艦載直升機雷達罩新型腐蝕防護技術驗證研究

曹真，崔騰飛，徐璐

（中國直升機設計研究所 通用技術部，景德鎮 333001）

引言

艦載直升機機服役區域主要分布在我沿海機場、航母或大型艦船上，可能會經常轉場于我海軍北海、東海、南海和海向游弋的航母或艦船使用，其服役環境具有典型的海洋性氣候環境及工業大氣環境特點，機場環境總體仍具有高溫高濕、高鹽霧、風雨天數多、氣候變化頻繁等特點[1，2]，并且自北向南腐蝕環境呈現逐漸遞增的惡劣趨勢。

隨著直升機的服役環境越來越惡劣，我們對直升機的耐蝕性也提出了更高的耐蝕性要求，腐蝕問題日益凸顯[3]。雷達罩固定在雷達安裝平臺上，外部有整流罩。雷達在工作時會產生熱量，需要通過強制通風吸入外部空氣對雷達降溫，這樣海上鹽霧、潮濕空氣、甚至海水會進入到雷達罩內部，吸附在結構和設備表面。當因外部環境溫度變化，或因設備工作導致周圍環境溫度改變時，由于結構或設備表面溫度往往與環境溫度變化不會同步，當表面溫度低于周圍空氣露點溫度時，潮濕空氣會凝結為水珠，產生凝露[4，5]。這樣，在結構和設備表面會出現含有鹽分的液膜。如果直升機經常飛行，液膜會由于通風作用失去水分，但鹽分等污染物會殘留在結構或設備表面，這樣結構或設備處于干濕交替環境中[6]。如果直升機飛行頻率低、飛行時間短，在排水不暢的結構底部會逐漸形成積液，積液的鹽濃度也會由于積累而逐漸增高，該部分結構會長期受到腐蝕介質的浸泡作用[7-9]。因此，為滿足艦載直升機使用要求及耐蝕要求，對比陸軍型直升機，雷達罩及雷達安裝平臺中的鋁件及鋁件連接件進行了腐蝕防護改進設計。

1 腐蝕防護設計改進

1.1 腐蝕防護設計原則

由于結構設計強度、剛度和重量控制的需要，艦載直升機需選用不同材料進行設計生產的同時也面臨不同電位材料的接觸或連接，為減小外界腐蝕氣氛直接作用金屬表面產生腐蝕，以及避免不同電位的材料直接接觸而引起電偶腐蝕，應對這些材料采用合理有效的表面處理和表面防護方法，零部件的表面防護設計主要包括以下幾個方面：

1）合理選用表面強化處理方法；

2）合理選擇鍍覆層；

3）選擇適當的有機涂層防護；

4）異種材料接觸腐蝕的防護。

1.2 腐蝕防護設計改進方法

選取艦載直升機雷達罩局部段進行設計改進，主要針對雷達罩采用到的鋁合金板材和鋁合金連接件，具體改進措施如表1 所示。

表1 雷達罩鋁合金板和連接件腐蝕防護設計改進方案

2 試樣材料及試驗方法

2.1 試驗材料及尺寸

選用2A12-T4 鋁合金作為試驗材料，材料成分如表2 所示。

表2 2A12-T4 鋁合金化學成分（wt%）

選取鋁合金板及鋁合金連接件兩種形式的試驗件進行試驗，試樣尺寸如圖1、圖2 所示。其中連接件選用的緊固件有兩種，托板自鎖螺母組合：螺栓A-40CrNiMoA、鉚釘B-LY10、螺母C-25 號鋼；鉚釘D-LY10。

2.2 試驗方法

考慮艦載直升機后續使用情況，選取海軍沿海自北至南三個典型駐屯機場（青島、寧波和三亞），以及南海海域環境，針對不同機構和部位，編制了一系列艦載直升機加速試驗環境譜。由于選取的典型部位為雷達罩內部，因此需采用內部半封閉結構的加速試驗環境譜進行試驗。

圖1 鋁合金板試樣示意圖

本試驗采用的針對鋁合金的內部半封閉加速試驗環境譜，其構成如圖3 所示。共進行周期浸潤試驗141.7 h（干濕交變335 次），其中每次浸泡6.8 min、烘烤18.6 min，可認為腐蝕試驗時間141.7 h 相當于外場實際使用環境腐蝕1年的。

3 試驗結果

圖4 所示為鋁合金板Ⅰ試樣腐蝕不同周期后的宏觀形貌。從圖中可以看出腐蝕3 周期開始，表面開始出現輕微點蝕，腐蝕5 周期的試樣中部出現了較為輕微的腐蝕，但是試樣表面大部分區域保持完好，第10 周期腐蝕結束后，試樣表面腐蝕面積有所增加，但是腐蝕仍較輕微。

圖2 鋁合金連接件示意圖

圖3 內部半封閉鋁合金加速腐蝕試驗環境譜

圖4 鋁合金板Ⅰ試樣腐蝕不同周期后的宏觀形貌

圖5 所示為鋁合金板Ⅱ試樣腐蝕不同周期后的宏觀形貌。從圖中可以看出腐蝕5 期的試樣中部出現了較為輕微的腐蝕，但是試樣表面大部分區域保持完好。腐蝕到第10 周期后，試樣表面腐蝕坑明顯增多，且蝕坑周圍有白色的腐蝕產物。

圖6 所示為鋁件連接件Ⅰ試樣正面腐蝕不同周期后的宏觀形貌。從圖中可以看出，腐蝕3 周期后螺母墊片周圍出現黃色粉末和輕微紅色銹跡，涂層出現輕微起泡和輕微點蝕；腐蝕5 周期后，螺栓周圍有輕微紅色銹跡，表面出現輕微起泡和輕微點蝕；腐蝕10 周期后，螺釘周圍分布黑色點蝕坑，周圍有白色腐蝕產物，涂層表面出現較明顯起泡。

圖7 所示為鋁件連接件Ⅱ試樣正面腐蝕不同周期后的宏觀形貌。從圖中可以看出，腐蝕3 周期的試樣表面出現輕微點蝕，腐蝕5 周期后基體出現輕微點蝕，涂層出現輕微起泡，但是試樣表面大部分區域保持完好。腐蝕10 周期后，表面形貌與腐蝕5 周期相差不大。

圖5 鋁合金板Ⅱ試樣腐蝕不同周期后的宏觀形貌

圖6 鋁件連接件Ⅰ試樣正面腐蝕不同周期后的宏觀形貌

圖7 鋁件連接件Ⅱ試樣正面腐蝕不同周期后的宏觀形貌

圖8 所示為鋁件連接件Ⅲ試樣正面腐蝕不同周期后的宏觀形貌。從圖中可以看出，腐蝕3 周期的試樣表面無明顯腐蝕，腐蝕5 周期后基體出現輕微點蝕，涂層出現輕微起泡。后5 周期的腐蝕后，試樣表面形貌變化不大。

鋁合金板Ⅰ、鋁板鋁板Ⅱ、鋁合金連接件Ⅰ、鋁合金連接件Ⅱ、鋁合金連接件Ⅲ，5 種試驗件加速腐蝕10周期過程中，表面的形貌變化見表3。

圖8 鋁件連接件Ⅲ試樣正面腐蝕不同周期后的宏觀形貌

表3 試驗件加速腐蝕試驗10 個周期腐蝕外觀情況統計

4 試驗件腐蝕損傷測量

在加速腐蝕10 個日歷年后，對5 種典型結構件試驗件進行表面清洗和腐蝕產物清除，利用KH-7700 三維顯微鏡，根據其腐蝕情況，選擇合適的放大倍數，對其中腐蝕情況進行了拍照、檢測分析和記錄。

4.1 2A12 鋁板Ⅰ

在加速腐蝕10 個日歷年后，2A12 鋁板Ⅰ的表面涂層發生多處點蝕聚集現象。清除表面腐蝕產物后，經KH-7700 三維顯微鏡檢測發現，表面存在點蝕坑。對點蝕明顯的區域腐蝕坑深度檢測發現，其中最大腐蝕點（坑）的深度為9.335 μm。最大腐蝕點（坑）的形貌觀測結果及尺寸測量如圖9 所示。

2A12 鋁板Ⅰ中，從加速腐蝕試驗第3年開始，表面開始出現輕微點蝕；加速腐蝕試驗第5年開始，表面開始出現輕微起泡；直至加速腐蝕試驗到第10年時，表面起泡及點蝕的數量和直徑略有增加，但腐蝕情況不嚴重，最大腐蝕點深度為9.335 μm。

4.2 2A12 鋁板Ⅱ

在加速腐蝕10 個日歷年后，2A12 鋁板Ⅱ的表面涂層有多處點蝕現象。清除表面腐蝕產物后，經KH-7700三維顯微鏡對點蝕明顯的區域腐蝕坑深度檢測發現，其中最大腐蝕點（坑）的深度為13.423 μm。最大腐蝕點（坑）的形貌觀測結果及尺寸測量如圖10 所示。

圖9 2A12 鋁板Ⅰ腐蝕檢測形貌圖

圖10 2A12 鋁板Ⅱ腐蝕檢測形貌圖

2A12 鋁板Ⅱ中，從加速腐蝕試驗第2年開始，1 件試件表面開始出現輕微點蝕；從加速腐蝕試驗第5年開始，試件表面均開始出現輕微點蝕；從加速腐蝕試驗到第6年開始，表面點蝕數量有一定程度的增加，但分布較為均勻；直至加速腐蝕試驗到第10年時，表面點蝕的數量和直徑持續增加，但腐蝕情況不嚴重，最大腐蝕點深度為13.423 μm。

4.3 鋁件連接件Ⅰ

在加速腐蝕10 個日歷年后，鋁件連接件Ⅰ的基體表面出現點蝕，涂層出現明顯起泡。清除表面腐蝕產物后，經KH-7700 三維顯微鏡檢測發現，其中最大腐蝕點（坑）的深度為89.043 μm。最大腐蝕點（坑）的形貌觀測結果及尺寸測量如圖11 所示。

圖11 鋁件連接件Ⅰ腐蝕檢測形貌圖

鋁件連接件Ⅰ中，從加速腐蝕試驗第1年開始，螺母墊片周圍有黃色粉末，未出現腐蝕現象；從加速腐蝕試驗到第2年開始，涂層開始出現輕微起泡；從加速腐蝕試驗到第3年開始，螺母墊片周圍出現黃色和白色粉末，螺母墊片附近部位出現點蝕，目視呈灰黑色；在加速腐蝕試驗到第10年時，螺母墊片附近部位的點蝕發生擴散，但是數量明顯增多，最大腐蝕點深度為89.043 μm。

4.4 鋁件連接件Ⅱ

在加速腐蝕10 個日歷年后，鋁件連接件Ⅱ的基體表面出現點蝕，涂層出現明顯起泡。清除表面腐蝕產物后，經KH-7700 三維顯微鏡檢測發現，其中最大腐蝕點（坑）的深度為48.424μm。最大腐蝕點（坑）的形貌觀測結果及尺寸測量如圖12 所示。

鋁件連接件Ⅱ中，從加速腐蝕試驗到第3年開始，螺母墊片周圍開始出現輕微點蝕；從加速腐蝕試驗到第4年開始，涂層邊緣出現輕微起泡；直至加速腐蝕試驗到第10年時，涂層邊緣起泡略有加劇，螺母墊片附近部位有明顯的黑色腐蝕坑，最大腐蝕點深度為48.424μm。

4.5 鋁件連接件Ⅲ

在加速腐蝕10 個日歷年后，鋁件連接件Ⅲ的基體表面出現點蝕，涂層出現明顯起泡。清除表面腐蝕產物后，經KH-7700 三維顯微鏡檢測發現，其中最大腐蝕點（坑）的深度為44.875μm。最大腐蝕點（坑）的形貌觀測結果及尺寸測量如圖13 所示。

鋁件連接件Ⅲ中，從加速腐蝕試驗到第4年開始，涂層邊緣出現輕微起泡，螺母墊片周圍開始出現輕微點蝕；直至加速腐蝕試驗到第10年時，涂層邊緣起泡略有加劇，螺母墊片附近部位有明顯的黑色腐蝕坑，最大腐蝕點深度為44.875μm。

圖12 鋁件連接件Ⅱ腐蝕檢測形貌圖

圖13 鋁件連接件Ⅲ腐蝕檢測形貌圖

5 試驗結果說明及建議

1）本次試驗采用的是海軍多個機場、典型海域綜合環境譜進行加速腐蝕試驗，反映的是海軍艦載直升機服役環境較為嚴酷的海洋性氣候腐蝕環境。鋁合金在此環境下有會發生較為明顯的腐蝕。

2）鋁合金板表面未經過表面處理改進前，經過10周期加速腐蝕后，表面較多黑色點蝕坑，蝕坑周圍有白色腐蝕產物。改進后，經過10 周期的加速腐蝕后，表面金出現輕微點蝕和輕微起泡。用微弧氧化工藝代替傳統的鉻酸陽極化是一種有效的改進手段。

3）鋁合金連接件采用螺栓連接，經過10 周期腐蝕后，腐蝕較為嚴重，螺釘周圍分布黑色點蝕坑，周圍有白色腐蝕產物，涂層表面出現較明顯起泡。采用鉚接后，經過10 周期腐蝕，僅涂層出現輕微起泡。鉚接代替螺接能很好的提高結構的耐蝕性，必要時能對鉚接部位進行涂緩蝕劑處理，效果更好。