电化学腐蚀对飞机结构件的损伤及防治方法

毕业设计（论文）电化学腐蚀对飞机结构件的损伤及防治方法17学 院：专 业：姓 名：指导老师：学 号：职 称：中国珠海二一六年五月北京理工大学珠海学院毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业论文电化学腐蚀对飞机结构件的损伤及防治方法是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，论文使用的数据真实可靠。承诺人签名： 日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院 2016届本科生毕业设计(论文)I电化学腐蚀对飞机结构件的损伤及防治方法摘 要本课题针对电化学腐蚀对飞机结构件造成的损伤和失效进行分析研究，从中总结出一套较为全面和科学的防治电化学腐蚀的理论方法。首先通过查阅相关书籍，对在电化学腐蚀条件下飞机结构件失效的主要原因进行分析与研究，接着对电化学腐蚀的机理，结合现实发生案例，并对常用的预防措施和治理措施进行分析,接着，最后概念性的探寻一种防止腐蚀的新技术或新方法。分析电化学腐蚀成因及飞机结构件的失效时可运用大三所学的飞机专业知识来完成理论与现实案例相结合的分析方式，从而达到学以致用的效果。通过本次毕业论文的撰写，能充分发挥了个人的主观能动性和创造性，从而提高了自己独立分析问题，解决问题的能力。关键词：结构件失效 电化学腐蚀 合金 防腐设计 缓蚀剂 北京理工大学珠海学院 2016届本科生毕业设计(论文)IIElectrochemical corrosion damage of aircraft structure and method of prevention and cureABSTRACTThis topic for electrochemical corrosion damage to the aircraft structure and failure analysis, it is summarizes a set of comprehensive and scientific prevention and control theory of electrochemical corrosion method. First by looking at the books, in the electrochemical corrosion under the condition of the aircraft structure of the main causes of failure analysis and research, and then the mechanism of electrochemical corrosion, combined with real cases, and analyze the common preventive measures and management measures, and then finally conceptual exploring a new technology or new methods to prevent corrosion.Analysis of electrochemical corrosion causes and the failure of aircraft structure can be learned by using three aircraft expertise to complete theory combining with the real case analysis method, so as to achieve the effect of their major. Through this graduation thesis writing, which can give full play to the subjective initiative and creativity of the individual, to improve his or her own independent analysis problem, problem-solving ability.Key words: Structural failure Electrochemical corrosion Alloy corrosion design Corrosion inhibitor北京理工大学珠海学院 2016届本科生毕业设计(论文)III目 录摘 要 IABSTRACT II1引言 VI2飞机结构件失效分析 22.1飞机结构件的介绍 22.2飞机结构件的失效形式 22.3失效的主要原因 22.4飞机主要结构部位的腐蚀损伤 32.4.1机身部分 32.4.2机翼部分 32.4.3尾翼部分 32.4.4起落架部分 32.4.5发动机区域 42.4.6发动机主要部件 43电化学腐蚀机理分析 53.1电化学腐蚀的环境条件 53.1.1潮湿空气腐蚀环境 5北京理工大学珠海学院 2016届本科生毕业设计(论文)IV3.1.2机上腐蚀环境 63.1.3.1有机气氛腐蚀 63.1.3.2化工介质腐蚀 63.2电化学腐蚀的原理 63.2.1电化学腐蚀的影响因素 73.2.2电化学腐蚀的损伤类型和防损措施 73.2.2.1表面腐蚀损伤 73.2.2.2电偶腐蚀损伤 83.2.2.3缝隙腐蚀损伤 83.2.2.4点蚀损伤 83.2.2.5应力腐蚀开裂损伤 83.2.3腐蚀等级的划分 93.3电化学腐蚀原因分析 93.3.1人为原因 93.3.1环境原因 104电化学腐蚀的防治方法 114.1结构件设计和制造阶段防腐 114.1.1防腐选材要求 114.1.1.1铝合金 114.1.1.2镁合金 124.1.1.3钛合金 12北京理工大学珠海学院 2016届本科生毕业设计(论文)V4.1.1.4超高强度钢 124.1.2防腐蚀结构设计 124.1.2.1结构组合件的装配设计 124.1.2.2结构件之间的连接设计 134.1.3飞机结构件表面处理防护 134.1.3.1铝合金的表面处理 134.1.3.2钢钛合金的表面处理 144.2结构件使用和维护阶段防 144.2.1腐蚀的预防性控制程序 144.2.2缓蚀剂和清洁剂保护 154.2.2.1缓蚀剂的缓蚀原理 154.2.2.2缓蚀剂的分类和应用 154.2.2.3清洁剂的防护作用 164.2.2.4机械法和化学法修复 164.3探讨电化学腐蚀的防腐新技术、新方法 164.3.1无限循环式保护涂层 165总结 18参考文献 19谢 辞 20北京理工大学珠海学院 2016届本科生毕业设计(论文)VI1 引言腐蚀现象是十分普遍的。因为从热力学观点出发，除了少数贵金属（Au，Pt 等）外，大多数金属都有在环境介质中由元素状态逐渐转变为金属化合物的倾向。金属腐蚀遍及国民经济和国防建设各个领域，危害十分严重，给民航事业带来了损失也是相当惊人的。从严重性来看，飞机结构腐蚀严重性要比机械疲劳腐蚀高。由于腐蚀引起的故障问题不仅影响飞行的安全性，还给机务维修工作带来沉重负担。从经济性来看，腐蚀对飞机结构件造成的经济损失是非常巨大的。尤其是在定期检查、定期维修、结构件更换上的费用逐年上升。从维修角度来看，电化学腐蚀造成的结构上出现的腐蚀或损伤大小均影响到飞机的总寿命，同时也影响机群的出勤率。航空产品与其他产品最大的不同在于它必须保证产品自身严格的安全和可靠。在日常的维护过程中若是对腐蚀现象不引起重视和积极改进，轻者返厂停工待修，重者造成机毁人亡，经济损失难以估量。为了有效控制腐蚀进程，降低维修费用，延长使用周期，目前在全世界范围内许多航空大国都制定自己的维修思想和维修大纲等等，试图通过维修大纲、维修技术、防腐材料的不断进步来控制腐蚀。在我国，腐蚀问题正不断冲蚀着航空制造产业和航空运营产业的发展。随着国内飞机老龄化问题的加剧和国外新型客机的不断引入，研究飞机腐蚀的发生机理和控制技术就显得越发重要了。北京理工大学珠海学院 2016届本科生毕业设计(论文)22 飞机结构件失效分析飞机结构件在长期使用过程中不可避免会受到来自环境方面和自身方面的影响，最常见的破坏方式便是电化学腐蚀的损伤。由于飞机机身所用的合金材料所占比例非常高，一般的飞机又常年处于湿润的环境中，无疑为电化学腐蚀的产生营造了良好的环境，电化学腐蚀只是带来各种失效形式的催化剂和诱因，因此，通过预防和控制电化学腐蚀，在很大程度上能有效控制飞机结构件的失效。2.1 飞机结构件的介绍机体骨架和气动外形大部分都由飞机结构件组成，在不同的部位由于结构性能的要求而采用不同的结构和材料。与而对腐蚀的研究工作而言，所探讨的结构件主要针对金属和合金。一般传统的机械零件相比，它们加工难度大，制造水平和加工精度高。例如机翼的各种梁、框、桁条等，机身的客舱门、货舱门、接近口、勤务门等部位的结构。由于现代飞机性能的不断发展和提升，结构件已经成为了广泛被用于承力的构件。2.2 飞机结构件的失效形式飞机结构由于损伤而导致的失效可以分为三类：一是外力损伤；二是疲劳破坏与应力腐蚀；三是电化学腐蚀。外力损伤主要由于高强度的宏观上的撞击破环，结果是导致结构件的断裂或形变；疲劳破环是指飞机结构件在低频或高频的交变载荷作用下最终导致的疲劳破环，其中也包括在腐蚀环境下加速疲劳破环的过程，称为疲劳腐蚀；应力腐蚀主要指金属或合金在腐蚀介质和机械拉应力的共同作用下发生的腐蚀想象，多发生在承力较大的构件上，例如起落架轮叉、涡轮盘、液压装置接头等；而电化学腐蚀是两种活泼性不同的金属在电介质环境下阳极被消耗的过程，往往形成可溶的金属氧化物、氢氧化物或复杂络合物，不能全部覆盖在腐蚀区域，因而起不到保护作用。2.3 失效的主要原因在湿润的环境中，造成飞机结构件腐蚀的主要原因是电化学腐蚀，包括：大气污染物腐蚀；污水积水腐蚀等； 在干燥环境中，造成飞机金属腐蚀的主要原因是腐蚀性气体腐蚀。北京理工大学珠海学院 2016届本科生毕业设计(论文)3飞机结构件的最终失效是一个长期作用下的结果，是环境与材料本身缺陷相互作用的结果。不同的金属部件相接触或合金内部几种金属元素的混合接触，从而造成不同金属原子之间的电位差和形成导电通路。飞机结构件由于组装或连接在一起时形成缝隙，使其缝隙里存有积水或赃物，形成电解质溶液，营造了电化学腐蚀发生的环境，此时由于两种不同金属在电解液中的能级表现不同，因此被氧化的金属称为阳极在反应的过程中不断被腐蚀消耗，发生还原反应的阴极在反应中则被保护，腐蚀速度取决于电解质溶液的浓度和金属与溶液的接触面积。2.4 飞机主要结构部位的腐蚀损伤2.4.1 机身部分机身的客货舱是经常发生腐蚀的部位，在舱内采用加温和增压的环境下，暖气体在顶部冷却后容易形成冷凝水，凝聚在蒙皮的内侧表面，由于湿度较大，是腐蚀比较严重的部位。2.4.2 机翼部分7在机翼和机身的结合部位，为了满足气动要求，通常都装有与机翼和机身外形相适配的整流蒙皮，此处便形成了由整流蒙皮与机身和机翼组成的狭窄空腔，腔内易积水且湿气不易排出，此处的蒙皮和支撑构件易出现大面积腐蚀。2.4.3 尾翼部分对于铝合金的水平安定面和垂直安定面来说，翼粱上、下缘条与翼面蒙皮及前后缘蒙皮的结合处，经常会发生缝隙腐蚀。水平安定面下翼面蒙皮的内侧表面也易发生大面积腐蚀， 。安定面翼粱构件多采用化铣成型的硬铝型材，与机翼大梁构件一样易发生层状腐蚀。由于尾翼离地面较高，目视检查困难，有的飞机在大修时才发现水平安定面和垂直安定面翼粱