劉建華 北京航空航天大學二級教授、長聘教授、博士生導師

 

    隨著人民經濟水平的不斷提高，飛機成為了人們旅游外出的重要交通工具。2018年春節期間（2月15日-21日），共運送旅客 1140 萬人次，民航運行安全平穩。同時，飛機也作為重要的軍事力量成為了國防中不可或缺的一部分。第五代戰斗機F-22，F-35，T-50，殲 20 和殲 31 等，代表了各國頂尖的飛1用飛機，都希望在安全穩定的運行前提下，服役時間更長，功能更加齊全，成本逐步降低。然而，腐蝕是一個自然現象，在飛機中的腐蝕也是不可避免的一個問題。航空界因腐蝕問題造成的飛行事故頻頻發生，不僅直接影響飛行安全，還給航空機務工程工作帶來了沉重的負擔，并造成維修費用的提高和飛機壽命的降低。隨著人們的不斷重視，對如何保證飛機運行安全研究的不斷深入，針對于飛機行業的腐蝕與防護問題也逐步系統和完善。現在從以下幾個方面做簡單的介紹。

    一、飛機行業的發展歷程

 

    1. 飛機的發展

 

    1903 年萊特兄弟制造的第一架飛機“飛行者 1 號”在美國北卡萊納州試飛成功，完成了人類想要翱翔天空的夢想。從此，飛機成為了現代文明不可缺少的交通工具。1910 年出現了最早的噴氣式發動機。而在 1942 年德國澳海因成功的制造出第一架噴氣式飛機（如圖 2 所示），并在二戰中噴氣式飛機大顯身手。在 1947 年，由美國貝爾公司成功試飛沖破音障的飛機。而如今，科技發展了半個多世紀，飛機的種類，數量，功能都有了翻天覆地的變化。如圖 3 所示，追求高速，高靈活度的戰斗機；追求安全，穩定的大型客機；追求更大運輸能力的運輸機等。不同類型的飛機出現體現了科技的進步和完善，代表了我們不斷追求卓越的毅力。

圖1 萊特兄弟

 

圖2 第一架噴氣式飛機

 

    2. 飛機行業腐蝕研究發展

 

    在追求性能優異的飛機同時，飛機由于腐蝕帶來的嚴重人員財產損失引起了各方廣泛的關注。目前，飛機的服役期一般都要在 20 年以上。從飛機的整體情況來看，飛機結構腐蝕比機械疲勞問題更為嚴重。在航空史上，因腐蝕問題造成的飛行事故屢屢發生，如 1985年 8 月 12 日，日本一架 X747 客機因應力腐蝕斷裂而墜毀，死亡達 500 余人。英國彗星式客機和美國 FII 娥斗機墜毀事件，是國際上著名的應力腐蝕典型事故。在各方的共同努力下，不斷完善對飛機行業腐蝕的研究，預防和維護，提高飛機的安全性，穩定性。

 

    腐蝕對飛機結構的危害極大，主要表現在以下幾個方面。第一，腐蝕使結構承力截面減小、使結構細節部位從非臨界狀態轉變為臨界狀態，從而改變了應力應變的分布情況，引起應力集中，增加飛機飛行安全隱患，甚至導致飛機出現重大事故，例如，2002 年美國一架 F15 戰斗機由于尾翼結構腐蝕斷裂在空中解體。在民航方面，1981 年 8 月臺灣一架波音 747 客機因機身下部結構腐蝕、蒙皮變薄，產生孔洞和裂紋導致空中解體，造成 150 多人遇難。我國一批杜 -4 飛機因結構嚴重腐蝕，因而提前1000 多飛行小時退役。2002 年臺灣有一架波音 747 客機因機體結構腐蝕在福建海域墜毀，造成 250 多人遇難。第二，導致結構修理工作難度大大增加，其修理費用將大幅度增加。例如 1983 年美國 EA-6B“徘徊者”艦載電子戰飛機每飛行小時只需要 1 個工時，而到 1997年由于飛機腐蝕越來越嚴重，每飛行小時需要腐蝕維修達到 8.7 個工時。第三，腐蝕導致主要承力構件提前生成裂紋，顯著減少了零件的使用壽命。第四，腐蝕加速裂紋擴展，降低了材料的斷裂韌性，減小了裂紋斷裂的臨界尺寸，使裂紋擴展壽命大大減小，嚴重影響飛機的正常使用、維護。

    飛機結構的腐蝕是世界航空界共同面臨的重大問題，環境對飛機結構的影響受到發達國家的高度重視，從 60 年代開始，美國三軍就率先開展了對沿海和海上軍用飛機的腐蝕問題的調查，聯合國內幾所大學和研究機構立項研究如何解決腐蝕和確定在腐蝕環境下飛機的服役期問題，建立了專用的實驗室和測試方法。北大西洋組織、瑞典宇航院（FFA） 等國家和機構都投入了大量資金和人力進行腐蝕防護及腐蝕疲勞機理研究，取得了大量的研究成果，并成功地應用于軍用飛機的腐蝕控制。20 世紀70 年代后，北大西洋公約組織對飛機的腐蝕及腐蝕疲勞問題開展了較大規模的 CFCTP（corrosion fatigue cooperativetesting programme） 和 FACT（fatigue inaircraft corrosion testing）的試驗研究。20 世紀八十年代后期，服役條件下的腐蝕環境對飛機結構壽命的影響受到西方發達國家的高度重視。美國軍標中明確要求 : 設計制造商在飛機的設計制造過程中要考慮濕熱、化學和氣候對飛機結構的耐久性、損傷容限與試驗驗證的影響。先后制定了與腐蝕相關的一系列標準和規范，如：MIL-A-008866B，MIL-A-87221，MIL-A-8860B（AS），MIL-F-7179，MIL-STD-1568，MIL-HDBK-5，MIL-IIDBK-729，MIL-STD-810E 等。

    由于美軍飛機從設計開始就考慮了服役環境的影響，因此其防腐設計及腐蝕控制技術較高。另外，澳大利亞的海軍部門，也開展了類似的調查和研究工作。美國洛克希德公司用于腐蝕與防護方面的研究費用每年大約為數百萬美元，二十世紀八十年代該公司佐治亞分公司對 F-18 飛機結構涂層防護體系的使用年限問題進行了大量試驗研究，在研究中針對美國亞熱帶沿海區域環境對涂層的作用，提出了用溫濕、紫外照射、熱沖擊、低溫疲勞和鹽霧五個環境塊順序施加的加速試驗方法。美國空軍也十分重視腐蝕在飛機上的應用研究，每年投入防腐研究的經費高達 30 億美元。美英等國在八十年代末針對老齡飛機的延壽，開展了大量的加速模擬腐蝕試驗研究，并均取得了有益的成果。北大西洋公約組織（NATO）、美國空軍和海軍、瑞典宇航院、澳大利亞國防科技部和加拿大國防部等相關研究機構，已對飛機鋁合金的腐蝕及腐蝕疲勞開展了較大規模的研究，要求從飛機設計開始，就把腐蝕環境及腐蝕對結構完整性和損傷容限的影響考慮進去，頒布了 J SSU-2006《飛機結構聯合使用指南》和 MIL-STD-15300《飛機結構完整性大綱》，從飛機設計、使用和維修的角度，要求做到從“生”到“死”的全程控制。最近，F-35 開發團隊選擇了 BAe 系統公司 （ 英國航空航天公司和馬可尼電子系統公司合并 ） 開發的新型 sentinel（ 在線 ） 腐蝕監測系統，用于飛機結構的腐蝕監控，而我國同步在飛機腐蝕監測系統開發方而的研究尚不多見。

    國內在 70 年代中期就開展了有關材料損傷容限分析及一些與環境相關的腐蝕與防護研究工作，但這些研究工作無論從深度還是實際應用的可能性都有一定的差距。真正系統的研究是進入 80年代以來，在我國海軍飛機發現大量的腐蝕問題以后才開展起來的，多數集中在對海軍飛機海洋大氣環境下材料的失效或腐蝕因素的分析，腐蝕疲勞及應力腐蝕開裂，常規涂層的防護等方面。原航空工業總公司專門設立《AFFD》系統工程，從 1988 年起開展了飛機結構抗腐蝕疲勞損傷設計技術研究，并組織出版了有關飛機結構腐蝕疲勞方面的專著。二十世紀九十年代以來，由于飛機結構腐蝕問題日益突出，有關研究受到重視，并逐漸成為我國航空界的重要研究方向。研究人員從我國飛機腐蝕問題嚴重性和探討解決問題途徑出發，結合基礎腐蝕理論，通過對國外有關研究成果的消化和發展，在九十年代初，我國多家研究院所單位編寫了有關飛機結構腐蝕與腐蝕疲勞的著作。特別是從“九五”開始，在飛機結構抗腐蝕設計、環境譜與載荷 / 環境譜編制、腐蝕條件下使用壽命與日歷壽命、加速腐蝕試驗技術等多方面的研究廣泛開展，并力圖結合飛機設計加以初步應用，在這一研究過程中不斷取得了許多可喜的成果。

    我國的飛機腐蝕與防護技術經過多年的發展，取得了很大的成就，但在新產品、新工藝技術、產品性能等方面與國外先進水平相比還存在一定的差距。如橡膠、樹脂基復合材料等表面耐磨防護需求迫切；艦載機的發展及我國海洋大國戰略定位，對先進高性能綠色環保表面處理技術需求日益迫切；國內部分單項技術較為先進，但缺乏覆蓋全壽命周期的整體防護技術體系。同時，當前表面處理技術對環境和人體的危害仍然較大，不符合未來綠色環保的發展趨勢。目前我國武器裝備上的耐蝕防護技術主要依靠鍍鎘、陽極化等，耐磨技術主要是鍍鉻和部分 HVOF，化學氧化基本都含 Cr 6+ 。

    3. 飛機腐蝕防護研究的重要意義

 

    除上述提及的飛機失事的案例外，腐蝕導致的飛機失事仍有許多。環境腐蝕已經對飛機安全使用及軍機的戰斗力發揮構成了嚴重的威脅。腐蝕損傷會嚴重降低飛機結構的剩余強度和壽命，甚至產生無預兆的突然斷裂，嚴重威脅著飛機及機組人員的安全。很多突發的安全事故都是由于前期的維護保養工作的疏忽釀成的。根據統計，每年因為腐蝕造成的事故占飛機全部損傷事故的 20%左右，尤其是老齡飛機。2000 年 5 月27 日，中國臺灣華航的一架波音 747 飛機由于金屬腐蝕疲勞造成尾翼裂紋，飛機墜入臺灣海峽，225 人喪生；2008 年8 月一 9 月短短一個月時間內，分別在吉爾吉斯斯坦、西班牙和俄羅斯等地發生了三起老齡飛機安全事故，共造成約 300 多人遇難；2009 年全年，老齡飛機重大安全事故出現更為頻繁。據荷蘭NLR 航空運輸安全研究所統計的數據，09 年全球空難總人數達 700 多人，比2008年多出200多人。2010年4月10日，搭載波蘭總統的專機在境外墜毀 （ 已有26 年機齡 ），機上人員全部遇難。2011年 1 月 9 日，伊郎航空公司一架載有105 名乘客和機組人員的波音 727 客機在伊郎西北部城市烏魯米耶附近墜毀，造成 77 人死亡，墜機原因是飛機年久失修。2012 年 4 月 20 日，巴基斯坦一架服役超過 30 年的波音 737 型飛機在巴首都伊斯蘭堡附近墜毀，機上共載有127 人，全部遇難。這些血淋淋的教訓告訴我們飛機的腐蝕防護，特別是一些老齡飛機，需要我們投入更多的精力和時間。

    另外，飛機防腐技術在國民經濟建設中具有重大意義。采用腐蝕與防護技術可以有效控制材料失效，達到延長材料使用壽命，減少材料提前失效所引發的事故，提高材料使用的可靠性、安全性、經濟性和耐久性，有力地節約資源、節能減排、發展低碳經濟、支持國家可持續發展。

    美國民用飛機的設計日歷壽命為20 年，起落次數為 2 萬次，飛行時間是 6 萬小時。美國軍用飛機原設計壽命為 20 ～ 30 年，但是美國空軍一再延長多種機型的日歷壽命，例如 B-52H 戰略轟炸機的設計日歷壽命為 25 年，目前已分階段延長至 49 年，并計劃將總日歷壽命延壽至 60 年，延壽的核心是依靠優質的涂層體系、腐蝕修理、防腐改進等。由于資源緊缺，一架大型軍機的造價很昂貴。因此，對有使用潛力的老舊飛機延壽，是節省裝備建設費的重要途徑，美國這樣富裕的國家也不例外。2008 年 10 月和 12 月俄羅斯接連發生兩起米格 -29 飛機墜毀事故后，俄空軍對在役的近 300 架米格 -29 飛機進行全面檢查發現，大約有 80% 的飛機尾翼存在嚴重腐蝕，對飛機的飛行安全構成巨大隱患。對整個機群進行全面的安全檢查評估，結果約有 90 架飛機需要淘汰，而其中一些飛機飛行時間還不足 150 飛行小時。造成重大的經濟財產損失。可見，腐蝕和老化問題是導致這些飛機退役的直接原因。

    還有，通過飛機腐蝕防護技術不斷更新和發展，對飛機在不同的服役環境下的腐蝕情況，防護工藝等都積累了大量的數據，對于不同材料的腐蝕機理有了更加深入的認識和了解，對新材料研發，制備，新工藝探索都有十分重要的促進作用。

    就飛機使用材料而言，發生了很大的變化。由最初的鋼鐵材料轉變為鋁合金、鈦合金等輕金屬材料，現在復合材料也在大量使用，在滿足強度硬度的前提下獲得更輕便的飛機。表 1 所示為美國軍用飛機各種材料用量占基體結構總量的百分比。圖4為波音787飛機（2011年投入服務）中各種材料所占比重。可以看出復合材料的使用越來越高。而對飛機的防護措施也有了極大的豐富和發展，各種涂鍍工藝，各種緩蝕劑的添加，各種表面處理工藝等，用以滿足飛機設計、制造和使用要求。開展對鋁 - 鋰合金、鈦合金等新材料的表面處理技術研究，開展銀 - 銻合金、錫 - 鉍合金電鍍等工藝研究，開展納米鍍、復合電刷鍍、飛機清洗、緩蝕劑、去濕防腐、脫漆、高速火焰噴涂、復合材料修補、電刷鍍、電刷陽極化、腐蝕膏等技術研究。

    二、飛機行業腐蝕簡介

 

    1. 飛機行業的腐蝕

 

 

圖4 波音787飛機各種材料所占比重

 

    從腐蝕外部原因來看，潮濕的空氣，海洋大氣腐蝕，工業大氣腐蝕和飛機內部腐蝕等。一般來講，潮濕空氣和地理環境具有十分密切的聯系。飛機飛行地理環境非常復雜，并且受到季風影響明顯。因此各地飛機的腐蝕問題也明顯不同，東南、西南地區降水量及濕度比較大，腐蝕問題也更加嚴重。海洋大氣的主要特點是含鹽量高以及濕度相對較高。海水中含有大量氯離子，對飛機具有很強的腐蝕作用，氯離子通過海洋大氣接觸飛機，從而引起飛機腐蝕。工業大氣中含有腐蝕性氣體，例如二氧化硫，氮氧化合物等，對金屬具有強腐蝕性作用。飛機的內部由于乘客的存在濕度較大，促使飛機結構件腐蝕。

    從飛機設計和制造來看，不同金屬的零部件相接觸，造成不同金屬之間的電位差和導電通路，各個部件組裝在一起時，縫隙會存水和臟物形成電解質，會造成電化學腐蝕；有些結構由于受力的需要又處于高應力狀態形成應力腐蝕的根源；在飛機制造過程中，由于生產工藝不當，保護性涂層做得不好，缺乏腐蝕控制措施等等原因，都可能帶來腐蝕的隱患；在飛機使用過程中，飛行環境的惡劣，飛機表面涂層損壞，運輸易產生強電解液體的貨物都會使機結構產生腐蝕問題；不恰當的飛機維修和勤務，也會使飛機面臨更多的腐蝕問題。

    而就腐蝕類型上來說，主要發生的有點蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞等。下面對飛機上常見的幾種腐蝕類型做簡單的介紹。點蝕：在飛機許多部位易產生點蝕，比如，蒙皮、貨倉、起落架等，由于表面電化學不均勻性，在表面微觀缺陷、雜質、陽極性晶界處以及膜層的弱化處等等。縫隙腐蝕：發生在相似金屬交接的地方，如果有水分進入，縫隙口的含氧量和縫隙內的含氧量不同，形成電位差，含氧量高的縫隙口處金屬被腐蝕。一般出現在登機門門檻和貨艙門檻處。晶間腐蝕：晶間腐蝕在飛機鋁合金、不銹鋼結構件常常發生，晶間腐蝕的原動力是晶間的第二相析出物的電極電位不同，造成晶間與相鄰晶粒或附近貧化區的電位差別，從而破壞了晶間與相鄰晶粒的結合力。應力腐蝕：是材料在化學侵蝕環境下與機械性拉伸應力同時作用下的結果。一般的腐蝕是以材料被剝蝕的型態出現，而應力腐蝕則以裂紋的型態出現，且表面幾乎沒有任何腐蝕物堆積的現象，因此很容易被忽略，形成潛伏的危險因素。造成應力腐蝕的四個基本條件是：敏感性合金、侵蝕環境、施加或殘余拉伸應力、以及時間。一般出現在承受大載荷的飛機結構部位，如地板龍骨梁上，桁條，機翼前后翼梁上，下桁條等處。摩擦腐蝕：兩個相連接結構件，由于振動造成的相對運動使結構件磨損，新的磨損表面暴露在環境中，摩擦所產生的微粒反過來又加速磨損和腐蝕。常見于承受高頻振動的地方，如起落架的輪軸和操縱系統活動面的連接軸上。異電位腐蝕：異電位腐蝕的現象可說是電鍍的逆過程。當兩種或兩種以上不同的金屬材料搭接成電導通狀態時，因為彼此間的電位不同，材料間就會有電流通過，加上潮濕的環境有類似電解液的功用，其中某一材料會產生坑洞狀的腐蝕，并有硫化物、氯化物、氧化物的沉積。

    就不同的使用材料而言，其耐蝕能力和腐蝕情況也有所不同：

    （1） 鋁合金件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、鼓地、產生點蝕。腐蝕嚴重部位集中于緊固孔周圍、接縫部位及其他件連接的結合面、蒙皮內表面與緣條、長析、隔框接觸的部位。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外觀，腐蝕產物呈灰暗或灰白色的磷片狀產物。

    （2） 鋼 合 金 件 飛 機 結 構 中 使 用較多的合金鋼件材料是 30CrMnSiA，30CrMnSiNi2A，40CrNiMoA 等以及一些鋼鍍件、緊固件。鋼件腐蝕后輕者出現紅褐色銹層，重者出現蝕坑、疲勞

 

 

    （3） 鎂、鈦合金件飛機結構中使用鎂或鈦合金材料相對比較少。鈦合金件的電極電位較高 （ ≥ +0.1 V ），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，腐蝕后出現一塊塊白粉，擦掉則露出蝕坑。如飛機上常見的 ZM-5 合金框架，對應力腐蝕的敏感性比較大。

 

    （4） 銅合金件在飛機上使用也較少，它具有較高的抗蝕性，但在某些特定條件下易產生“冷脆”、“季脆”、“氫脆”等缺陷。

 

    （5） 復合材料件復合材料作為新型材料，在飛機上的使用范圍正逐步擴大，從最初的次要受力構件到現在的主要受力構件。在使用環境及工作應力聯合作用下，復合材料結構件會產生溶脹、溶解、化學裂解、滲透、開裂與老化等。

 

    這主要是在酸堿等介質的浸蝕作用下引起的高分子化學鍵的破壞與裂解。

圖11  巴西戈爾航空一飛機飛行過程中左側引擎蒙皮脫落

 

    2. 飛機行業腐蝕調查情況

 

    近期通過對中國民航波音機隊腐蝕情況的調研，其中包括廈航，國航，東航和南航等 70 多架波音飛機。收集并篩選處所有腐蝕損傷條目，包括輕微腐蝕、1 級腐蝕和 2 級腐蝕。收集了主要構件重大腐蝕損傷修復的詳細工作記錄，腐蝕損傷報廢件等。

    對腐蝕分布圖的簡要分析，可以得知腐蝕以機身下半球為主，龍骨梁 / 輪艙區域的腐蝕發生次數并不突出。如圖5 所示，腐蝕區域主要有客艙區域、客艙門區域、廚房、衛生間結構、前貨艙區域、前貨艙門區域、后貨艙區域、后貨艙門區域、龍骨梁 / 輪艙區域、蒙皮等部位。不同部位的腐蝕后的照片如圖6-10 所示。

    飛機蒙皮的作用是維持飛機外形，使之具有很好的空氣動力特性。蒙皮的主要保護形式有面漆 + 底漆 + 陽極氧化層，具有良好的保護效果，不易發生腐蝕，在飛行過程中，蒙皮承受空氣高速摩擦，加之蒙皮直接與外界接觸，服役時間達到一定時間成為了飛機中極易腐蝕而導致失效的部件。在蒙皮腐蝕過程中，表面油漆涂層的老化破壞，環境中的腐蝕介質滲透鋁合金表面的氧化膜層到達基體材料，然后基體材料出現點腐蝕坑，再進一步發展為其它腐蝕。光照，溫度，濕度，腐蝕性粒子等的影響都會加速蒙皮腐蝕。

    飛機起落架也是一個主要的腐蝕發生的部位。腐蝕發生的主要原因是主起落架前耳軸周圍的工作環境臟亂，螺栓、墊片等零部件暴露在潮濕的空氣中，這些腐蝕介質逐漸侵蝕和破壞了原有的基體保護層體系。次要原因是飛機起降頻繁，起落架在液壓系統的作動下往復運動，支撐接頭在液壓和氣動力的作用下產生微小的振動，振動造成該區域的零部件逐漸松動，一旦固定墊片的密封膠發生老化、松動或龜裂，潮氣和塵土將進入結構縫隙，形成了主起落架電化學腐蝕的外部環境。另外，裝配在一起的鋼質墊片和鋁合金支撐接頭，如果墊片本體的鍍層由于裝配原因或電鍍工藝質量發生了損壞，也容易發生電化學腐蝕。應力腐蝕開裂和腐蝕疲勞是起落架失效的主要原因。而起落架主要材料 300M 鋼（國內）對這兩種腐蝕極為敏感。同時，起落架腐蝕修理不同于一般結構件的腐蝕修理，這是因為接近困難、工作空間狹小、修理工藝復雜、修復周期長、操作不當會產生難以彌補的嚴重后果。科學地理解其腐蝕原理，徹底去除腐蝕并加以有效防護，才能有效地降低維修成本。

    發動機是飛機的心臟，為飛機提供源源不斷的動力來源。發動機葉片的腐蝕主要有應力腐蝕和熱腐蝕，嚴重影響發動機的性能，壽命，成本和安全。如圖 13 所示，為硫化腐蝕的渦輪葉片。硫化腐蝕是指金屬葉片在高溫環境下與含硫介質（硫、硫化氫等）作用，生成硫化物而損壞的過程，其產生條件是高溫和含硫介質。硫化腐蝕后葉片內壁變薄，機械強度顯著下降，遇到大應力作用時極易發生斷裂。其主要特點是影響范圍廣，擴展速度快，故障較為隱蔽，后果比較嚴重。在世界范圍內，高壓渦輪二級轉子葉片化已導致 42 起葉片斷裂故障，其中造成 7 起空停事故。可見其危害性巨大。針對性的我們采用合理的工藝設計，材料選擇，以及后期的維護來保證發動機葉片的正常工作。

    油箱也是飛機中經常發生腐蝕的地方。日本曾發生過微生物腐蝕整體油箱壁板導致油箱滲漏的事例。油箱中水為微生物的生長繁殖提供了條件，而燃油，密封膠，油箱填充物等提供營養，在合適的溫度，pH等條件下微生物大量繁殖，破壞了油箱防護涂層，導致了對油箱的腐蝕。對于油箱的防護，首先要做到控制燃油的質量，保證水分不會超標；定期的進行微生物檢測，抑制其持續不斷的增長；盡可能的減少油箱中水分的存在；當油箱中出現污染后應做相關的清潔措施。

圖12 飛機起落架斷裂導致的飛機事故

 

    各種飛機的多數關鍵零部件都出現過腐蝕故障，重大腐蝕事故多由發動機零部件引發；各種腐蝕類型都出現過，尤以腐蝕與應力協同作用發生的腐蝕類型（應力腐蝕、氫脆、鎘脆、腐蝕疲勞）導致的故障危害最大；各種材料都發生過腐蝕，尤以高強度材料腐蝕及其與應力協同作用發生的故障危害最大。腐蝕故障引發過一、二、三等重大事故，造成過重大損失。

圖13 渦輪葉片硫化腐蝕

 

    3. 腐蝕評價標準的簡單介紹

 

    一級腐蝕

 

    所謂一級腐蝕，是腐蝕屬于局部性的。腐蝕程度較為輕微，然而，根據實踐表明，主要是輕微腐蝕，以后會演變為大面積的腐蝕。因此，應當在發現輕微腐蝕后，采取相關措施清除腐蝕區域，保障飛機質量。

    二級腐蝕

 

    二級腐蝕是腐蝕面積較大，屬于大面積腐蝕，采取一般手段修復或者清除損傷依舊超出相關標準的極限，應當采取相關措施補救，從而保障飛機的健康與安全。

    三級腐蝕

 

    三級腐蝕對于飛機飛行影響比較嚴重，是關鍵結構件出的腐蝕。三級腐蝕是程度最高的腐蝕，直接影響飛機性能以及安全性。腐蝕面積大并且集中在關鍵部件位置。應當立即采取相關措施進行補救。

    三、飛機中常用的檢測方式和防護手段

 

    通過上面介紹，飛機腐蝕的危害極大，造成了大量的人員財產損失，同時對于飛機的運營維護都提出了苛刻的要求。如何能夠提早的發現腐蝕痕跡并制定相應有效便捷的防護措施，對于飛機的安全運行有至關重要的作用。在飛機發展了一個多世紀以來，總結并發展了眾多的檢測手段，建立了較為完善的飛機日常維護手冊，保證飛機能夠得到正常的檢修，完成每一次的航行。

    1. 檢測方法

 

    （1） 目視檢查

 

    目視檢查是發現腐蝕的一個主要方法，有時也可以借助一些工具來提高目1大鏡、內孔探測鏡、內窺鏡、柔性光纖內孔探測鏡等。

    （2） 滲透劑檢查

 

    滲透劑檢查是一種快速有效的檢查方法，它可以發現開口在部件表面上，而普通目視檢查不易察覺的裂紋。滲透劑可以增強裂紋與其背景的對比。

    （3） 敲擊檢查

 

    敲擊檢查是利用一種帶球頭的小圓棒敲擊部件表面的手工操作方法，并根據耳中聽到的聲音，來判斷錘頭下面部件厚度截面上的狀態。因腐蝕和剝離造成的分層會改變材料的內聚力和強度，從而改變共鳴的頻率。

    （4） 超聲波檢查

 

    超聲波檢查適用于大面積連續的腐蝕損傷，它對于可接近的連續厚度上的腐蝕，非常敏感。超聲波檢查常用于發現剝離腐蝕，應力腐蝕裂紋和材料的磨損。

    （5）X 射線檢查

 

    X 射線線照相術便于檢查復雜的結構，并可得到整個結構的俯視圖像，還可以用來檢查管狀鋼筒（柱），如扭力管的點狀腐蝕。

    （6） 渦流檢查

 

    渦流檢查（主要指低頻 ） 用于檢查多層結構中，由于腐蝕和裂紋引起的厚度變化。渦流檢測儀通過波幅和相位的變化，來區別分層翹起和裂紋。低頻渦流檢測技術非常適用于鋁蒙皮與欽加強板之間的隙間或電化學腐蝕的檢查，而高頻渦流多用于檢查應力腐蝕裂紋。

    （7） 聲波放射檢查 

 

    聲波放射檢查可以探測到結構被加熱催化時，腐蝕過程產生氫氣的噪音。這種方法對粘接的鋁蜂窩結構的檢查非常成功，但這種方法有一定的局限性，它不能檢查出干燥的腐蝕區域，只能檢查出濕的腐蝕和積存的水分。

    通過上述不同的檢測方式，能夠在發生腐蝕的早期對腐蝕部位，腐蝕程度有詳細的了解，掌握腐蝕對飛機結構件的損傷情況，并針對性的進行修復，清除甚至是更換，使得飛機能夠安全穩定的運行。

    2. 飛機的防護手段

 

    防護的方法種類繁多，包括表面處理工藝、涂料、漆膜、涂鍍層等。隨著飛機機體材料的改變，如采用結構鋼、鋁合金、鈦合金、高強度鋼、高強高韌鋁合金等材料，防護方法也采用電鍍鎘、電鍍鋅、硫酸陽極化、鈦合金陽極化、高強度鋼低氫脆高耐蝕電鍍、硼酸 - 硫酸陽極化、合金稀土轉化膜、噴涂涂層、環保型高性能鋁合金陽極化等新型工藝方法，以滿足飛機設計、制造和使用要求。針對不同的材料種類，不同的腐蝕情況，不同的服役環境等，制定相應檢修步驟，使得飛機能夠安全穩定的工作。

    3. 飛機腐蝕防護的要點

 

    第一，腐蝕防護培訓。應當加強對相關工作人員的培訓以及教育，促使每個工作人員重視飛機腐蝕防護工作，自覺做好飛機防腐工作。只有全體工作人員對飛機腐蝕防護工作負起責任心，才能保障飛機腐蝕防護工作順利開展。

    第二，保障排水系統通暢。飛機工作人員應當經常性檢查飛機內部的排水管道，從而保障排水系統通暢。此外，飛機的貨艙以及客艙等區域應當經常通風，從而保障飛機內部水分排出。

    第三，定期清潔污染區域。飛機工作人員應當經常性清潔飛機污染區域，對于電解質污染區一級強腐蝕介質區域應當噴涂防腐劑。

    第四，確保地板密封性。相關工作人員應當時常檢查廁所廚房的地板十分密封，如果沒有密封或者損壞，應當采取有效措施修復地板。

    第五，加強裝卸管理。飛機裝卸貨物過程中，應當注意避免裝卸貨物造成飛機地板損壞或者腐蝕性物質進人地板，避免飛機結構性腐蝕第六，防止微生物滋生。飛機相關人員應當防止飛機油箱的微生物蔓延，確保油箱排水通暢，飛機油箱內應當定期加人殺蟲劑，從而減少細菌滋生。

    第七，嚴格防腐工藝。確保飛機質量，避免飛機腐蝕。

    另外，飛機的設計圖紙應當明確防腐蝕要求。制造部門對飛機圖紙進行性嚴格的審查，包括飛機的外部構建以及結構零件等的審查。設計圖紙中，明確防腐蝕的要點區域，從而方便相關工作人員日常維護。做好飛機的常規防腐蝕維護工作，定期對飛機進行清理，定時對飛機進行檢查和修復。

    四、總結

 

    腐蝕防護是實現飛機結構長壽命、高可靠性、低維修成本的重要保證，為提高飛機（如大型客機、水上飛機、艦載機）的安全使用壽命、降低維護費用、保證飛行安全，必須認真研究探索飛機的腐蝕規律及腐蝕損傷機理，把傳統的腐蝕控制技術與新興的防腐手段結合起來，加強飛機設計、制造、機務保障等人員防腐意識教育與技能培訓，改善維護手段，提高飛機的日常保養與管理能力，使飛機向“長壽命、高可靠性、良好的可檢性和維修性”方向發展。

    由于國家對飛機行業腐蝕控制的重視，經過幾十年的發展，飛機腐蝕與防護技術的研究和應用方面已取得了一大批的科研成果，已在飛機設計、制造和使用維護上得到了廣泛的應用，產生了顯著的社會效益和經濟效益；基本完成了飛機腐蝕與防護技術體系的建立，不斷發展各項技術儲備，培養了一批包括國家級專家在內的腐蝕與防護基礎理論和應用技術研究的人才。在滿足我國飛機研制水平的同時，也有力的推動了我國腐蝕與防護技術的進步及應用水平的提升。

    ●  人物簡介

 

 

    劉建華，現為北京航空航天大學二級教授、長聘教授、博士生導師。1978-1986 年湖南大學本科、碩士畢業，1991 年日本神戶大學博士學位畢業，1992 年晉升為教授，并榮獲享受國務院政府特殊津貼專家稱號。1993-1995 年加拿大國家科學研究院作為高級訪問學者，1995 年 8 月至今任職于北京航空航天大學材料科學與工程學院。承擔國家、省部級科學基金項目和重大項目十多項，研究工作涉及材料與裝備的腐蝕科學、表面功能材料與先進防護技術、納米材料與特種功能涂層技術、仿生材料與生物制造技術、超級電池電容器材料與技術、電化學測試技術、材料數據庫與材料性能評價專家系統等研究。已在國內外主要刊物上發表論文300 余篇，其中大多數被 SCI 收錄；獲批國家發明專利二十余項，并獲得省部級科技進步獎多項。2002 年起擔任北京腐蝕與防護學會副理事長、常務副理事長，2013 年起擔任中國腐蝕與防護學會副理事長。