某型飛機起落架支柱內壁腐蝕問題分析

黃志軍，趙振貴，鄒衍，傅琳輝

（航空工業洪都,江西 南昌，330024）

0 引言

起落架緩沖支柱是飛機的重要功能部件，用于吸收飛機著陸和滑跑時期的動能，其原理為活塞桿在支柱外筒的運動迫使支柱內的油液流過阻尼孔而產生緩沖阻力，支柱外筒的內壁屬于運動摩擦表面，其表面質量對起落架的緩沖性能具有很大影響，也是影響起落架使用壽命的重要因素。某型飛機在定檢分解檢查中發現多個支柱外筒內壁存在坑點腐蝕的現象。根據其腐蝕表面特征，調研外場使用維護過程，結合故障件的理化分析結果，并通過環境模擬試驗，確定了外筒腐蝕的原因，提出了支柱外筒腐蝕問題的解決措施。

1 腐蝕情況

起落架緩沖支柱為油氣混合式，充填介質為15號航空液壓油和氮氣，上部為氣腔，下部為油腔，起落架放下后，靜置的情況下，油液面在充氣嘴附近。支柱外筒材料為30CrMnSiA。

如圖1、圖2所示，外筒內壁上端充氣嘴附近均有較嚴重的腐蝕坑群，腐蝕坑約占筒壁半個周長并已連為一片，腐蝕點散布面積大，分布相對均勻，腐蝕部位主要位于支柱外筒上端，腐蝕點以充氣嘴為中心扇形分布。

下部與液壓油接觸的內壁未發現腐蝕現象，油液起了油封的作用。與圓筒焊接在一起的上接頭內腔未發現腐蝕現象，這是由于上接頭與圓筒共同進行熱處理后不再進行精加工，保留了熱處理后的氧化層，起到了防護作用。

2 原因分析

2.1 腐蝕深度測量

從表面特征看，故障件腐蝕的類型為點蝕。選取一件故障件，在腐蝕部位選取了4個有代表性的腐蝕點，經金相方法測得其腐蝕深度約為：1#0.077mm、2#0.047mm、3#0.034mm、4#0.055mm，如圖 3所示。 可以看到，腐蝕現象已發展較深。

圖1 支柱外筒剖開后的宏觀形貌

2.2 能譜分析

從故障存在的部位可以看到，該處未浸在液壓油中，處于壓縮氣體室一段，對坑點處進行能譜分析（如圖4），可見該缺陷處含有較高的氧，因此可判斷該缺陷為有氧腐蝕所致。

圖2 腐蝕點分布形貌

圖3 腐蝕深度測量

外筒內壁精加工后不進行表面處理，如不對零件進行油封，在大氣環境中裸露狀態下易產生腐蝕。緩沖支柱內要求填充的氣體為氮氣，一般情況下不容易產生腐蝕，但填充的氮氣不可避免含有少量雜質，且從調研了解的情況看，因充氣設備中無氣體干燥裝置和對殘留空氣的排出裝置，壓縮氣室內還會存在氧氣，在充氣條件不好時，還難免會帶入水分，在高壓下會凝結成水珠附在支柱外筒氣室內壁，而氣室內壁的精加工表面在有氧的情況下具備了有氧腐蝕的條件。

氧腐蝕一旦形成，就很難阻止腐蝕過程的繼續，其原因是：在腐蝕點上，由于腐蝕產物的阻擋，水中溶解氧擴散到這一點的速度減慢，形成了腐蝕點四周氧的濃度大于腐蝕點上氧的濃度，腐蝕點四周成為陰極，腐蝕點（金屬表面某點）成為陽極，陽極（Fe）在腐蝕中被消耗，其產物Fe2+會緩慢地通過腐蝕產物向水中擴散，與水中的相關物質繼續發生電化學反應，產生新的腐蝕產物，氧腐蝕就這樣繼續下去。

圖4 能譜分析

2.3 油樣分析

對故障件支柱內的15號航空液壓油進行了酸值和水份檢測，檢測結果如表1所示。檢測結果證實支柱內確實存在水分。

2.4 腐蝕對比試驗

為進一步分析確定故障原因，進行了不同濕熱環境下外筒腐蝕模擬對比試驗。

按零件圖紙要求加工完成2件試驗件，將2件故障件外筒內表面重新搪磨至圖紙要求。從這4件零件中分別切取100mm長的圓筒，按圓周切成四等份試片，共得 16 個試片，分別編號 11、12、13、14；21、22、23、24；31、32、33、34；41、42、43、44。

模擬試驗一：試驗溫度為35±2℃，相對濕度為50±3%，放入第一組的 11、12、21、22、31、32、41、42 試片，觀察記錄試片內表面情況。

模擬試驗二：試驗溫度為35±2℃，相對濕度為90±3%，放入第二組的 13、14、23、24、33、34、43、44 試片，觀察記錄試片內表面情況。

腐蝕對比試驗結果見表2、表3。

表2 起落架外筒耐濕熱試驗對比表（35℃±2℃，50%±3%）

表3 起落架外筒耐濕熱試驗對比表（35℃±2℃，90%±3%）

腐蝕對比試驗說明了結構鋼30CrMnSiA裸露在空氣中必然會發生腐蝕。在濕度較大（90%RH）的情況下、很短的時間（5小時）內表面就出現了腐蝕點；在濕度較小（50%RH）的情況下，出現腐蝕的時間要長（24小時），且腐蝕擴展速度比大濕度條件下慢，同組試片出現腐蝕時間的差異與試片表面狀態（表面光潔度、劃傷）的差異有關。

3 解決措施

從上述分析看，外筒內壁發生腐蝕的主要原因是接觸了含有水分和氧氣的空氣。因此防止外筒內壁腐蝕的根本在于隔離水分和氧氣，措施如下：

1）外筒零件精加工后及時做好油封工作，防止已產生腐蝕源的零件裝機；

2）對超油封期的備件及時進行重新油封處理；

3）進一步完善充氣條件，增加氣體干燥設備。

4 結論

起落架支柱外筒出現腐蝕問題，主要原因是充氣條件的不完善，使得支柱內充填的氮氣含有氧氣和水分，無表面處理的外筒內壁在氧氣和水分的條件下發生了電化學腐蝕。外筒內壁發生腐蝕，腐蝕產物會污染油液，影響緩沖性能，腐蝕部位還會削弱外筒強度，容易產生應力集中，長期使用容易出現裂紋，影響飛機安全。目前大部分飛機起落架都采用油氣混合式緩沖支柱，在外場使用中容易出現類似的腐蝕問題，可采取同樣的措施來延緩起落架支柱腐蝕的出現，提高起落架使用壽命。