海軍飛機腐蝕防護與控制標準解析

陳 勇 孫 熙 賈 曉

腐蝕防護與控制工作關(guān)乎飛機壽命，也關(guān)乎飛機性能，是飛機環(huán)境適應性工作的重要內(nèi)容和基礎。隨著我國航母裝備建設的發(fā)展，諸多飛機型號開始在航洋環(huán)境服役，濕熱、霉菌、鹽霧和溫度、雨、雪、冰、冰雹、沙粒、沙塵、酸性大氣等自然相比內(nèi)陸變得更為嚴酷，這些環(huán)境因素對原來的陸基飛機腐蝕防護與控制技術(shù)提出了新的要求，需要從海洋環(huán)境的特殊使用條件出發(fā)，構(gòu)建新的腐蝕防護與控制標準體系，這些要求也從裝備發(fā)展角度，對飛機腐蝕防護與控制技術(shù)和標準提出了新的需求。

1 海軍飛機表面防護與控制技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 國外技術(shù)現(xiàn)狀

目前國外飛機蒙皮所采用的高性能聚氨酯專用面漆和不同金屬密切配合的底漆作為過渡，加上蒙皮良好的預處理及良好的涂層施加工藝的結(jié)合，飛機蒙皮表面高聚物涂層已能達到8～10年的使用壽命，新一代戰(zhàn)斗機所用飛機表面高聚物含氟涂層，使用溫度可達200℃，壽命在10年以上，顯著地減少了維修工作量，降低了成本。

飛機雷達罩多采用聚氨酯彈性體型抗雨蝕、抗靜電涂層，最高使用溫度120℃左右，使用壽命5年，美國為滿足新一代戰(zhàn)斗機（如F-22）雷達罩的要求，成功研制了最高使用溫度為230℃、使用壽命進一步延長的含氟彈性體型雷達罩抗雨蝕抗靜電涂層。

隨著超高強度鋼用于起落架，由于傳統(tǒng)的鍍鋅、鍍鎘層在電鍍過程中可能出現(xiàn)滲入氫和使用過程中鍍層腐蝕也可能誘導滲氫，從而誘發(fā)氫脆斷裂間題，而禁止在超高強度鋼上使用。為此，國外研究了Cd-Ti合金鍍層和真空離子鍍鋁解決超高強度鋼的防護問題。近年又研究Zn-Ni合金鍍層，試圖代替Cd -Ti合金鍍層，以減少鍍鎘的環(huán)境污染。

為了防止在高速、高溫、高壓、重載、腐蝕介質(zhì)等環(huán)境下工作的零件因表面局部損壞而報廢，提高零件的可靠性，延長使用壽命，世界各國都在研究和應用各種提高零件表面性能的表面工程技術(shù)，如表面化學熱處理、表面應變強化處理、物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、電鍍、熱噴涂、高能束熱源表面處理（激光、電子、離子注入）等。應用這些表面工程技術(shù)，不僅能夠提高耐腐蝕性，而且還賦予零件耐高溫、耐磨損、抗疲勞、防輻射、導電、導磁、吸光、吸波等特殊功能。

1.2 國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀

腐蝕防護與控制問題是所有飛機都要考慮的，海軍飛機在此方面的要求尤為突出。在以往飛機型號的研制過程中，相關(guān)研究院所的工程技術(shù)人員對飛機的表面防護與控制技術(shù)開展了大量研究工作并取得了諸多研究成果，積累了豐富設計和制造經(jīng)驗，尤其是水上飛機和海軍用飛機，其使用環(huán)境與海軍飛機更相似，表面防護與控制技術(shù)對海軍飛機參考意義更大。經(jīng)過多年發(fā)展，目前我國已經(jīng)形成了一批以《海軍飛機結(jié)構(gòu)腐蝕與控制設計指南》、《海軍飛機腐蝕控制設計指南》、《飛機設計手冊10 結(jié)構(gòu)設計》、《現(xiàn)代表面工程設計手冊》、《中國航空材料手冊》為代表的研究成果，編制了相關(guān)標準規(guī)范、各種研究報告也十分豐富。

我國海軍在長期的飛機使用和科研中也積累了豐富的關(guān)于海軍飛機的表面防護與控制的經(jīng)驗，亦能夠為海軍飛機的表面防護與控制技術(shù)的研究與應用提供支撐。

2 海軍飛機表面防護與控制標準現(xiàn)狀

2.1 概述

目前，搜集到與海軍飛機表面防護與控制相關(guān)的標準共63項，包括了表面防護與控制要求類標準、表面防護工藝類和質(zhì)量檢驗類標準。國外標準中以美國軍用標準和軍用規(guī)范居多，其他國外標準主要包括美國宇航標準，國家航空運輸協(xié)會標準（IATA）等。國內(nèi)標準中,國家軍用標準多為表面防護與控制要求類標準，航空行業(yè)標準主要規(guī)定表面防護工藝和質(zhì)量檢驗的內(nèi)容。已有標準包括美軍標25項，其他國外標準6項，國家標準2項，國軍標9項以及航標21項。

2.2 國外標準現(xiàn)狀

以美國為首的軍事強國歷來對飛機腐蝕防護與控制問題高度重視，投入大量人力、物力，對飛機結(jié)構(gòu)的腐蝕和腐蝕疲勞進行了大量的研究和試驗。許多國家都已形成該技術(shù)領(lǐng)域各自的標準、規(guī)范，目前搜集到的與海軍飛機表面防護與控制相關(guān)的標準見表1。

2.3 國內(nèi)標準現(xiàn)狀

我國目前已經(jīng)制定一批涉及表面防護與控制的標準。國家標準中，存在大量表面防護與控制的相關(guān)標準，如金屬覆蓋層和無機覆蓋層等，但這些標準針對行業(yè)比較寬泛，并不能直接用于海軍飛機的表面防護。國家軍用標準以武器裝備腐蝕防護與控制標準為主，單獨規(guī)定表面防護與控制的標準并不多。航空行業(yè)標準主要規(guī)定了飛機表面防護的相關(guān)工藝和質(zhì)量檢驗的要求。現(xiàn)行的與表面防護與控制相關(guān)的標準見表2。

3 海軍飛機表面防護與控制重點標準解析

3.1 JSSG-2006《飛行器結(jié)構(gòu)》

現(xiàn)行的JSSG-2006是修訂后的第2版。該標準是根據(jù)飛機的使用要求而提出的飛機結(jié)構(gòu)特性和驗證要求，同時補充和完善了腐蝕防護和控制相關(guān)內(nèi)容。JSSG-2006規(guī)定了腐蝕防護與控制設計的總要求：機體應設計成在設計載荷/環(huán)境譜作用下，在整個使用壽命期內(nèi)必須具有足夠的耐久性，腐蝕防護體系在其使用壽命期內(nèi)保持有效。表面防護應滿足以下附加要求：凡難以檢查、修理、更換或過分增加用戶經(jīng)濟負擔的結(jié)構(gòu)，在機體的使用壽命期內(nèi)保持有效；其它結(jié)構(gòu)在規(guī)定的期間內(nèi)保持有效。如美國F-15 飛機，要求在惡劣環(huán)境中10年內(nèi)無需進行與腐蝕有關(guān)的定期維修。JSSG-2006大量引用了可以用來指導腐蝕防護與控制的標準和規(guī)范，如：MIL-HDBK-5《航空與航天飛行器結(jié)構(gòu)金屬材料與元件》、MIL-HDBK-17《復合材料手冊》和MILHDBK-23《結(jié)構(gòu)夾心復合材料》可作為材料選取來源和設計指南；MIL-STD-1568B《航空武器系統(tǒng)防腐與控腐材料及工藝》、MIL-STD-1587C《空軍武器系統(tǒng)材料和工藝要求》、MIL-F-7179《表面處理和涂層，飛機和飛機部件防護通用規(guī)范》、MILS-5002D《武器系統(tǒng)金屬表面表面處理與無機鍍膜》、MIL-PRF-81733D《防腐密封劑和涂料》可作為選取材料/工藝和滿足腐蝕要求的基本資料，并提供了飛機結(jié)構(gòu)、零部件及其組成材料進行表面處理的基準方法；MIL-F-7179《表面處理和涂層，飛機和飛機部件防護通用規(guī)范》、MIL-STD-1587C《空軍武器系統(tǒng)材料和工藝要求》在結(jié)構(gòu)抗腐蝕設計上提出了要求。

表1 國外飛機表面防護與控制相關(guān)標準

表2 國內(nèi)飛機表面防護與控制相關(guān)標準

3.2 MIL-HDBK-1568B《航空武器系統(tǒng)材料和工藝的腐蝕防護與控制》

MIL-HDBK-1568B 中規(guī)定了材料和工藝選擇準則、材料和工藝性能數(shù)據(jù)、表面處理、修理維護等一系列的方法。這些方法可作為腐蝕防護與控制、表面處理的基準方法。涂覆在機體內(nèi)部、外部或子系統(tǒng)部件的涂層不應使飛機的結(jié)構(gòu)完整性降低到規(guī)范要求的最低水平以下，而應有足夠的耐久性，以經(jīng)受所有飛行、地面和使用環(huán)境的考驗并在規(guī)定時間間隔內(nèi)無需維護。機體結(jié)構(gòu)應能在規(guī)定的腐蝕環(huán)境和載荷條件下工作，并在規(guī)定的使用期間不會出現(xiàn)影響機體戰(zhàn)備狀態(tài)的腐蝕，腐蝕防護系統(tǒng)要在規(guī)定的時間間隔內(nèi)有效。MIL-HDBK-1568B可作為選取材料/工藝和腐蝕控制要求的基礎資料或依據(jù)。

3.3 GJB 2635A-2008《軍用飛機腐蝕防護設計和控制要求》

我國于1996年首次發(fā)布了GJB 2635-1996《軍用飛機腐蝕防護設計和控制要求》。該標準確定了飛機腐蝕防護設計和控制的原則，并從防腐蝕結(jié)構(gòu)設計、合理選材、金屬鍍覆層和化學覆蓋層、有機防護涂層、表面強化處理、異種金屬接觸腐蝕的防護、制造過程腐蝕控制、防護包裝、成品件和外購件、使用過程等方面提出了詳細的腐蝕防護和控制要求。該標準對指導我國軍用飛機腐蝕防護設計和控制起到十分重要的作用，但未能從飛機全壽命期的角度對軍用飛機腐蝕防護設計和控制要求進行規(guī)定，存在一定的缺陷，不能滿足軍用飛機長期處于海洋大氣環(huán)境中時的腐蝕防護與控制的需要。經(jīng)修訂，發(fā)布了GJB 2635A -2008《軍用飛機腐蝕防護設計和控制要求》。

新版標準與1996版相比，在表面防護與控制方面的主要變化有以下幾方面。

● 表面防護：增加飛機結(jié)構(gòu)件的表面處理要求及緩蝕劑應用，取消鋼鐵零件的材料門檻值1300MPa。將螺栓原直徑10mm以上不允許鍍鋅要求改為按相關(guān)標準的規(guī)定，以免產(chǎn)生混淆。增加化學鍍鎳、鈦合金陽極化、硫硼酸陽極化、緩蝕劑等。

● 表面強化處理增加冷擠壓強化、干涉配合鉚接、螺接，防止應力腐蝕。增加防護技術(shù)等內(nèi)容，采用離子鍍鋁和涂覆無機鹽中溫鋁涂層，合金鋼一般采用刷鍍鎘或低氫脆刷鍍鎘（高強度）等。銅及銅合金是比較好的耐蝕性材料，可選擇鈍化、鍍鎘、鍍銀、鍍鋅等。有導磁、導電、焊接要求的零件鍍鎘但不鈍化。

針對使用維護過程中的使用要求主要有3點：

● 設計制造部門應按飛機使用要求編寫防腐蝕維護手冊。

● 飛機使用過程中的問題應反饋設計制造部門，以積累數(shù)據(jù)完善標準。

● 應根據(jù)腐蝕損傷程度及零件本身的功能受力情況，確定維修范圍和修理極限。

3.4 GJB/Z 138-2004《海軍航空裝備腐蝕控制要求指南》

該標準規(guī)定了海軍航空裝備全壽命期中各階段腐蝕控制的要求，強調(diào)腐蝕控制應堅持預防為主的原則。比如，使用方在方案階段應制定腐蝕控制大綱和腐蝕控制計劃，編制腐蝕控制指導性文件;在裝備論證中要提出腐蝕控制要求，并將其納入裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標；在工程研制階段必須重視防腐蝕設計，將腐蝕設計納入裝備的總體設計中，腐蝕控制設計必須與可靠性、維修性、環(huán)境適應性和電磁兼容性設計相融合，工程研制階段應制訂生產(chǎn)過程腐蝕控制指南、腐蝕預防處理手冊、腐蝕控制維護手冊以及腐蝕控制修理指南等各種文件，保證各項腐蝕控制工作得到落實和腐蝕控制目標得到實現(xiàn)；在定型階段完成定型試驗，審核腐蝕控制情況，檢查試驗結(jié)果，編寫《腐蝕控制報告》等；在生產(chǎn)階段嚴格按照工藝文件中腐蝕控制的要求進行生產(chǎn)，并加強檢驗，嚴格執(zhí)行生產(chǎn)過程腐蝕控制指南所規(guī)定的內(nèi)容，同時根據(jù)腐蝕預防處理手冊對生產(chǎn)工人操作和質(zhì)量保證人員進行腐蝕控制教育和崗位培訓，確保產(chǎn)品滿足腐蝕控制要求；在使用維護階段嚴格執(zhí)行腐蝕控制維護手冊、腐蝕控制修理指南。

3.5 GJB/Z 594A-2000 《金屬鍍覆層和化學覆蓋層選擇原則和厚度系列》

我國于1988年頒布了GJB 594-1988《金屬鍍覆層和化學覆蓋層選擇原則和厚度系列》，經(jīng)過多年發(fā)展和技術(shù)工藝進步，2000年對該標準進行了修訂，形成了GJB/Z 594A-2000 《金屬鍍覆層和化學覆蓋層選擇原則和厚度系列》。該標準主要規(guī)定了軍工產(chǎn)品鍍覆層的選擇原則，將使用環(huán)境條件劃分為良好、一般、惡劣、海上、特殊共5類，同時明確了選擇鍍覆層應該考慮的因素。針對飛機常用的鋼鐵、鋁合金、鈦合金、鎂合金、銅合金等材料，依據(jù)防護目的不同給出了適合的鍍覆層種類，同時給出了接觸偶的選擇原則、防腐蝕設計、鍍覆層標志等要求。在詳細設計要求中，分39種鍍覆層給出了厚度系列和應用范圍。對于海軍飛機金屬鍍覆層和化學覆蓋層的厚度選擇，一般區(qū)域按該標準的常用厚度，對于重點區(qū)域推薦按該標準的最大厚度，該標準對于海軍飛機的表面防護與控制具有重要參考意義。

3.6 HB 7671-2000《飛機結(jié)構(gòu)防腐蝕設計要求》

該標準規(guī)定了飛機結(jié)構(gòu)防腐蝕設計要求。要求對暴露在腐蝕環(huán)境中的機體結(jié)構(gòu)采取腐蝕防護措施，保證其滿足耐久性要求，并使腐蝕、脫層、磨損及由腐蝕導致的其他損傷減至最低限度；保證飛機在使用環(huán)境下不出現(xiàn)危及飛行安全的腐蝕損傷，且在規(guī)定的期限內(nèi)不必進行與腐蝕直接有關(guān)的修理工作。

該標準要求按方案論證、工程研制、使用維護等階段分別開展防腐蝕工作，制定各階段腐蝕控制文件，并通過成立腐蝕預防和控制咨詢指導機構(gòu)，負責審查所有腐蝕控制文件，檢查工作實施情況，以保證各項工作有序開展。

標準中對飛機結(jié)構(gòu)設計的選材、防水、排水與通風設計、可達性設計、飛機結(jié)構(gòu)主要腐蝕類型的防護設計、飛機結(jié)構(gòu)常用材料的耐腐蝕特性及限用、飛機結(jié)構(gòu)件表面處理以及典型結(jié)構(gòu)防腐蝕設計等各項要求都進行了規(guī)定。

該標準第7章與附錄B規(guī)定了飛機結(jié)構(gòu)件表面處理要求，包括鋼結(jié)構(gòu)件、鋁合金構(gòu)件、鈦合金構(gòu)件、復合材料構(gòu)件的表面處理要求。

4 結(jié)論

通過對海軍飛機相關(guān)標準搜集與分析可以得出如下結(jié)論：

國內(nèi)在飛機表面防護與控制技術(shù)方面開展了大量研究應用工作，具有一定的技術(shù)儲備，也編制了一部分很具有參考價值的標準，這些都可以為海軍飛機表面防護與控制技術(shù)的研究和應用提供依據(jù)。

國外在飛機表面防護與控制領(lǐng)域也編制了大量標準和規(guī)范，以JSSG-2006為代表的一批國外標準體現(xiàn)了美軍在飛機表面防護與控制領(lǐng)域的最新思路和成果，在表面防護與控制的相關(guān)要求中引用的標準也可以對我國海軍飛機表面防護與控制技術(shù)的研究提供參考。

雖然國內(nèi)外相關(guān)標準均可提供參考，但完全針對海軍飛機的標準不多。國內(nèi)目前沒有海軍飛機專用的標準。

從目前掌握情況來看，針對海軍飛機使用和維護過程中表面防護與控制的標準十分稀少。

應著眼于裝備全壽命周期標準化工作，明確需求重點針對使用和維護過程制定相關(guān)標準，滿足軍方需求。針對國內(nèi)外標準開展研究，明確國內(nèi)外標準的內(nèi)容差異，解決標準之間的兼容性、表面防護技術(shù)與機體材料的匹配性等問題，形成系統(tǒng)的海軍飛機腐蝕防護與控制標準，構(gòu)建完整的海軍飛機腐蝕防護與控制標準體系。