飞机腐蚀的预防和控制

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【摘 要】本文介绍了飞机上所出现腐蚀的类型、腐蚀出现的机理，总结了腐蚀预防的方法及防腐蚀设计的一些经验。

【关键词】腐蚀；预防；控制

1 常见的腐蚀类型

腐蚀有许多不同的形式，有的使表面出现污点，有的产生较深的锈斑，有的则产生晶粒间的腐蚀。飞机上所出现的腐蚀的类型，包括一般的表面腐蚀、锈斑、晶粒间的腐蚀、剥落、应力腐蚀、电池作用腐蚀及摩擦腐蚀等。

1.1 表面腐蚀

这一类型腐蚀用肉眼看是均匀的，外观很难看。表面腐蚀的例子很多，有的使鲜艳光泽的表面暗淡下来，有的使光洁的表面变得粗糙，有的是酸性的清洁剂引起的腐蚀，有的是由于钢的氧化作用褪色。抗腐蚀钢和不锈钢在腐蚀的环境中也会逐渐失去光泽或受到氧化。表面腐蚀说明表面保护层受到了损伤，因此，应该仔细检查是否发生了更严重的腐蚀。如果任由表面腐蚀继续发展，表面就会变得更加粗糙不堪，并导致出现更为严重的腐蚀。轻轻擦洗通常能消除这种腐蚀，并使表面恢复光洁。

1.2 锈斑腐蚀

锈蚀可能出现在局部的斑纹处，其一般特点是呈现出粉状的腐蚀物。在铝和镁合金零件上，这种腐蚀是白色和灰色的。大多数金属及其合金，都会因受到腐蚀而产生锈斑。通过锈斑腐蚀表面作一横断面，可以看到表面出现深浅程度不同的凹陷。可以认为这些凹陷是产生更加严重的腐蚀和疲劳的潜在的起点。清除腐蚀物之后，可以看到在金属或合金表面上有许多的洞坑。总之，锈斑腐蚀由于它的局部性和集中性而使它比一般表面腐蚀更为严重。

1.3 剥落腐蚀

这类腐蚀出现在高强度铝合金中，是晶粒间腐蚀的一种形式。这由于受到挤压或受到其他强力作用的类型来说，尤其严重，在这些型材中，把金属的晶粒压长了、压扁了。在这些沿着晶界所产生的腐蚀物在晶粒之间施加压力，其结果把那些晶粒顶起并使其脱离母体。这种腐蚀通常是从晶粒的两端开始发生，还可能一直发展到整个截口。

1.4 晶粒间腐蚀

晶粒间腐蚀在合金中沿着晶粒的边界发展，并能在短时间内穿透截面。例如，在钢或者铝的合金中，尤其是由于不适当的热处理，就会沿着晶体的边界产生微小的质粒（沉淀作用）。这些质粒由于聚集成形便在附近产生抗腐蚀性较低的区域，而且，在有电解质或导体的这些区域很快地起到腐蚀作用。这些晶粒的边界是阳极（被腐蚀），而邻接的大得多的晶粒则为阴极。

1.5 应力腐蚀

应力腐蚀可能引起灾难性事故，在分析和考虑飞机的适航性问题时最受重视。应力腐蚀是应力和腐蚀共同作用的结果。这种损坏，或者沿着晶粒的边界进行，或者越过晶粒进行，并能在短时间内穿透整个截面。应力可能是由于加工（如弯曲或滚扎）而引起的，也可能是在热处理过程中由于冷却不一致而引起的，还可能由于切削或者磨光等而引起。这些应力是内应力，或者是残余应力。内应力可能是由于装配（诸如压合之类）零件所产生的，这类内应力特别危险，因为难测量，也无法预见，通常在零件或组件断裂损伤之前，一直是不明显的。铝合金和钢合金（包括不锈钢）都会出现应力腐蚀裂纹。当零件或组件受到脉动的或交变的应力的作用时，应力腐蚀裂纹就发展得更加迅速。这种效用有时称为腐蚀疲劳，并且能在低于该金属正常疲劳强度的应力下出现。

1.6 电池作用腐蚀

当电势序不同的两组金属或合金在潮湿的环境中发生接触时，便会出现电池作用腐蚀。这类腐蚀通常在接触区域会伴随着腐蚀物的集结。两种金属的电势序相差越大，腐蚀进行的越迅速，位于电势序表中阳极一端的金属将遭到腐蚀。例如，铝与不锈钢接触时，铝便会遭到腐蚀；镁与钛合金接触时，镁便会遭到腐蚀。而镀镉的钢使铝腐蚀较小，因为在电势序中，镉与铝较近。

电池作用腐蚀可以设法减轻，方法是在接触区域使两种金属彼此绝缘，以及在两种金属上加上保护层。必须注意，两种电势序不同的金属的面积的相对大小，对阳极零件的腐蚀严重程度具有很大的影响。大而无包层的阳极面积（不锈钢或者钛）会大大加速对有保护的阳极（如铝）表面的局部破损处的腐蚀，因为该处集中着很高的电流。

1.7 磨擦腐蚀

摩擦腐蚀不是一种真正的电化腐蚀，而是接触表面的一方或双方由于表面质点间的机械移动所产生的。磨损由此产生的细小微粒会迅速氧化，进而它们引起了摩擦作用而使表面受到进一步的破坏。因此适当的，电镀薄膜和加上有机保护层，有助于减少这种类型的腐蚀。

2 飞机腐蚀预防的方法

2.1 应力腐蚀方面

1）使用具有良好抗应力腐蚀性能的材料；

2）减少应力集中；

3）不允许持久的拉伸应力超过临界拉伸应力值；

4）采用消除应力的热处理和表面冷加工（如喷丸处理），以清除表面残余拉应力，对于高温处理的钢和铝来说，消除其残余拉应力尤其重要；

5）使用垫片可以进一步消除和减少装配时产生的应力；

6）控制公差来降低组件装配产生的应力；

7）控制拧紧螺栓上螺帽的扭矩，防止在元件（如突耳）上产生过大的弯曲应力，必要时应对紧固件规定出拧紧的扭矩要求；

8）减少材料短横晶粒方向上的应力；

9）在敏感材料的横向表面上使用干涉配合的衬垫或紧固件，因为它们可能造成孔内周围的应力集中。

2.2 电池作用腐蚀方面

1）金属组合件中接触元件之间的电势序应接近；

2）在腐蚀环境中，如飞机上厨房和厕所等地方，应避免使用不同的金属组合；

3）在不同的金属之间应加上保护性涂层，或在它们之间用惰性材料隔开。尤其是镁合金与其他金属组合情况，应采取特殊的预防措施；

4）用密封材料和保护性涂层等方法防止与水接触。

2.3 摩擦腐蚀方面

1）在接触面上使用剂，应正确选择剂及使用厚度；

2）严封结合口，防止腐蚀物质渗入；

3）对重要的疲劳关键部位，除了铆接连接外，还要考虑使用胶接来加强。

2.4 晶粒间腐蚀方面

1）避免露出横短向晶粒；

2）使用保护性薄膜，如电镀、涂层、阳极化或密封物；

3）在结构表面上进行冷加工，如采用喷丸处理；

4）采用对晶粒间腐蚀敏感较小以及不同热处理的材料，7050-T73铝合金。

3 飞机防腐蚀设计

1）保证有充分通风和排液的措施，减少蒸汽和水分的凝结和积存；

2）避免使用吸水性材料（如毡制品、石棉和棉织物）与金属表面接触；

3）给永久性的结合部位设计双重的防腐蚀保护。装配时在结合面上加密封材料，而紧固件安装时也加上密封胶。在这种情况下，密封材料可以形成一层阻隔，从而防止湿气和液体渗入，以避免结构加速腐蚀；

4）为了便于进行腐蚀检查和更换原件，防止腐蚀加速发展进而腐蚀临近的结构，在结构易腐蚀部位应设有方便的检查口盖；

5）使用保护层。如电镀各种薄膜或加上包层的方法来保护基体金属；

6）水加上其中溶解的盐分和别的化学物质就形成了最常见的腐蚀剂，结构设计时，必须采取有效的密封措施，防止水和其它腐蚀性液体进入飞机结构内部。

4 结束语

腐蚀除了影响飞机的美观外，更严重的是影响飞机的可靠性和性能，严重的腐蚀可能引起灾难性事故。我们应该将“腐蚀的预防和控制”工作中收集到的历史资料，积累的经验、研究和研制工作中取得的资料数据，“腐蚀的预防和控制”很好地应用到目前和未来一代的飞机设计和制造中去。