飛機結構的腐蝕失效成因與防腐措施

王振成

（海裝西安局，陜西 西安 723213）

1 航空材料的基本腐蝕失效破壞類型

航空結構材料在一般環境作用下出現腐蝕破壞的類型存在多元化趨勢，大多以電化學腐蝕為主，其涵蓋液膜下的電化學腐蝕與局部浸在電解質溶液內的電化學腐蝕。

均勻腐蝕較為多見，其特性即金屬外層剝落，化學與電化學反應在金屬外層均勻進行，腐蝕的結果使金屬外層出現變薄的情況，最終被破壞。均勻腐蝕對航空結構的危害不大，且容易被察覺，易于修理及防腐控制。

孔腐蝕即金屬外層防護層受損，造成金屬直接暴露于腐蝕介質，發生部分區域的腐蝕小孔，同時向深入發展的一種破壞形式。其腐蝕區域一般被腐蝕產物所遮蔽，孔徑小，難以察覺，可能出現應力集中的情況，成為腐蝕疲勞的裂紋源孔蝕具有較高的危害性，可以造成飛機結構的突發性問題。

而電偶腐蝕即電解液存在的先決條件下，兩種差異化電位的金屬與非金屬導體電化聯接所造成的腐蝕。此類腐蝕的破壞類型在航空結構材料上十分常見。

縫隙腐蝕是因為金屬結構件之間出現縫隙，腐蝕介質就隨之滲透至縫隙，因此使縫隙中的金屬腐蝕加劇，縫隙腐蝕在航空結構中容易出現于墊片的底端、螺帽以及鉚釘帽縫隙位置。

應力腐蝕即金屬材料在拉應力與特定腐蝕介質相互作用下造成的開裂失效。此類腐蝕的危險性極高，通常會造成結構件的斷裂。

腐蝕疲勞在腐蝕介質與交變應力相互作用下造成的材料及構件受損，也是航空結構相對多見、且具有高危險性的一種腐蝕，會影響飛機的使用壽命。較為多見的腐蝕種類還包括微生物腐蝕、微動腐蝕以及絲狀腐蝕等，不過一般情況下，結構的腐蝕破壞種類難以發現，有明候很難分析腐蝕類型，很多時候一種腐蝕破壞涵蓋了多種腐蝕類型。

2 航空結構腐蝕的基本成因

我們將航空結構的腐蝕成因分為下述幾點：一是飛機結構自身存在腐蝕的條件，即為主觀因素。二是存在腐蝕的環境，即為客觀因素。使用環境的優劣從根本上影響著飛機的使用年限。飛機使用環境涵蓋空中飛行環境與停機環境，依附于文獻我們發現，停放時間為總日歷時間的99%，所以停放環境的優劣是影響飛機腐蝕的核心因素。

我們又將停放環境分為總體腐蝕環境、局部腐蝕環境以及具體腐蝕環境。總體環境即為飛機的所有位上都能夠出現的腐蝕環境，其影響著飛機可能發生的總的腐蝕環境，不過造成腐蝕損傷通常是飛機上某一部件、組合件所處的具體的腐蝕環境所影響。腐蝕環境分為氣候環境和化學環境。氣候環境要素涵蓋了濕度、氣溫、固體沉降物、降水量、霧以及風等。飛機在機場放置而造成的自然腐蝕大多為大氣腐蝕，而影響大氣腐蝕狀態的成因主要包括：相對濕度、溫度、降水量、凝露以及固體沉降物等。造成飛機結構腐蝕的化學環境成因包括：工業廢氣酸雨以及鹽霧等。上述介質對飛機結構的腐蝕速率有一定的作用。

而現階段航空結構材料的腐蝕還包括下述幾方面。第一，設計材料的選取與防腐技術相對陳舊。第二，沒有腐蝕控制相關的文件，飛機制備環節一些補位沒有根據設計要求來進行。第三，全機密封性不好，部分結構設計缺乏科學性，長時間局部存在積水。第四，沒有必要的腐蝕跟蹤與預測，外場使用維護的品質偏低。

3 航空結構的腐蝕修復與控制

腐蝕區域的檢測是避免結構被深入腐蝕的先決條件。腐蝕區域的評定大多依附于放大鏡以及孔探設備進行。

腐蝕損傷失效區域經常出現在構件外層，會出現一些痕跡。從形貌外觀與色澤上檢查，基體金屬材料外層發生脫漆及分層現象，更有甚者腐蝕區域會發生層狀剝離與疏散的情況。金屬質感降低，同時材料以往的強度與塑性被弱化，輕敲時沒有清脆的金屬聲。同時腐蝕通常起源于棱邊以及孔壁等位置；也容易出現于結構內雙金屬接觸位置以及潮濕區域。

腐蝕區域修復過程中要全面挖掘靜強度儲備，在確保靜強度的先決條件下，分析疲勞強度的作用，要確保余量，在此基礎上要分析所擇取的修理技術與工程現場環境。

腐蝕狀態在修理指標范圍內，通過原位修理。清除腐蝕物后，予以打磨處理，整個打磨層要予以整體性過渡;在蝕坑的邊緣予以打磨，最后通過“腐蝕凹坑測深設備”檢查打磨層，其深度要控制在修理指標內，同時通過渦探設備檢查打磨層有無腐蝕疲勞縫隙。

針對軸承面、導軌面以及精密配合面的腐蝕除銹，擇取研磨膏除銹舉措，確保其光潔度與內質的精確性。

完成打磨的構件表面擇取“氧化一涂漆一涂密封膠”的聯合防腐舉措予以防腐修理。鋁合金件打磨區域涂抹阿洛西。而對結構中暴漏在外的鋼螺釘、螺栓、固定環以及卡子零件，打磨去銹后要澆上一層防護油脂，在此基礎上通過“干膜劑”予以整體保護。

腐蝕防護與控制過程的基本方法包括下述幾方面：第一，細致的分析結構腐蝕區域的具體環境、因素與破壞種類，為腐蝕區域的修復及進一步的防腐控制技術奠定良好的基礎。第二，對腐蝕相對嚴重的構件，除銹后要予以強度校核。要補強的區域擇取復合材料膠補技術來修復受損的區域，或者依附于結構空間狀態鉚接加強構件，不過構件的重量提高，其所出現的新應力集中位置、傳力狀態等應考慮在內。對于核心承力構件，打磨除銹后要在防護氧化前予以旋片噴丸完善處理，深化腐蝕區域的抗應力腐蝕性。第三，飛機結構上搭鐵線的裝置及固定，我們要確保有優異的電接觸性，在安裝、固定完成時，通過密封膠局部密扎。第四，針對結構內的自攻螺釘以及螺栓的固定區域的連接位置，予以防腐隔離層，通過“濕裝配”舉措予以裝配，在此基礎上涂密封膠。第六，對結構內可能存在積水的局部腐蝕環境，視結構狀態加設排漏水孔及排水通路。

4 航空金屬結構材料膠接修理前的原位表面處理

常規便攜式磷酸陽極化設備涵蓋下述幾部分：（1）控制電路；（2）控制裝置；（3）陽極化電壓；（4）電源；（5）顯示；（6）真空泵。流速控制設備通過水、酸活門與流速計構建，附件包涵蓋電線、盛液瓶、管接頭、不銹鋼絲網與相關的軟管。

原位局部磷酸陽極化的核心原理即通過真空袋設備，讓稀磷酸從待處理外層逐漸流過，以待修鋁合金構件為陽極，不銹鋼絲網即陰極，通過10V左右的直流電，在響應的溫度下予以表面處理。

原位磷酸陽極化的處理效果會因一系列外界環境所影響，其中包括陽極化的時長、磷酸飽和度、磷酸流動狀態、陽極化電壓與電流。所以，試驗環節擇取10cm×10cm×2mm的2A12鋁合金板，經調整相關影響數據予以試驗，對膜層的微觀形貌予以觀測，同時依附于能譜分析舉措對膜層予以分析，通過比較分析我們掌握了，原位磷酸陽極化舉措處理的鋁合金陽極化膜層表面在日光小角度照射下，能夠發現持續的藍色、紫色以及綠光。在膜層的亞微觀形貌上，能夠看出多孔的蜂窩。陽極化膜層中的核心成分包括鋁與氧，其中具有少量其它元素，同時氧飽和度高，由此我們可以認為，原位磷酸陽極化的氧化膜層較厚，耐蝕性優異。

制備磷酸溶液。依附于GMI企業的GILDAGLO10裝置所提出的磷酸溶液飽和度需要(質量分數超過14%)，把30ml磷酸倒至2700ml水中，同時通過玻璃棒攪拌；清潔、研磨維修鋁合金基材外層。通過丙酮清潔鋁合金外層，清理外層的灰塵；通過氧化鋁砂紙處理外層，讓鋁合金的表面清潔，不能存在劃痕與其他污染；通過結晶的空氣吹凈外層的研磨塵，在此基礎上通過丙酮予以擦洗；通過純凈水長時間沖洗外層，以外層出現連續水膜為宜；將不銹鋼絲網與透氣材料分割為所需要的陽極化區域的形狀。在陽極氧化區域，層層疊放透氣材料，要保證超過陽極化區域每邊12ml。在透氣材料上設置不銹鋼絲網，由此在絲網上安裝2層透氣材料，邊緣和底端的透氣材料排列好。在透氣材料的外端邊緣安裝酸液輸人路徑，在另一端透氣材料的附近安裝真空輸出路徑。分割為2塊較之透氣材料要大一些的真空包裝膜，將需要處理的區域包好。把電源負極連接至不銹鋼絲網，電源正極連接至金屬鋁合金材料。在預先準備的裝置容器內，放置已經完成配制的磷酸溶液。同時另一瓶內裝滿水。通過軟管把所有瓶子和便攜式原位磷酸陽極化設備相連接。完成連接后，啟動電源，設置數值，逐漸增加電壓直到10V后，等待20min，在此基礎上予以沖洗，直至凈水瓶內無溶液，程序結束。拆除設備，用去離子水洗刷外層，等待干燥，在此基礎上檢查陽極氧化膜狀態。