淺談飛機與飛機油箱腐蝕的研究現狀

郝兆辰 石 博 黃楚杰 雷 軒

（中國民航大學交通科學與工程學院油氣儲運工程系，天津 300300）

0 引言

如今，飛機材料及腐蝕方面的研究越來越備受重視。飛機油箱的腐蝕是影響飛行安全的一個重要因素，由于腐蝕過程會產生一些雜質，而這些雜質的成分比較復雜，不僅會影響油箱內航空油料的品質，也會堵塞油濾、油泵、燃油調節器以及燃油系統的其他附件，進而影響發動機的連續供油，嚴重影響航空安全。目前，國內外對于飛機油箱腐蝕方面的研究很多，但大多數都是研究裸鋼在積水環境或者微生物環境下的腐蝕，我國對于有防腐涂層的金屬研究越來越重視，美、英等發達國家也十分重視新的或改進的防腐涂層在飛機上的應用研究，并建立評定涂層的加速試驗方法對涂層性能功能考核。

1 飛機及飛機油箱的腐蝕種類

1.1 化學腐蝕

金屬與接觸到的物質直接發生氧化還原反應而被氧化損耗的過程。這類腐蝕不普遍、只有在特殊條件下發生，例如，化工廠里的氯氣與鐵反應生成氯化亞鐵：Cl2+Fe→FeCl2。雖然飛機與飛機油箱很少有這種特殊的條件，但在某些高溫環境的催化下飛機材料也可能發生高溫下的氧化還原反應或氫脆。還有飛機的輸油管等由橡膠制成的部位也可能由于氧化造成變性。

1.2 電化學腐蝕

電化學腐蝕就是金屬和電解質組成兩個電極，組成腐蝕原電池。例如鐵和氧氣，因為鐵的電極電位總比氧的電極電位低，所以鐵是負極，遭到腐蝕。特征是在發生氧腐蝕的表面會形成許多直徑不等的小鼓包，次層是黑色粉末狀潰瘍腐蝕坑陷。飛機遇到下雨天時，飛機表面會有雨水，一些非整體密封的部位更是會產生積水，雨水中含有大量的離子，比如氯離子等，就會與飛機的材料產生電化學反應進而產生腐蝕。對于飛機的金屬材料特別是飛機油箱來說，金屬長時間浸泡于液體環境中，會發生一系列的電化學反應和腐蝕，對于飛機油箱一般來說就是出現一些小鼓泡或者結垢或者出現一些黑色的凹陷。此外還有微生物腐蝕，微生物腐蝕是一種電化學腐蝕，所不同的是介質中因腐蝕微生物的繁衍和新陳代謝而改變以了與之相接觸的界面的某些理化性質。微生物細胞新陳代謝的中間產物和最終產物的分泌物以及外酵素都能夠引起材料失效。習慣上將細菌腐蝕分為厭氧腐蝕和好氧腐蝕，實際上在生物膜與細菌群體之中，多種菌類是共處一起的，在發生厭氧腐蝕的同時也在發生好氧腐蝕[1]在飛機油箱中也有很多的微生物，硫酸鹽還原菌、硫氧化菌、腐生菌、鐵細菌和真菌，這些都會與油箱內壁發生或多或少的微生物腐蝕，造成危險。

1.3 應力腐蝕

飛機材料或構件在靜應力（主要是拉應力）和腐蝕的共同作用下產生的失效現象。其特點是造成此種破壞的靜應力遠低于 材料的屈服強度 ,斷裂形式為沒有塑性變形的脆斷。以飛機的起落架為例，在飛機降落時，起落架自鎖支撐飛機，輪軸收到軸向拉應力，支撐桿收到軸向壓應力，都會造成應力腐蝕。飛機的艙門由于需要嚴格的密封效果，所以需要很大的壓力來關緊艙門，由此造成較大程度的應力腐蝕。

1.4 點蝕

點蝕是一種集中于金屬表面很小的范圍并深入到金屬內部的腐蝕形態。點蝕一般是直徑小而深度深。蝕孔的最大深度和金屬平均腐蝕深度的比值，稱為點蝕系數。點蝕系數愈大表示點蝕程度愈嚴重。在飛機油箱中，如果金屬直接裸露在航空煤油中，長此以往航空煤油中的一些離子就會與油箱的金屬發生反應，Fe變為Fe2+，Cr變為Cr3+，Ni變為Ni2+，蝕孔外鈍化金屬表面主要發生氧化極化反應，氧氣和水變為OH-，產生Fe（OH）2，Fe（OH）3，堵塞在孔口形成濃差電池，加速了孔內陽離子的堆積，進而加速了腐蝕的進行會導致孔越來越深，造成危險[2]。

2 國內外防護腐蝕采取的措施

2.1 保持飛機停放周圍環境的干燥，飛行后進行保養

為避免飛機長時間處在潮濕的環境造成化學或電化學腐蝕，應保證飛機停放時周圍環境干燥些，在飛行后對飛機表面進行清洗，打蠟。注意飛機停放的位置要保持通風，且溫度不宜過高也不宜過低，過高或過低的溫度在潮濕的環境下都會催化化學腐蝕。

2.2 合理選擇飛機和飛機油箱材料

對于飛機材料，要選用復合材料，鋼中加入可以形成保護膜的鉻、鎳、鋁、鈦；改變電極電位的銅以及改善晶間腐蝕的鈦、鈮等，可以提高耐腐蝕性。如不銹鋼這些抗腐蝕性能好的材料。另外要保證材料表面的光潔度，這樣會增加材料的緊密度，減小與腐蝕性液體的接觸面積，一定程度上減少腐蝕。

2.3 在飛機及飛機油箱表面涂抹防腐涂層

防腐涂層就是在金屬表面涂抹一些涂料，隔絕金屬與外界空氣和液體等容易造成腐蝕的物質的直接接觸，從而達到防腐的效果。國外軍機復合材料表面防護涂層系統一般采用底、面漆雙層的涂層系統，如無鉻溶劑型防護底漆加柔韌型的防護面漆涂層系統、無鉻水基防護底漆加柔韌型的防護面漆涂層系統。美國波音公司研制的艦載機 F/A-18E/F、T-45，采用的是高固體份防護環氧底漆 MIL-P-23377和聚氨酯蒙皮面漆 MIL-PRF-85285。環氧底漆具有優異的耐化學品性好及較好的施工性能，底漆經 1000小時絲狀腐蝕后，劃痕處生長的絲長不超過3.2mm，其與配套蒙皮面漆使用，耐鹽霧2000小時后，在劃痕處仍不出現腐蝕問題，具有優異的抗腐蝕性能[3]。波音飛機油箱的防腐涂層采用的是有機涂層，不同于普通涂層，這種涂層在金屬表面有很強的附著力，對于油箱內油的隔離有著很好的效果，并定時檢修飛機油箱，對于航空煤油來說，雖然十分精純但還是會有少量的雜質，燃油中的重質成分會在油箱底部沉積，其中含有的酸性物質或一些微生物可能會損壞涂層。對于涂層來說隨著浸泡時間的延長，涂層脫落的位置全部變為陽極，并一直作為腐蝕反應的陽極，發生金屬溶解反應；陰極反應發生在涂層脫落位置的四周，隨著時間的延長陰極區域不斷向涂層遠端遷移。并且在氯離子的滲透和涂層的失效原因，涂層下的一些點出現了陽極電流。也就是說涂層脫落面積越小，越先發生陰極的遷移。涂層脫落面積越大，隨著時間的推移，陰極區域所占面積越大，涂層失效面積越大。所以定期查修，盡早發現涂層脫落并進行修補就會極大程度的減少油箱的腐蝕。

3 結語

從總體上看，國內外對于飛機腐蝕特別是飛機油箱腐蝕的研究較少，較為單調。做好飛機特別是飛機油箱的防腐蝕研究及工作，不僅可以減少因腐蝕造成大修和整體更換所耗費的大量人力物力；更關鍵的是可以大大提高飛機的安全系數，順應我國乃至世界的經濟高速發展，飛機行業的高速發展。