發動機短艙結構腐蝕防護研究

孟要偉 王嬈

摘要：本文針對飛機發動機短艙結構的腐蝕，主要從設計角度討論腐蝕及其控制問題，介紹了腐蝕的形式及原因，結構設計中的防腐蝕設計，以及對腐蝕部位的維護及修理。

關鍵詞：發動機短艙;腐蝕;腐蝕防護

中圖分類號：V263.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0124-02

0? 引言

在飛機外場使用中，裂紋和腐蝕是結構兩大主要故障現象。裂紋往往與腐蝕有關，并隨著腐蝕的加劇而加劇。所以腐蝕是造成結構損壞的一個重要的原因。隨著現役飛機使用年限的增加，飛機曝露在日曬雨淋的使用環境或海洋大氣條件下受到潮濕、鹽霧、霉菌及工業廢氣的侵襲，腐蝕的問題日益突出。發動機短艙在外場使用過程中，前段整流罩側門、短艙上蓋、防火板、緊固件等多處出現腐蝕問題，本文結合發動機短艙的腐蝕現象對飛機的腐蝕防護進行研究。

1? 腐蝕形式及原因

該發動機短艙采用非氣密性設計，受外部環境和使用工況限制，可能會受到高溫、濕氣、振動、交變載荷、油污等影響從而產生腐蝕。

1.1 內部高溫環境下的腐蝕? 發動機熱影響區，高溫、濕氣對結構件的腐蝕，短艙前段整流罩側門、短艙上蓋、防火板等均有腐蝕現象發生。其中，短艙前段整流罩側門內表面防火涂料脫落、起層、鼓包現象比較嚴重，有些地方呈粉末狀，部分區域防火涂料脫落露出底漆。涂層最先出現起泡和開裂，涂層剝落后，金屬基體表面可觀察到點蝕坑，隨著腐蝕時間的增加，點蝕向晶間腐蝕發展，最后出現剝蝕。

1.2 外部環境腐蝕? 短艙為非密封設計，外部雨水、濕氣可通過對縫、通風口、檢查口和未加密封的緊固件孔等侵入。進入結構內部形成積液，聚集在零件表面。內部結構多采用鉚接、螺接的方法連接，結構內部金屬與金屬、或金屬與非金屬之間存在縫隙，并使這些積液處于滯留狀態，從而引起縫隙內金屬的腐蝕。

1.3 積液、油污等對結構件的腐蝕? 因發動機及其附件的日常維護，短艙結構內部可能存在積液、油污等問題，長時間積液、油污的浸泡會影響密封劑與基體的結合力，引起緊固件端頭密封劑的脫落，使油污等雜質聚集在緊固件周圍，產生縫隙腐蝕。油污中的金屬碎屑以及其他腐蝕介質會對機體表面防護層劃傷破壞，不僅會加重局部環境的腐蝕，還可能與結構基體金屬材料之間產生電化學腐蝕。

1.4 應力腐蝕? 腐蝕開裂是結構件既受循環載荷，又受環境腐蝕的一種機械破壞，腐蝕開裂大多會首先出現在緊固件周圍，緊固件是飛機疲勞的薄弱部位，也是腐蝕疲勞薄弱的部位。飛機在使用中受到交變載荷的作用，使緊固件與孔之間產生相對運動而導致磨損，當蒙皮保護層與緊固件的孔表面受到破壞時，極易產生腐蝕。腐蝕與交變載荷共同作用，極易引起緊固件與孔表面的粘著撕裂，加速腐蝕疲勞的進程，造成蒙皮的破裂損傷。如右短艙后段蒙皮裂紋，多數裂紋的產生都是從緊固件周邊產生并擴展。短艙后段壁板鉚釘松動掉釘、短艙尾罩蒙皮裂紋等。

1.5 接觸腐蝕? 不同材質零件接觸，極易造成接觸腐蝕。這類腐蝕多見于緊固件周邊，螺栓頭銹蝕，緊固件周邊表處層脫落造成腐蝕加劇。

2? 防腐蝕設計

針對發動機短艙的特點，結構設計時，應采取相應措施。

2.1 內部特殊環境選材? 鈦合金耐腐蝕性能好，不銹鋼一般含鉻18%以上，具有良好的耐腐蝕性，一般不會發生局部腐蝕。短艙中段壁板有發動機尾噴管出口，尾噴管下凹蒙皮，尾罩側壁APU排氣管出口，均為高溫區，選用鈦合金和不銹鋼。高溫區選材一定要注意高溫對材料性能的應影響，如鈦，常溫下活性很小，但隨著溫度的提升，其活性迅速增加，可與許多材料發生劇烈反應，應注意材料的選擇或有針對性采取加強措施，防止其他腐蝕的發生。

2.2 結構密封? 蒙皮搭接應按順氣流方向，由前搭后、由上搭下，在搭接寬度的貼合面間涂有高粘結力密封劑密封鉚接;在蒙皮邊角處進行填角密封及鉚釘墩頭涂稀的密封劑密封防護。在結構設計時應盡量減少縫隙，不可避免時采用密封劑密封。螺栓頭和螺母采用密封劑密封，以防水或腐蝕介質滲入孔隙內;結構設計要防止水漏入或進入任何系統的內部;艙門、口蓋周邊與口框結合面應采用耐蝕橡膠件、管、帶等進行密封。

2.3 積液、油污等的腐蝕防護? 針對積液、油污等，應采取恰當的排液、通風措施，使零件表面保持干燥，降低腐蝕影響。雨后或清洗飛機后，應及時打開艙門、口蓋進行通風，驅散飛機內部的潮濕空氣，促進結構部件上粘附水分的蒸發，減少環境中的腐蝕成分。在結構底部最低處鉆制排水水孔，并定期地檢查排水孔、排水裝置是否暢通，排水閥門工作是否正常。

2.4 應力腐蝕防護? 腐蝕開裂是腐蝕介質環境與交變應力共同作用的結果。應正確選材，避免構成應力腐蝕體系，減輕應力腐蝕的敏感性;合理設計，改進制造工藝，盡量減小應力集中效應;改善環境介質，消除或減少介質中促進應力腐蝕的有害物質。

2.5 接觸腐蝕防護? 發動機短艙艙內部結構選用高溫密封劑及表面防護涂層，在鈦合金、不銹鋼、鋁制零件之間，為避免不同金屬間的接觸腐蝕，在接觸面間涂耐高溫膩子，在緊固件周邊及端頭選用高溫密封劑。當不同金屬必須接觸時，應采取防護措施，防止不同金屬之間的接觸腐蝕，如采用鍍覆層、插入絕緣材料或采用緩蝕材料。選用緊固件要注意與被連接材料電化學性相容，連接件的電位應稍高于被連接材料的電位。鍍鎘的緊固件不允許與鈦合金相連接，鍍鎘和鍍鋁的緊固件不能與碳纖維復合材料相連。

2.6 合理的結構和零件外形? 零件表面應平整光滑致密，不易積聚灰塵、雜物和潮氣等腐蝕介質。結構各組成部分的形狀應不使濕氣凝結和存留，要盡量消除能存留濕氣的間隙，并且能夠便于查看和維護。避免使用閉剖面零件，零件的形狀應盡可能設計成平直的或向上凸的，避免使用向下凹形零件，以免污染物和腐蝕介質積存。

2.7 表面防護? 根據結構件材料的特性、熱處理、使用條件和部位，結構形式和公差配合等因素，選擇正確表面防護方式。鋁合金零件鍍覆層一般采用硫酸陽極化、化學氧化，對于有疲勞性能要求的鋁合金制件采用化學氧化;需要膠接的零件應進行磷酸陽極氧化;鋁合金零件與其它金屬接觸時，應先進行陽極化處理或在接觸處涂漆;搭接、點焊、螺栓連接、鉚接或壓裝配合的組件不宜進行硫酸陽極氧化。

2.8 受力構件的設計? 應當全面考慮材料、應力水平、環境和使用壽命要求之間的關系，受力構件設計時要注意應力腐蝕開裂和腐蝕疲勞產生的可能，即使在交變應力較小的部位，也應盡量避免受力結構的應力分布不均勻性，并評定在腐蝕環境下的腐蝕疲勞特性。受力件應對加工、熱處理、表面處理等作出詳細規定。易腐蝕的部位的受力構件應設計的便于觀察、檢查、清洗、維修和更換。

2.9 緊固件腐蝕防護? 應選用既經濟又能抗腐蝕介質作用（或有保護作用）的材料制造緊固件，當緊固件與被連接件用不同類金屬制成且電位相差較大時，應完全絕緣隔離，或者至少要將其中和緊固件金屬不相容的金屬隔離;在設計隔離方法時，應考慮緊固件是否需拆卸，不可拆卸緊固件可用密封劑濕裝配，對于可拆卸緊固件，裝在機體外部的非鋁緊固件的埋頭部分應涂低粘性密封劑;處于惡劣環境中的不可拆卸緊固件外露部分應采用密封劑密封，穿透外表面的快卸緊固件和可卸緊固件的設計和安裝應提供密封措施，以防止濕氣或液體入浸。

3? 腐蝕維護

飛機結構在使用過程中受到環境和載荷的作用，結構防腐性能退化，導致結構腐蝕。因此，必須對飛機開展防腐蝕維護工作，以減緩腐蝕的速度，避免腐蝕現象日益嚴重。

3.1 定期清洗? 飛機進行定期清洗，表面的灰塵要及時清除，防止灰塵長時間聚集，產生腐蝕介質，會加重局部的腐蝕，從而破壞整個機體結構及表面防化層，因此，必須定期清洗飛機表面，清除污物，保持飛機表面的清潔。

3.2 要做好防濕防潮工作? 在機場停放的飛機，容易受外部環境影響，空氣當中的雨水、潮濕的空氣、滴露、鹽霧等諸多因素的存在成為了機體結構發生電化學腐蝕的外在條件，在一些季度復雜的氣候下，腐蝕損壞的情況更為嚴重。因此在外場腐蝕防護中要特別注意飛機的通風、防潮、和排水工作。

3.3 對易腐蝕部位勤檢查? 盡可能改善飛機的局部腐蝕環境，保護防腐涂層完整有效，防止潮氣水分或其它物質與機體結構長期接觸，以防止腐蝕加劇，造成嚴重損失。對易腐蝕的部位勤檢查，如果發現腐蝕現象，應及時進行腐蝕修理或更換。

4? 腐蝕修理

飛機在外廠出現局部腐蝕后，可采取以下措施加以控制和修護：

4.1 腐蝕區域的清潔處理? 發現腐蝕后，應采用汽油等溶劑類清潔劑清除腐蝕區域的污染物。如果底漆分層、剝落、軟化或出現腐蝕，則必須刷涂脫漆劑對腐蝕部位進行清理打磨進行脫漆處理，去除腐蝕產物，使基體表面無雜物等影響涂層附著力的物質。

4.2 腐蝕區域損傷狀況評估? 外場檢查中可采用放大鏡、直尺、深度千分尺等目視檢測方法對腐蝕區域損傷狀況進行觀察和評估。確定腐蝕程度、是否存在裂紋以及是否徹底消除裂紋，采用渦流、超聲波、磁粉、滲透等對腐蝕區域的損傷狀況進行檢測和評估。腐蝕深度在修理手冊允許損傷范圍以內，允許不加強，不換件;查看飛機的腐蝕狀況后，根據腐蝕的特征，分析腐蝕原因，并結合結構設計研究改進的方式。

4.3 腐蝕部位的處理? 用機械法或化學法去除腐蝕產物，機械法通常適用于中等到嚴重腐蝕損傷，特別是大厚度的蒙皮或橫截面積比較大的受損部位。打磨、除銹，出現腐蝕開裂的部位應合理制定修補加強方案。

4.4 恢復原有表面涂鍍層? 在完成上述處理步驟之后，對打磨處理的部位進行防腐蝕控制，鋁合金零件采用在修理部位涂阿洛丁氧化液保護，再涂環氧鋅黃底漆和面漆。必要時在腐蝕缺損部位涂密封膠填充，重新噴涂底漆和面漆，以恢復其原有表面處理層。

4.5 加強潤滑? 潤滑油脂能有效地防止或減緩功能接頭和摩擦表面等活動部位的腐蝕。在外場腐蝕防護中，要定期檢查活動接頭、摩擦表面、軸承和操縱鋼索等的潤滑油脂是否充分。特別是沖洗清潔后，要特別注意這些部位的再潤滑問題。

5? 結束語

飛機結構的腐蝕與防護是一個系統工程，貫穿設計、制造、使用和維護的全過程，需要設計、制造、使用、維護等部門密切配合、通力合作。根據結構設計和選材需求，進行新材料、新工藝研制，提高表面防護技術水平，與制造部門、飛機使用和維護部門共同研究，使飛機能適應不同環境的需要，提高整機的環境適應性和防腐蝕能力，是實現飛機長壽命、高可靠性、低維修成本的重要保證。

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