā)后殘留的固體鹽粒子可能積聚在飛機裂縫和接縫處。隨后，由于濕氣的加入（即使沒有海水時），在裂縫或接縫處鹽水條件就能產(chǎn)生和形成，換言之就是因為堆積物吸引濕氣到金屬表面從而形成了電解液。

海水腐蝕類似于電化學(xué)腐蝕。而電化學(xué)腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，必須有電解質(zhì)存在，且有陽極溶解反應(yīng)和陰極的還原反應(yīng)，從而造成大多數(shù)陽極金屬局部腐蝕。由于腐蝕產(chǎn)物多數(shù)成粉末狀，又迅速吸收水分，促進(jìn)新的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，使得海水腐蝕的發(fā)展加速。

金屬材料在海水環(huán)境中，發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng)如下：

陽極：

陰極：

對飛機來說，陽極和陰極可能是鋁翼梁和復(fù)合材料的外殼，電解液是來自海浪的鹽水，附著在艦載機表面的含鹽的水膜，是電化學(xué)反應(yīng)的良導(dǎo)體。這些金屬翼梁和復(fù)合外殼等是按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（重量、強度和性能）選擇的，阻止腐蝕的普通方法是密封隔水（電解液），通常是采用涂料和密封劑來實現(xiàn)的。

由于艦載機長期處于腐蝕惡劣的環(huán)境，金屬表面的漆膜、氧化膜就會因損傷或其它原因失去防護(hù)能力，當(dāng)局部環(huán)境濕度較大時，大氣中的氧溶入液膜成為陰極反應(yīng)中的還原劑。當(dāng)大氣中的鹽分較高，氯化物溶入液膜，電離出吸附力超強的氯離子取代金屬表面氧化膜中的氧破壞其鈍化膜，具有侵蝕性的氯離子對一些具有自鈍化特征的材料，如鋁合金、不銹鋼等會產(chǎn)生嚴(yán)重的點蝕。尤其對鋁合金的影響最大。大氣中鹽霧的含量越高，鹽分沉積量就越大，造成的腐蝕就越嚴(yán)重。

3.艦載機的海水腐蝕類型：

氯化物能加速點蝕、應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕和縫隙腐蝕等局部腐蝕，是海軍飛機所受到的最嚴(yán)重的腐蝕介質(zhì)。含氯離子的水膜是作為進(jìn)一步電化學(xué)反應(yīng)的良導(dǎo)體，造成腐蝕的惡性循環(huán)。發(fā)生在艦載機上的海水腐蝕類型主要有四種。

3.1點蝕，也就是局部腐蝕，一般起因于鋁合金蒙皮上的小坑。并通過氯離子、低pH和水的參與，使得海水腐蝕的電化學(xué)反應(yīng)加速。

圖1點狀腐蝕

3.2絲狀腐蝕，該腐蝕發(fā)生的非常普遍，其特點是發(fā)生在涂漆的鋁底層。絲狀腐蝕多數(shù)從緊固件周圍和涂覆體系已破裂的蒙皮邊緣開始。高濕度、氯離子（海鹽）和氧促進(jìn)了絲狀腐蝕生長。維修腐蝕區(qū)域的方式是采用局部打磨方法除去腐蝕。

圖2 圖2 絲狀腐蝕

3.3晶間腐蝕，發(fā)生在某些鋁合金晶粒的邊界，這類腐蝕是微觀的。嚴(yán)重的晶間腐蝕會導(dǎo)致鋁合金的延展性損失和剝離腐蝕。晶間腐蝕也能導(dǎo)致飛機結(jié)構(gòu)的臨界載荷破裂失效。

圖3晶間腐蝕

3.4應(yīng)力腐蝕開裂，是最有破壞性的腐蝕類型之一。在艦載機彈離和著陸航空母艦時，飛機要經(jīng)受嚴(yán)酷的外載荷。當(dāng)有持續(xù)不變的拉應(yīng)力和暴露于腐蝕環(huán)境（海鹽）時，應(yīng)力腐蝕開裂就會發(fā)生。像晶間腐蝕一樣，也能導(dǎo)致飛機結(jié)構(gòu)的臨界載荷破裂失效。采用經(jīng)過長時間時效處理、延展的和消除了應(yīng)力的鋁合金。

圖4 應(yīng)力腐蝕開裂

4.艦載機的海水腐蝕防護(hù)

4.1海水腐蝕易發(fā)生的部位

艦載機的海水腐蝕非常嚴(yán)重，容易發(fā)生腐蝕的部位也很多。存在結(jié)構(gòu)縫隙或異種金屬接觸部位，如各機種的配重連接部位、鋼連接件等；緊固件和緊固孔周圍，不密封或密封差的部位；在制造死角、易積水或排水條件差、維護(hù)困難的部位；另外在主起落架艙區(qū)、機翼上蒙皮與配重連接區(qū)、飛機蒙皮外表面等海水鹽霧容易集結(jié)的部位，都會因缺少防護(hù)或防護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致海水腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2避免海水腐蝕的防護(hù)措施

由上可知，艦載機上容易發(fā)生海水腐蝕的部位很多，因此要保證艦載機應(yīng)有的戰(zhàn)斗力，就必須自始至終的關(guān)注抗腐蝕能力的提高，加強從零部件到整體的防腐蝕設(shè)計。

4.2.1嚴(yán)格把好選材關(guān)，在艦載機構(gòu)件制造時，特別是關(guān)鍵部位的選材，要避免選用易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕和電化學(xué)腐蝕的材料，盡量采用耐腐蝕性高、耐疲勞性好的材料，從源頭上杜絕海水腐蝕發(fā)生的可能性。

4.2.2嚴(yán)格把好設(shè)計制造關(guān)，在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計上下功夫，保證良好的可達(dá)性和敞開性，便于通風(fēng)、排除積水和及時檢查清楚腐蝕部位的銹污；容易發(fā)生腐蝕損壞的結(jié)構(gòu)件要設(shè)計的便于拆卸和更換；在設(shè)計時，要盡量避免應(yīng)力集中，在裝配加工時注意消除殘余應(yīng)力的影響，把應(yīng)力腐蝕開裂破壞降到最低。

4.2.3嚴(yán)格做好防護(hù)關(guān)，要注意使用防腐蝕性能良好的油漆、緩蝕劑、防護(hù)劑、密封劑，采用新工藝、新技術(shù)提高防護(hù)層的質(zhì)量，也可以采用多重防護(hù)措施，有效隔絕周圍介質(zhì)，特別是海水造成的含鹽溶液等與金屬之間的接觸。

4.2.4嚴(yán)格做好維護(hù)關(guān)，特別注意做好艦載機的日常維護(hù)。上艦前要做好各部件的清潔、密封、涂油等工作。上艦后應(yīng)嚴(yán)格維護(hù)手冊操作，在日常維護(hù)中加強對海水腐蝕的防護(hù)工作，在每次維護(hù)中要進(jìn)行腐蝕情況檢查，對有懷疑的部位要進(jìn)行腐蝕跟蹤和預(yù)測，做到早發(fā)現(xiàn)、早排除。如在海上使用后，要用專用的沖洗設(shè)備和沖洗劑對機體和發(fā)動機進(jìn)行沖洗；對于涂漆部件，更要及時修補脫落的部位；對沒有漆層處理的機件要按期進(jìn)行防銹防腐處理；對于容易發(fā)生海水腐蝕的部件要進(jìn)行經(jīng)常性涂防護(hù)油和防銹專用油料，提高其抗腐蝕和耐腐蝕能力。

4.2.5注重高新技術(shù)的軍內(nèi)推廣，各種表面改性技術(shù)的迅猛發(fā)展，給海水腐蝕防護(hù)領(lǐng)域增添了新的活力，其中激光表面淬火技術(shù)，通過對零部件的特殊部位，如槽孔、盲孔、連接部位等容易發(fā)生海水腐蝕的部位，只要激光束能夠照射到的部位均可進(jìn)行處理，對于鋁合金。鈦合金等飛機常用材料都可進(jìn)行激光表面強化處理。在國外，激光表面改性技術(shù)已經(jīng)取代滲氮。滲碳等化學(xué)熱處理方法，廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域。

總之，艦載機的海水腐蝕問題，不僅僅是紙上談兵的空想，亞丁灣護(hù)航回來的那些艦載直升機的海水腐蝕問題就相當(dāng)嚴(yán)重，有的飛機底部蒙皮多處脫落、連接部位的鉚釘銹斑嚴(yán)重、就連起落架也深受腐蝕。由此可見，飛機的海水腐蝕防護(hù)將是一項具有戰(zhàn)略意義的長期任務(wù)。

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