飞机腐蚀与防护

1、腐蚀：工程材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象。金属腐蚀的定义：金属在周围介质的作用下发生化学作用或电化学作用而引起的破坏。化学腐蚀：金属和非电解质（如酒精、石油）或干燥的气体相互作用产生的腐蚀，特点是化学作用过程中没有腐蚀电流产生。电化学腐蚀：金属在导电的液体（电解质溶液）中由于电化学作用而导致的腐蚀。特点是在腐蚀过程中有腐蚀电流产生。电极电位：金属中总是含有一定数量的金属阳离子和自由电子，当把一种较活泼的金属，如镍，浸入镍盐水溶液中时，由于镍离子（2价）在溶液中的能级比在金属晶体中的能级低，因此金属镍中的镍离子将从金属转入溶液中，电子仍留在金属上，该过程称为金属镍的水

2、化溶解（氧化）过程。另一方面，与镍离子不断脱离金属表面进入溶液的同时，溶液中的镍离子也有可能再沉积到金属表面上，该过程称为沉积结晶（还原）过程。两过程是同时进行的。随着时间的推移，两过程速度相等，这时，金属表面附近溶液中维持着一定数量的镍离子，带正电，而金属表面上则保留着相应数量的自由电子，带负电，两种相反电荷构成的整体就叫做双电层，它在宏观上能反映出一个稳定的电位差，这个电位差就叫做金属镍的电极电位。电化学反应阴极的两种腐蚀：析氢腐蚀：吸氧腐蚀：造成电化学腐蚀的三个充要条件：不同金属之间要存在电位差，具有不同电位的金属要相互接触，相互接触的金属共存于电解液中。飞机常见腐蚀介质：酸碱性物质，盐

3、，大气，水。电偶序中位置相距越近的不同金属相互接触，发生电偶腐蚀的倾向性越小。军用飞机的腐蚀环境：飞机在高速飞行中遭到的恶劣的气候条件，盐雾，工业污染，大气相对湿度，温度，飞行高度，航程，跑道状况，燃料、液压油、冷却剂、密封剂以及油类氧化产物和燃烧产物，电池液、材料经化学处理后没有及时清理干净的残留酸或碱等，非金属材料（含油漆）挥发出的气氛。军用飞机腐蚀分类：均匀腐蚀（表现：表面呈无光泽的灰色或条纹，表面粗糙；防护：选择合适的材料，保护性涂层，缓蚀剂，及时去除腐蚀产物）;电偶腐蚀（给氧面积原理：双金属电偶中，保持阳极面积一定，腐蚀程度与阴极面积成正比；防护：防止接触，缓蚀剂）;牺牲性腐蚀（机理

4、：利用阳极镀层使基体金属免于腐蚀；特点：一定保护范围有效，镀层越厚保护作用越强）;缝隙腐蚀（机理：渗进缝隙的氧含量不同产生的浓差电池腐蚀；易钝化的金属如不锈钢、铝合金和钛合金对缝隙腐蚀最敏感；发生条件：一定宽度的缝隙、缝内液体静滞；缝外还原缝内氧化；防护：排除狭缝结构；排除排除液体滞留区的沉积物；采用含有缓蚀剂的密封剂进行密封；填补缝隙，避免潮气进入；驱水防腐剂）;小孔腐蚀（特点：局部出现腐蚀小孔并向纵深发展，通常与其他形式的腐蚀同时发生，钢铁、铝及铝合金、铜、铅、镁等易发，特别是不锈钢、耐热合金，危害极大！油箱、地板梁、机翼蒙皮，修理困难）;丝状腐蚀（特殊的缝隙腐蚀；发生在钢、镁和铝的镀层、

5、磷化层和涂覆的漆膜下；最重要影响因素：大气湿度；钢铁的磷化处理和含铬酸盐的底漆层可限制，无法彻底预防）;剥蚀（晶间腐蚀内应力；局部腐蚀；经锻压或轧制的铝合金；机翼箱体结构（整体油箱）；点蚀晶间腐蚀开裂剥蚀）;应力开裂腐蚀（特点：腐蚀介质拉应力；晶间腐蚀；高强钢、铝合金、钛合金、铜合金和镁合金；滚轧、挤压或锻造制成的零件；飞机腐蚀最主要的破坏形式。影响因素：1 应力数值的影响：应力强度门限值；2 电化学腐蚀：阳极溶解控制的活性通道腐蚀型应力腐蚀，阴极产物（氢）控制的氢脆型应力腐蚀；3 环境的影响；冶金因素。应力腐蚀开裂控制途径：减小材料承受的拉伸应力和应力集中，机械法减小残余应力，改善环境因素，

6、除氢，正确选材，覆盖层）;微生物腐蚀（微生物的新陈代谢产物导致腐蚀，飞机油箱）;磨蚀（特点：大气环境，重载荷，相互接触，相对振动和滑动，零件表面出现麻点和沟纹。防护：减缓振动，润滑，表面强化）;冲蚀（特点：腐蚀性流体与金属表面，相互运动，加速腐蚀。防护：耐冲蚀涂层或镀层，过滤固体颗粒）;水银腐蚀（特点：水银和铝生成汞齐；防护：清除水银）。飞机腐蚀一般规律：沿海使用的比内地严重；在多雨水、多盐雾或空气湿度大、温度高的地区腐蚀严重；服役时间长的；连续停放时间长的比经常使用和维护的严重。腐蚀迹象：碎物或污染物的聚集，涂层剥落、碎裂、突起或起泡，表面破裂、不光滑，蒙皮凹凸不平，紧固件顶部变形或脱落，褪

7、色、斑纹，变形、裂纹或斑点。重点检查部位：搭接和连接结构，易积水区，厕所、厨房，外蒙皮（紧固件周围和蒙皮边缘），外露的接头，蓄电池周围，整流罩和整流罩下的表面，龙骨梁区域，导轨，吸湿材料，铰链，整体油箱，操纵钢索和控制电缆。腐蚀检查方法，无损检测法：涡流法，X射线，磁粉探伤，超声波，渗透法。涡流法：优点：无损检测或现场原位检测；可检测材质、测厚、探伤；不接触工件，无需耦合剂高速自动化；适用于高温下的导电材料；实时得到检测结果。缺点：只限于导电材料；趋肤效应；无法检测平行于表面的层状裂纹；难以判断缺陷的种类和形状；对强磁性钢结构材料，精度差；需要特殊的抗干扰信号处理。可用于某些材料（管、棒、线）

8、的验收检验，也可用于产品的工艺检验，成品、半成品的检验。对疲劳裂纹、腐蚀裂纹等缺陷比较敏感。X射线探测法，操作：定距X射线照射冲洗胶片缺陷判断；广泛用于金属和非金属的无损探伤，对气孔、夹渣、铸造空洞等缺陷检测效果最好。磁粉检测法：只能：铁磁性材料（铁、钴、镍及其合金），尤其是锻钢件、铸钢件以及焊接质量的检查，不能：非铁磁性材料，包括非金属、有色金属及奥氏体不锈钢等。检验方式：连续法、剩磁法。超声波检测法：注意事项：入射方向，检测面，仪器，探头，耦合剂，对比试块；探伤种类：脉冲反射法：垂直探伤法、斜射探伤法，穿透法，驻波法，共振法；应用：测厚，测裂纹。渗透检测法：除表面粗糙、多孔材料外，几乎对各

9、种金属、非金属、磁性、非磁性材料及工件都可进行渗透检测。但对于埋藏在材料或工件表层下的缺陷无能为力。方法：水洗型荧光、着色渗透探伤法，后乳化型荧光、着色渗透探伤法，溶剂去除型荧光、着色渗透探伤法。步骤：渗透，清洗，显像，观察。碳钢与低合金结构钢抗蚀性能：加有铬、镍、铜等合金元素的低合金结构钢优于普通碳钢 合金元素对抗蚀性能的影响：含碳量：酸性溶液：c%腐蚀面积 ；氧化性酸: c%先升后降 ；大气，淡水，海水: 影响不大 其他合金元素加入铬，提高：大气、海水、CO2、H2S；无效：碱、盐酸、硝酸盐 加入镍，提高：酸、碱、海水、腐蚀疲劳 加入铜（+磷），提高：大气、海水、淡水 加入硅，提高：应力腐

10、蚀。不锈钢耐蚀性: 提高含铬量可以在不同环境中钝化；不抗氯离子的侵蚀作用，产生点蚀表面细小裂纹狭缝在电解质溶液中缝隙腐蚀含碳量不大于0.03%的铬镍不锈钢晶界腐蚀奥氏体不锈钢应力腐蚀开裂措施：晶界腐蚀的控制降低含碳量0.03%以下，保持铬含量固溶处理，提高抗蚀性稳定化处理去应力处理 避免在敏化温度范围受热和缓慢冷却选用正确的焊接方法；应力腐蚀的控制根据不同条件选择相应的钢材控制钢中P、N等杂质含量选用正确的热处理、表面处理、冷变形量及合理使用应力等。铝及铝合金铝：密度小，比强度大，耐蚀性好 铝合金：力学性能好，抗蚀性好耐蚀性：干燥大气中形成氧化膜，具有很好的耐蚀性在工业污染及海洋性大气中不耐蚀

11、在碱中不耐蚀氧化性浓酸耐蚀，其他酸腐蚀在中性盐溶液中的腐蚀行为与溶液中的阴阳离子性质有关腐蚀类型：点蚀，晶间腐蚀，剥蚀，应力腐蚀开裂措施：控制淬火温度，转移时间，减少材料断面尺寸减少与腐蚀介质接触，消除张应力，喷丸处理，加入合金元素细化晶粒，合理选择和控制生产工艺及热处理钛及钛合金钛及钛合金：比强度高，中温性能好，耐腐蚀耐蚀性: 与氧形成高稳定性氧化膜，在还原性酸和氧化性介质中遭到破坏在卤素及其化合物中中耐腐蚀（除氟）海水中有良好的抗蚀性在硝酸中耐蚀，盐酸硫酸中有一定腐蚀性，温度升高，腐蚀程度加大，氢氟酸中不耐蚀在碱中耐蚀性较好易吸氢发生氢脆腐蚀类型：燃烧与爆炸（红烟硝酸爆炸，发烟硝酸燃烧，干

12、氯气燃烧，氧气自燃），缝隙腐蚀，氢脆，电偶腐蚀铜及铜合金耐蚀性：大气、淡水、海水或中性盐类水溶液中由于氧化膜出现钝态而耐蚀，含锌量高的会出现脱锌腐蚀，与其他金属接触时会产生接触腐蚀。措施：低温退火以消除应力加入锡铝锰等元素。复合材料腐蚀特性：环境介质的腐蚀(树脂基体的腐蚀，增强材料的服饰，界面的腐蚀，应力腐蚀及腐蚀疲劳)，生物腐蚀，雨蚀，复合材料与金属的电偶腐蚀选择时的考虑因素：强度，刚度，结构可靠性防护要求：材料应满足飞机结构温度，湿度，紫外线和大气等腐蚀环境要求；应优先选与之相容的钛合金等；匹配时，应在结合界面设置不吸湿，不腐蚀性和不导电的隔离层；在易受雨蚀的部位，应采用有效的防雨蚀涂料进

13、行表面防护。限用要求：结构环境要求，与金属材料的相容性，雨蚀，生物腐蚀，紧固件，防护涂层，导电要求。高温腐蚀定义：广义 ：金属在高温下与气氛中的氧硫氮碳等元素发生化学反应，导致金属的变质或破坏过程；狭义：金属与氧反应形成各种氧化物的过程。高温腐蚀影响因素：温度、环境介质、燃气成分(取决于燃油纯净度、空气组成、燃烧状态) 高温氧化腐蚀：高温氧化是高温腐蚀的最基本形式，是氧化膜的不断形成与不断破坏的周而复始的循环过程。金属氧化的动力学规律：直线规律（钙镁）、抛物线规律（铁铜镍钛）、对数规律（铝铬锆）、立方规律（介于抛物线与对数间）高温热腐蚀定义：在金属表面上，由于沉积物参与作用而发生的高温腐蚀；类

14、型：钠硫腐蚀、钒蚀、碳蚀。防护措施: 合理选材，研制新的高温合金；采用净化措施：净化空气，减少腐蚀介质；高温涂层技术（扩散型涂层、覆盖型涂层、覆盖、扩散型复合涂层、热障涂层）。军用飞机电子设备腐蚀的环境条件：潮湿，温度，压力，化学侵蚀，沙砾和尘埃，微生物侵蚀，太阳辐射，人为的侵蚀环境。电子设备腐蚀的控制与防护：选材：金属材料：不锈钢、镍、锡、钛、蒙乃尔合金；非金属材料：不霉、低吸湿、耐臭氧；防护：采用更加耐腐蚀的材料和技术，保护材料不受环境影响，降低环境严酷程度，周期性检查和维护。飞机防腐蚀对涂料的要求：工艺性能：适于喷涂，干燥后漆膜平整、光滑、均匀、坚硬；干燥：能常温固化；黏度：易于稀释喷涂

15、；固体含量；活性期。防腐蚀涂料的主要品种：铝蒙皮：底漆 、面漆；复合材料：底漆、腻子、面漆；雷达罩：底漆、面漆；镁合金：封闭漆、底漆、面漆；内部金属零件：底漆面漆（不同的金属，涂料种类不同）涂层的去除和返修：化学脱漆：（有机：二氯乙烷，无机：强碱强氧化性酸（不适宜）；机械脱漆：干剥落技术；雷达罩涂层：清除污垢，用适当道具划破涂层而不能损伤基体，在整个涂层上刷涂脱漆剂，打磨除净且不得使纤维裸露，处理表面至水膜连续，经烘干方可按要求喷新漆；蒙皮涂层脱漆：飞机准备，脱漆剂准备，脱漆，清洗。军用飞机腐蚀的外场维护：定期冲洗去除飞机表面的污染物；确保飞机排水、防潮和通风良好；保持飞机涂层和密封剂的完整性

16、；加强润滑；保持飞机表面光洁；去除整体油箱中微生物沉积物腐蚀损伤的修复：修复要求：机体内外表面洁净和防护涂层完好；不残留腐蚀产物；不引起二次腐蚀。修复准则和要求：等强度准则；静强度要求；耐久性要求；损伤容限要求；广布损伤（容限）要求。腐蚀损伤分类：可允许损伤；需补强损伤；换件修复损伤。腐蚀损伤修复设计：1 修复设计应考虑的基本因素：1.综合考虑各种影响因素，准确分析飞机结构腐蚀损伤原因，制定合理的修复技术方案2.外表面修复满足气动力性能要求3.满族静强度、刚度、耐久性和损伤容限要求4.满足腐蚀防护与控制要求5.腐蚀损伤修复后应不破坏原结构的可检性6.要考虑施工程序和可达性要求7.根据修复现场的条件和修理人员的技术水平与经验，考虑可生产型8.在满足上述要求的基础上，应充分考虑重量、成本、周期，采用修复周期短、经费少的方案。修复设计的主要步骤：