某型教練機機翼整體油箱上壁板腐蝕原因分析和防腐處理措施

王學強，彭志軍，葉 彬，朱親強

（中航工業洪都，江西 南昌 330024）

0 引言

外場檢查發現，在某地使用的一架某型教練機，其右機翼整體油箱上壁板在對縫處上表面出現腐蝕，同時壁板外形起鼓。該架飛機投入使用約3年，從目視檢查結果來看，壁板對縫處腐蝕情況相對較輕，設計部門雖然發文要求對該部位的腐蝕情況進行處理，但由于不具備外場工作條件，現場工作人員只是對該部位的腐蝕擴展情況進行了檢查，在之后15個月內腐蝕均保持緩慢的擴展趨勢，經現場工作人員與用戶商議，暫時不執行腐蝕處理，待飛機做500飛行小時定檢時再對該部位進行腐蝕處理。18個月后，當再次檢查整體油箱上壁板對縫處的腐蝕情況時，發現壁板的上表面腐蝕面積明顯擴大，壁板起鼓導致一顆鋁制鉚釘頭拉脫。隨后，對該地區此類飛機同樣的結構位置進行了腐蝕普查，結果又發現多架飛機的機翼整體油箱上壁板有不同程度的腐蝕，情況均與該架飛機的腐蝕情況類似。本文在分析當地使用環境和結構特點的基礎上，給出了機翼整體油箱上壁板出現腐蝕的原因，并在模擬件加速腐蝕試驗驗證的基礎上，提出了防腐處理措施。

1 整體油箱壁板區結構簡介

機翼整體油箱壁板區結構分為四層，最外層由整體油箱壁板、前段蒙皮、后段蒙皮對接組成，第二層為一塊鋼墊板，第三層為一塊鋁制大墊板，最下層為主梁緣條。整體油箱壁板材料為LC9-BCS預拉伸板，鉻酸陽極化后內表面噴涂SF-9涂料，外表面涂環氧底漆37002（S15/76），前段蒙皮材料為LC4-CSQ專用蒙皮，硫酸陽極化后外表面涂環氧底漆37002（S15/76），后段蒙皮材料為LY12-CZQ，硫酸陽極化后外表面涂環氧底漆37002（S15/76），鋼墊板材料為GC11，鍍鋅后涂2層H04-2中灰漆，蒙皮外表面均涂C21/100、HFA130面漆，大墊板材料為LC4，表面只作陽極化處理，不涂底漆；主梁材料為LC9-CGS3，鉻酸陽極化后，表面噴涂SF-9涂料，整體油箱壁板區結構如圖1所示。

圖1 某型教練機機翼整體油箱壁板區結構圖

2 整體油箱壁板腐蝕情況

某型教練機外場機務人員在一次對飛機的例行檢查時發現右機翼整體油箱上壁板外表面邊角出現腐蝕，腐蝕面積約為20mm×10mm；壁板內表面腐蝕導致一處外形起鼓，起鼓長度約25mm，高度約1～1.5mm，見圖2；18個月后再次檢查壁板的腐蝕情況時，發現壁板邊緣起鼓情況急劇惡化，壁板起鼓區的長度已擴展至約150mm、起鼓壁板與正常區域的階差達約4.5mm，一顆鋁制鉚釘頭被拉脫，見圖3所示。

圖2 首次發現的油箱壁板腐蝕情況

對該架飛機進行腐蝕修理的過程中，分解機翼整體油箱壁板與骨架的連接鉚釘后對壁板進行了檢查，發現壁板內表面底漆脫落，金屬基體出現了嚴重的剝蝕分層，腐蝕形貌見圖4所示，壁板下方的鋼墊板上分布有大量鋁屑和鋼屑，鋼墊板表面的釘孔周邊出現了很多紅色銹斑，腐蝕情況見圖5所示。

圖3 油箱壁板腐蝕擴展情況

圖4 壁板內表面腐蝕情況

圖5 鋼墊板上表面的腐蝕情況

3 當地使用環境

當地日照時間約為7.0～9.5小時，日出時間較早，早上露水蒸發快，日照輻射量大，年累積總輻射量約為4380MJ/m2，紫外線約占總輻射量的3%，但紫外線累積輻射量較大；全年降水極少，屬干旱少雨地區，風沙大，并且常有沙塵暴；晝夜溫差大，最高溫度曾達47.8℃，最低溫度10℃左右；夜晚相對濕度很大，大約有5～6小時空氣相對濕度為100%，易結露、起霧；氯化物是當地大氣的主要污染物，采用瞬時法測得平均值為0.412 mg/m3，大氣中二氧化硫、二氧化氮、硫化氫含量不高；大氣中水溶性降塵平均值為2.2769 g/m2·30d、非水溶性降塵最大為7.8000 g/m2·30d；露水中硫酸根平均值達116000 mg/m3、氯離子平均值達46000 mg/m3；地下水中氯化物和硫酸鹽含量也很高，氯離子含量達25700 mg/m3、硫酸根離子達42000 mg/m3；當地土壤中可溶性硫酸鹽、氯化物含量較高，相當于含鹽0.3～0.4%，屬中度鹽堿地區。

當地白天日照時間長，白晝溫差大，夜晚相對濕度大，早上飛機機翼上壁板結露嚴重，見圖6所示；沙塵暴多，機體表面及蒙皮對縫處長時間沉積有沙塵，見圖7所示。

圖6 機翼上壁板結露示意圖

圖7 蒙皮對縫處積塵示意圖

4 腐蝕原因分析

飛機疲勞受載時間不到日歷時間的1%，99%以上均處于停放狀態，且飛行受載過程的腐蝕環境影響比較小，停放期間環境對飛機結構的腐蝕程度影響極大[1]。在環境條件作用下飛機結構件產生腐蝕，造成提前破壞，其實質是帶污染的潮濕空氣的冷凝水，或進入機體內的雨水形成的水膜下的電化學腐蝕[2]。機翼整體油箱壁板出現局部邊緣腐蝕的部位在整體油箱壁板與前上蒙皮、后上蒙皮在7肋處的對接區，該部位同時也是機翼7肋鋼墊板連接區。由于該部位存在3條蒙皮對縫，大氣中污染物、降塵、沙塵、露水等容易在此處聚集形成腐蝕介質，并滲透到結構的內部夾層縫隙，如果機翼整體油箱壁板防護層出現了損傷，在腐蝕介質的作用下，機翼整體油箱壁板會出現腐蝕。由于出現腐蝕的該架飛機只使用了3年多，而在同樣的環境下使用了近10年的同型飛機該部位目前也沒有發現明顯的腐蝕現象，所以結合該飛機7肋鋼墊板連接區的分解檢查結果，機翼整體油箱壁板出現腐蝕的原因可能是以下幾種情況：

1）在使用過程中，由于沙塵的沖擊，機翼整體油箱壁板表面的防護層可能局部出現了劃傷，或者在裝配過程中，機翼整體油箱壁板表面的防護層局部出現了碰傷或劃傷；

2）在裝配過程中，對機翼整體油箱壁板和鋼墊板的自由端進行了局部的機械打磨，但沒有對打磨區進行有效的防護處理；

3）在裝配過程中，鉆孔時產生了很多鋼屑和鋁屑，這些鋼屑和鋁屑夾在壁板和鋼墊板之間，使壁板內表面的防護層遭到劃傷。

鋼屑、鋁屑產生的腐蝕產物緊密的粘合在鋼墊板上，壁板上的腐蝕沿著壁板厚度方向擴展，同時還沿著與壁板表面平行的晶界方向漫延，生成的腐蝕產物體積大于金屬的體積，在晶界間起楔子作用，使壁板表面產生了鼓包，最終導致壁板狀層開裂。

5 模擬件加速腐蝕驗證試驗

由于飛機服役環境差別較大，特別是飛機結構所處的局部環境更是各不相同，這就導致飛機結構環境譜有很大的差別。顯然，確定加速腐蝕試驗方法需要從兩方面考慮：必須能夠再現飛機在服役過程中出現的主要損傷形式及特征，即再現性或相關性；要大大縮短實際環境下腐蝕歷程的時間，使加速腐蝕試驗的周期和費用減少到工程可接受的范圍，即加速性[3]。因此，用于模擬件加速腐蝕試驗的環境譜是在對當地環境數據進行采集的基礎上編制的，以盡量保證復現飛機在外場服役過程中的腐蝕損傷，一個完整的環境譜循環為：在PH值為4.0±0.2的5%的NaCl和H2SO4的混合溶液中浸泡9.8分鐘，然后在溫度為40℃±2℃、相對濕度為90%～95%的環境下用遠紅外燈烘烤12.5分鐘。當量腐蝕一日歷年為348次循環，共計129.1小時。為復現外場的腐蝕情況，設計了腐蝕試驗模擬件，模擬件結構與真實結構相似，共有四層，材料與防護涂層與真實結構一樣，見圖8所示。

經過10個當量日歷年的腐蝕試驗，對模擬件進行了分解檢查，模擬件整體油箱壁板表面出現了輕微的鼓泡，對縫處沒有出現涂層掉落，見圖9所示；壁板內表面沒有出現腐蝕分層，但是鋼墊板在釘孔周圍出現了較多的紅褐色腐蝕產物，由于試驗件會周期性浸沒在腐蝕溶液中，因此鋼墊板表面的腐蝕情況與實際情況有一定差異，見圖10所示。

圖8 腐蝕試驗模擬件

圖9 壁板外表面腐蝕情況

圖10 鋼墊板上表面腐蝕情況

對縫處沒有出現涂層掉落、壁板內表面也沒有出現腐蝕分層的情況與在同樣環境下使用10年的多數飛機情況吻合，這是由于試驗件尺寸相對較小，為平板構件，加工質量要優于實際結構，在裝配、運輸過程中涂層表面沒有產生劃傷等問題，也沒有對蒙皮的端面進行機械打磨，使防腐能力得到了保證。

6 防腐處理措施

機翼整體油箱壁板最大厚度為2.3mm，可以拆卸部分鉚釘后將之撬起，取出鋼墊板，對鋼墊板與鋁合金蒙皮進行防腐處理后再將鋼墊板放入，修理時可能需要加墊，但腐蝕處理后需要維持氣動外形，對縫處的高度也不能高出機翼外形太多，按飛機結構腐蝕控制的要點，在在役飛機結構設計、選材、制造技術等因素已無法改變的前提下，在進行腐蝕修理時主要可采取選擇最佳防護體系、防止異種金屬接觸、采用先進密封劑進行防腐蝕密封設計等防腐處理措施[4]。具體處理見如下步驟：

1）分解機翼7肋鋼墊板連接區，取出鋼墊板；

2）對鋼墊板進行吹砂處理，去除表面鋼屑、鋁屑、漆層和其它污物；

3）對鋼墊板進行鍍鋅鈍化處理后，在鋼墊板整個外表面涂HM105密封膠，膠層單面厚度不超過0.2mm；

4）清潔機翼7肋鋼墊板連接區的3條蒙皮對縫，打磨去除蒙皮內外表面、蒙皮端面、鋁墊板上的腐蝕產物，直到露出光亮的金屬層，腐蝕打磨區要光滑過渡，避免出現較大的應力集中；

5）去除腐蝕產物后，測量打磨區壁板的厚度，如果滿足強度要求，在蒙皮、鋁墊板的打磨區涂阿洛丁進行氧化，再涂37002鋅黃底漆；

6）根據打磨的實際情況，視情在壁板上、下面增加鋁墊板或涂膠，用以維持外形，新增鋁墊板表面應該進行陽極化氧化（或阿洛丁氧化），并涂37002鋅黃底漆；

7）裝配機翼7肋鋼墊板連接區，放入鋼墊板后，壓平壁板，在蒙皮對縫處涂HM105密封膠，螺栓和鉚釘采用37002鋅黃底漆進行濕裝配，同時螺栓頭和鉚釘頭涂37002鋅黃底漆，對縫處外露膠層允許寬度2～4mm、膠層允許高出蒙皮外表面0.3mm；

8）最后在蒙皮外表面涂C21/100、HFA130面漆，并使面漆覆蓋蒙皮對縫。

7 結論

通過外場腐蝕檢查和模擬件加速腐蝕試驗，可以得到以下結論：

1）鋁合金壁板前期腐蝕擴展較慢，后期腐蝕擴展加速，在出現輕微腐蝕的情況下就應對腐蝕進行處理，防止腐蝕擴大，以降低腐蝕處理難度和成本；

2）裝配、運輸、使用過程中，鋁合金涂層表面的碰傷、劃傷等問題，將會嚴重削弱涂層的防腐性能，并且會加快鋁合金的腐蝕。

[1]陳躍良.飛機結構局部環境加速腐蝕當量譜.南京航空航天大學學報，1999，31(3).

[2]李金桂.軍用飛機防腐蝕設計.材料工程，1998（6）.

[3]陳群志.典型飛機結構加速腐蝕試驗方法研究.試驗技術與設備，2004，1（2）.

[4]鄒長林.軍用飛機腐蝕控制的結構設計要求.材料工程，1996（4）.