20世紀50年代,在材料界,有兩件大事轟動了世界,一是美國麻省理工學院(MIT)1936年從事腐蝕科學研究,1948年主編出版《腐蝕手冊》的尤里格(Herbert.h.Uhlit)教授,他在1949年在美國進行了腐蝕調查,1950年在聯合國大會上就腐蝕及其危害問題做了報告,材料的腐蝕作為一個學科傳遍世界,許多國家加速了對腐蝕及其防止腐蝕的研究;二是1950年代,英國慧星式民用客機、美國F111戰斗機因為應力腐蝕,發生空中墜毀的報道,在國際上引起了轟動,腐蝕也會使飛機墜毀,震驚而不可思議!
飛機行業的腐蝕防護發展現狀以和國外相比還是有一定差距。國外飛機行業普遍而大量地使用鍍層、涂層等表面防護技術以達到提高性能、提高可靠性和延長使用壽命的目的。飛機結構材料的各類高性能涂層以及環保技術成為研究的重點和應用的熱點,如利用環保新型陽極化工藝替代鋁合金硫酸陽極化與鉻酸陽極化、等離子體電解沉積制備硬質涂層、提高鋼/鋁/鈦/鎂合金的抗腐蝕性和耐磨性、電鍍鋅鎳/電鍍鋁合金等環保電鍍技術等等。隨著飛機性能的提高,金屬間化合物、非金屬、樹脂基/陶瓷基復合材料等新材料得到廣泛應用,針對新材料的新型防護涂層及功能防護涂層成為研究的熱點,如樹脂基/陶瓷基復合材料表面功能涂層技術、高耐蝕代鍍鎘低溫離子液體電鍍鋁及鋁合金技術、電解液等離子體清洗及沉積技術、以及清洗、緩蝕等先進維護/維修技術等。在追求高性能的同時,對環保性和可維修性提出了更高的要求,發展出一系列的技術,包括圍繞Al涂層為主的耐蝕代鎘防護技術、提高耐磨性的代鉻涂層技術、無Cr6+化學氧化及陽極化等環保型技術體系,用于維修的冷噴涂尺寸恢復技術等技術體系。
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較大差距。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Cr6+。近年來盡管有部分新技術投入研發,但技術成熟度仍較低,尚未達到工程化應用的階段。
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。
飛機防腐技術專業發展趨勢:
功能性:先進性,功能大幅度提高;滿足特種功能要求;
系統性:表面工程技術成體系發展,并覆蓋產品全壽命周期;
環保性:環境友好,不產生污染物;
經濟性:制造成本低,節能降耗;
維護/維修性:加強對零件防護全壽命周期的控制。
1954年我國仿制成功教練機初教5,1956年我國制造的第一架噴氣飛機飛上藍天,至20世紀90年代,我國已發展了適應當代戰爭需要的多品種多型號的飛機,中國出現了以五位數計算的飛機數量、以及相應配套的發動機和機載設備。這些物體不可避免地要經受所在地域的周圍環境(溫度、濕度、污染了的空氣等)的侵蝕和它們本身運行環境的侵害作用,從而導致制作這些物體的材料的變質和破壞,包括金屬的腐蝕、非金屬的老化和電子電器的失效,這些材料變質和破壞到一定程度后,會在高空、高速、高應力等因素的協同作用下了誘發事故,嚴重的導至機毀人亡。
根據中國工程院《我國腐蝕狀況與控制戰略研究》項目任務要求,我們開展了我國航空腐蝕故障的調查與研究,以其了解我國航空腐蝕的嚴重性,對我國國防和國家可持續發展的影響、探討戰略對策。
計劃分三個時期開展調查與研究,第一個時期,為創立航空工業,“引進、仿制”蘇式飛機為主要內容時期,收集了1961年至1987年期可能收集到的各種故障;第二個時期,“自主設計為主,吸納西方經驗為輔”研制階段的各種飛行故障,計劃收集1987年至20世紀末的故障;第三個時期,“自主研制、創新、發展”的創新時期,可能收集21世紀的各種材料失效的故障。
在陸地、海洋、高寒、沙漠等環境條件服役的飛機,面臨腐蝕威脅。特別是沿海機場飛機不同于內陸飛機,經常遭受鹽分、飛濺海水、浪花以及持續的干/濕交替循環境的侵蝕。圖3-1是飛機腐蝕帶來的外表變化。如飛機長時間處于高濕和高鹽霧等惡劣的海洋大氣環境中,并受大風、海霧、潮汐、海水飛濺等多環境因素的影響,使飛機機體、發動機、機載設備等極易產生腐蝕,從而直接影響飛機的飛行安全,顯著降低其服役期限,同時還會給機務維修工作帶來很大負擔和昂貴的維護費用。通過系統工程性腐蝕防護與控制技術研究,可以規范和指導飛機設計、制造、使用,提高抗腐蝕設計與全壽命管理水平,提高我國飛機在方案論證、結構設計、生產制造和使用維護各階段的腐蝕防護與控制水平,減少飛機因腐蝕而帶來的事故發生。

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