飛機異種金屬連接密封防護技術研究

韓允，張瑩穎，韋利軍

（1.海裝武漢局駐洛陽地區軍事代表室，武漢 430064； 2.中國特種飛行器研究所 結構腐蝕防護與控制航空科技重點實驗室，荊門 448035）

前言

異種金屬連接部位失效是飛機結構腐蝕損傷的主要原因之一。大量的腐蝕案例證明，對異種金屬連接部位進行密封防護工藝是有必要的（見圖1）。

圖1 飛機上的異種金屬接觸腐蝕案例

連接兩種以上不同的部件通常使用異種金屬連接，這種連接方式主要是受到電偶腐蝕的影響，電偶腐蝕發生在當不同金屬相互接觸或與電解質（如鹽水）接觸時，可通過金屬接合處的腐蝕產物進行識別。例如，在水汽或鹽類雜質存在的條件下，鉚接于鋁制面板上的不銹鋼緊固件將形成電偶對。（見圖2）如果采取防護工藝，將水汽雜質形成的電解液進行隔離，將直接阻斷腐蝕的基本要素，抑制了腐蝕的產生。

圖2 異種金屬間電偶腐蝕的形成要素

文中為了模擬飛機異種金屬連接結構，考慮到飛機結構的特性，選取了常用的三種緊固件與鋁合金底板連接結構[1]，基于上述電偶腐蝕原理，采用了四類隔離防護工藝進行腐蝕阻斷并進行了比較研究；研究中采用的加速環境譜為典型飛機的涂層試驗譜塊，可以很好的模擬飛機的服役和停放環境,研究方法及途徑見圖3。該項研究可為飛機異種金屬連接密封提供一定的參考。

圖3 技術途徑及方法

1 試驗材料及試驗方法

1.1 異種金屬連接試驗件

試驗件基體材料是飛機常用鋁合金7050-T7451，表面處理為Al/Et.A.Cs，僅進行TB06-9底漆[2]涂層處理（摸擬飛機涂層裝飾）[3]；不銹鋼緊固件結構分三種，螺釘樣件、鋼絲螺套件、托板螺母件共23件試驗件，各采用四個等級的密封防護工藝，I類鋼絲螺套件試件示意圖見圖4。

圖4 I類鋼絲螺套件試件示意圖

I類：基體底漆+緊固件裸材處理；

II類：基體底漆+緊固件裸材處理+TFHS15緩蝕劑；

III類：基體底漆+貼合面密封+緊固件濕裝配及封包+HDY-S04-22；

IV類：基體底漆+貼合面密封+緊固件濕裝配及封包+HDY-S04-22+TFHS15緩蝕劑。

1.2 密封工藝說明

1）貼合面密封指在結構與結構貼合面之間采用密封 劑或者膠膜消除結構與結構之間縫隙（圖5），達到防止電解液積聚、預防和控制貼合面腐蝕（尤其是縫隙腐蝕）目的。

圖5 貼合面密封示意圖

2）填角密封主要用于承受較大集中載荷的接頭/安裝座邊緣、水密/油密邊界結構邊緣以及需要進行貼合面密封但無法完成的貼合面邊緣密封。

3）緊固件濕安裝指在緊固件桿與結構孔壁貼合的整個表面涂上合適密封劑后，在密封劑的活性期內安裝好緊固件，以便消除緊固件與結構貼合面之間縫隙。

4）緊固件封包指將緊固件的整個頭部涂上適量密封劑以防止腐蝕的方法。

1.3 測試項目、方法

采用飛機典型涂層試樣加速試驗環境譜開展加速腐蝕試驗[5]，包括濕熱暴露、紫外線照射和鹽霧試驗，共循環3次，加速試驗環境譜如圖6所示。每一循環試驗結束后，根據GB/T 1766-2008[6]，按涂層變色、粉化、開裂、起泡、生銹、剝落等指標評定試件修復涂層的損傷/失效程度[4]。

圖6 涂層加速環境譜

2 試驗結果分析

2.1 試驗結果

參考GB/T 1766-2008[6]，判定1周期后的試驗結果：涂層件外觀較好，未出現明顯腐蝕現象，光澤度和色差變化較小，光澤色差測量參考GB/T 11186[8]；試驗件在2周期后的試驗結果見表1、圖7。

圖7 連接件加速腐蝕2周期后腐蝕情況與原始件對比圖

表1 連接件加速腐蝕試驗2周期后檢測結果

參考GB/T 1766-2008[6]，試驗件在3周期后的試驗結果見表2，腐蝕情況見圖8～圖10。

表2 連接件加速腐蝕試驗3周期后檢測結果

2.2 試驗分析

密封是腐蝕防護的重要手段，對縫隙、異種材料連接等區域進行密封處理，可以達到隔離介質，預防腐蝕發生的效果。試驗涉及了三種連接形式的緊固件結構，根據結果可作出如下分析：

1）未做密封處理的裸材緊固件易出現腐蝕現象，如圖6中，僅2兩周期加速腐蝕試驗，所有I類試件上的緊固件均已嚴重腐蝕；而III類試驗件在試驗中表現良好，第3周期時僅有個別釘頭封包不嚴實處出現腐蝕現象（見圖8（c）、圖9（c）、圖10（e）），與密封工藝及熟練度有關。

圖8 各類防護措施的螺釘連接件實驗后腐蝕情況比較

圖9 各類防護措施的鋼絲螺套連接件實驗后腐蝕情況比較

2）緩蝕劑是用以增強已有的防護體系，對于結構搭接有縫隙部位更為實用，對于未做密封處理的試驗件，在噴涂緩蝕劑后，對腐蝕有明顯的防護作用，II類試件第3周期開始出現腐蝕現象，相比直接裸露的試驗件，其腐蝕現象較輕微（見圖8（b）、圖9（b）、圖10（b））；而IV類試件，緩蝕劑的防腐蝕作用更為顯著，直至第3周期仍未出現任何腐蝕現象（見圖8（d）、圖9（d）、圖10（d）），即便有密封不到位的地方，緩蝕劑的噴涂恰能彌補缺陷。

圖10 各類防護措施的托板螺母連接件試驗后腐蝕情況比較

3 結論

飛機異種金屬連接密封防護工藝應遵循以下幾項說明：

1）除有特殊要求的，所有結構貼合面進行貼合面密封，對于不可拆卸貼合面用無鉻緩釋改性聚硫密封劑密封，并對貼合面邊緣進行填角密封；對于需要經常拆卸貼合面用低粘附改性聚硫密封劑進行貼合面密封；

2）對于因特殊要求不能進行貼合面密封的邊緣，要進行填角密封處理；

3）所有緊固件進行濕裝配；所有非鋁緊固件，以及無法進行貼合面密封的結構緊固件進行封包處理（位于飛機外表面的緊固件頭部不做封包，做涂漆處理）。

4）在允許的情況下，零部件的關鍵部位推薦噴涂緩蝕劑，用以增強表面防護層效力。

總而言之，防護飛機異種金屬連接的電偶腐蝕問題，不應該用單一的方法進行隔離。如僅提供漆層防護，或進行防腐蝕表面處理，這些是不夠用的。目前我國飛機常采用整體噴漆處理防護，而連接處受到擠壓碰傷，極易損傷漆層；部分海洋服役環境的飛機，提高防腐蝕能力，改進工藝，采用密封膠濕裝配及封包，近幾年逐漸普及；但經過本文試驗證明，由于人為的因素，工藝往往存在不足，如果使用緩蝕劑進行補充防護，可以取得更好的阻斷腐蝕效果。