《飞机结构腐蚀与防护》课件-局部腐蚀

飞机结构局部腐蚀（上）飞机结构腐蚀与防护引入与全面腐蚀相比，局部腐蚀的危害性更大，可能导致结构穿孔破坏或承载能力大幅下降。局部腐蚀导致的失效事故通常是突发性的，难以预测和控制，因此在实际工程中，局部腐蚀导致的事故比全面腐蚀多得多。调查显示，全面腐蚀仅占约20%，而局部腐蚀破坏占约80%，其中点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳最为突出。因此，人们更加关注局部腐蚀的相关技术研究。/CONTENTS目录点腐蚀01缝隙腐蚀02丝状腐蚀03点腐蚀PART01一、点腐蚀点腐蚀概念金属材料在特定的环境介质中，其大部分表面能够维持良好的状态，腐蚀现象并不明显或程度较轻。然而，在某些局部区域，特别是微小的点或区域内，可能会出现小坑或麻点。随着时间的推移，这些小坑会逐渐向内部纵深发展，最终演变成小孔状的腐蚀坑。这种现象被称为孔蚀或点蚀，其具体的孔蚀原理如图所展示。一、点腐蚀点腐蚀特征孔蚀是破坏性和隐患较大的腐蚀形态之一，在失重很小的情况下，就会导致结构失效。孔蚀形成的小孔形状各种各样。如图所示。分布在金属表面。有的比较分散，有比较集中，形成一些麻坑；有的腐蚀坑被腐蚀产物覆盖。有的腐蚀小孔是开口的，表面可以看到点状白色粉末，点蚀的直径可大可小。深度可深可浅。分布可孤立可密集，这此与材料、腐蚀介质以及防腐蚀涂层等有关。一、点腐蚀点腐蚀特征局部腐蚀部位(蚀孔)常被腐蚀产物所覆盖。孔径小，不易发现。容易产生应力集中，在循环载荷和腐蚀环境作用下，蚀孔往往成为腐蚀疲劳的裂纹源，导致裂纹提前形成，大大缩短了结构疲劳寿命。一、点腐蚀氯离子等卤素离子：在负极极化条件下，只要介质中有氯离子，就能引发金属孔蚀，氯离子因此被称为孔蚀的“激化剂”。腐蚀介质温度：随着温度的升高，孔蚀速度加快。金属表面状态：光滑、清洁的金属表面不易发生孔蚀，而表面有灰尘或金属、非金属杂质的金属结构则容易发生孔蚀。影响因素一、点腐蚀控制措施选择耐腐蚀合金材料，如铝合金、钛合金等。钛合金具有优良的抗孔蚀性能。对于不锈钢材料，适当添加抗孔蚀的合金元素（如Cr、Mo）,可以显著提高其抗孔蚀性能。改善介质条件。减少CI和Br的含量，降低其腐蚀性。使用有效的缓蚀剂。对于封闭的体系，添加缓蚀剂是防止孔蚀的一种非常有效的方法。对于不锈钢，可以选用含硫酸盐、硝酸盐、钼酸盐、铬酸盐、磷酸盐等成分的缓蚀剂。一、点腐蚀控制措施及时清洁飞机结构表面。改善材料的表面状态。一般来说，光滑、清洁的表面抗孔蚀能力强。而有灰尘或者杂质覆盖的表面，容易发生孔蚀。因此，从腐蚀防护的角度出发，经常对飞机结构表面进行清洁工作是非常必要和有效的。缝隙腐蚀PART02二、缝隙腐蚀概念飞机金属结构多用铆接、焊接、螺接等方法连接，在金属与金属、金属与非金属、金属与沉积物之间存在缝隙，同时缝隙内的腐蚀介质处于滞留状态，从而加剧了缝隙内金的腐蚀，这种现象叫作缝隙腐蚀，其原理如图所示。在飞机结构中，搭接结构的搭接面、垫片的底面、螺帽或铆钉头的缝隙处及铆接结构的搭接处容易发生缝隙腐蚀。缝隙宽度一般在0.025～0.1mm,对于宽度大于0.1mm的缝隙，介质难以形成滞留状态，也就不易形成缝隙腐蚀。二、缝隙腐蚀特征蒙皮与蒙皮、蒙皮与桁条、翼肋和大梁主要是搭接的，存在一定的缝隙。若密封不严，在雨水的作用下腐蚀介质就会进入并滞留在缝隙内，形成电解质液膜。在腐蚀电解质的作用下，缝隙外正极区主要发生氧气的还原反应，即吸氧反应；缝内负极区金属Al发生氧化反应。即溶解反应。由于缝隙外的氧气充分，能得到补充，氧气的还原反应一直进行；而由于氧气只能以扩散的方式由缝隙外向缝隙内转移，缝隙内氧气的供应不足，氧气的还原反应停止，因此缝隙内和缝隙外形成闭塞的浓差电池。由于电池具有“大正极小负极”的特征，因此腐蚀速度比较快。二、缝隙腐蚀缝隙几何形状的影响。缝隙的几何形状、宽度和深度影响腐蚀介质交换、电势分布和宏观电池的有效性。缝隙内外金属形成腐蚀电池，内金属为负极，外金属为正极，加速内金属的氧化反应，面积比越大，腐蚀越严重。环境因素的影响。缝隙腐蚀受多种环境因素影响，如溶解O₂量、电解质溶液流速、温度、pH和CI浓度等。氧气浓度增大、温度升高、pH减小都会加重缝隙腐蚀材料合金元素的影响。不同金属对缝隙腐蚀的敏感性不同。例如，不锈钢中的Rh和Pd是有害元素，而Cr、Ni、Mo、Cu、Si等是提高耐缝隙腐蚀性能的有效元素。影响因素二、缝隙腐蚀控制措施控制或减缓缝隙腐蚀的根本方法是消除缝隙，有效方法是使用缓蚀剂，特别是水置换型缓蚀剂，能排除并阻止水分进入缝隙。具体控制措施包括：用胶接或对接焊代替铆接或螺杆连接；避免使用吸湿垫片或填料；设计时避免尖缝和滞留区，便于排除水分和污染物；对有缝隙的结构使用密封剂后，再使用缓蚀剂；使用连续焊代替点焊，确保焊透，避免气孔和缝隙。丝状腐蚀PART03三、丝状腐蚀概念丝状腐蚀是缝隙腐蚀的一种特殊形式，在有涂层的钢、锌、铝和镁等金属表面可能发生。金属表面由于涂层渗透水分和空气而引起腐蚀，腐蚀产物呈细丝状纤维网的形状，这种腐蚀称为丝状腐蚀，如图所示。三、丝状腐蚀特征在飞机结构的铆钉头周围和沿着蒙皮的搭接缝隙处，首先观察到丝状腐蚀。一旦涂层表面破裂，就可以看到丝状腐蚀产生的腐蚀产物——白色粉末引起的鼓包，如图所示。三、丝状腐蚀影响因素影响丝状腐蚀最主要的因素是大气相对湿度。当相对湿度高于65%时，才会产生丝状腐蚀；当相对湿度高于90%时，丝状腐蚀就会充分发展，最终导致涂层出现明显鼓包。如图所示为铝合金表面涂层下的丝状腐蚀。三、丝状腐蚀降低环境的相对湿度，如采用密封包装；及时清洗，去除结构表面的腐蚀介质；合理选择涂层，采用透水率低的涂层，降低涂层的孔隙率。控制措施/SUMMARY小结环境因素01气候环境因素02化学环境因素03/THINKING思考请同学们思考有哪些环境因素会影响飞机结构腐蚀，请以停机坪上飞机腐蚀现象为案例进行分析。飞机结构的局部腐蚀（下）飞机结构腐蚀与防护/CONTENTS目录晶间腐蚀01剥蚀02电偶腐蚀03晶间腐蚀PART01一、晶间腐蚀晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中，沿材料晶界发生的一种局部腐蚀。这种腐蚀会在金属表面无任何变化的情况下，使晶粒间失去结合力，金属强度完全丧失，导致构件发生突发性破坏。晶间腐蚀原理如图所示。概念一、晶间腐蚀特征晶间腐蚀是一种局部腐蚀，常见于不锈钢、镍基合金、铝合金和铜合金。这种腐蚀破坏晶粒间的结合力，显著降低金属的强度和塑性。其根本原因是晶界及其附近区域与晶粒内部存在电化学的不均匀性，这种不均匀性主要由金属材料的冶炼、焊接、热处理等过程造成。铝合金的晶间腐蚀主要由热处理不当引起，如淬火处理不及时导致晶粒长大和晶界铜化物的形成。晶间腐蚀对飞机结构中的铝合金构件危害很大，可能导致结构突然断裂失效。一、晶间腐蚀影响因素腐蚀介质能显示出晶粒与晶界的电化学不均匀性。易发生晶间腐蚀的金属材料有不锈钢、铝合金及镍基合金等。晶界与晶粒内部的物理、化学状态和化学成分不同，导致其电化学性质不均匀，如晶界的原子排列较为紊乱，缺陷多，易产生晶界吸附或析出碳化物、硫化物等。组织因素环境因素一、晶间腐蚀控制措施降低含碳量。对于飞机钢结构，常采用重熔等方法减少碳含量，如使用超低碳不锈钢。010203清洗表面。及时清洗结构表面，以去除腐蚀介质。04热处理措施。焊接奥氏体不锈钢时，应快速进行并快速冷却，避免长时间停留在敏化温度区。出现晶间腐蚀时，需重新进行固溶处理，包括加热至1050～1100℃后淬火，以防止再次沉积。稳定化处理。加入与碳元素结合力强的合金元素，如Ti钛和Nb铌，以稳定碳元素，避免贫铬区，减少晶间腐蚀倾向。剥蚀PART02二、剥蚀概念剥蚀是晶间腐蚀的一种特殊情况，主要发生在锻造、挤压型材上。锻造、挤压型材拉长的晶粒成层形排列，腐蚀从金属表面开始。进入晶间后，腐蚀沿锻压平面的晶界继续进行，造成金属内部产生分层，其腐蚀原理如图所示。二、剥蚀特征飞机结构铝合金型材在加工时，晶粒呈扁平细长形排列，导致晶间腐蚀。腐蚀产物体积膨胀，形成晶界内张力，使晶界翘起，金属表面出现层片状剥落和局部隆起外貌，这是晶间腐蚀的一种特殊形式。剥蚀不仅影响材料外表面，还会深入基体材料内部，降低材料的机械强度、断裂韧性和疲劳强度，加速裂纹扩展。锻压后的铝合金，晶粒变成宽长而扁平的形状，易发生晶间腐蚀。腐蚀沿平行于表面的平面发展，破坏晶粒之间的结合力。因腐蚀产物体积大于原金属，形成张应力，使晶粒翘起，层层腐蚀，形成层状剥落外观。二、剥蚀影响因素金属表面不适当的防护处理；金属表面防护体系局部失效。二、剥蚀控制措施及时清洗结构表面，去除腐蚀介质。降低含碳量；稳定化处理；适当热处理；01020304电偶腐蚀PART03三、电偶腐蚀概念当两种或两种以上具有不同电势的金属相互接触并置于同一电解质溶液中时，会发生电偶腐蚀现象。电偶腐蚀是一种腐蚀形式，其特点是电势较低的金属会受到腐蚀。三、电偶腐蚀飞机结构中，不同材料连接时可能发生电偶腐蚀。电势较低的金属腐蚀快，而电势较高的金属腐蚀慢或不受腐蚀。例如，铝合金壁板装配有钢螺钉时，涂层脱落可能引发电偶腐蚀，导致铝合金壁板受到严重腐蚀。金属间电势差越大，发生电偶腐蚀的可能性越大。碳纤维复合材料与低电势金属材料接触也会形成电偶腐蚀。特征三、电偶腐蚀影响因素010203电偶腐蚀主要受金属或合金间电势差值影响。存在电势差时，电偶腐蚀发生。电解质导电能力也影响电偶腐蚀速度。电解质导电能力越强，腐蚀速度越快。对于飞机结构，电解质溶液主要包括结构表面含有杂质（如氯化物、硫酸盐等）的水膜或海水。正负极面积比也影响电偶腐蚀。腐蚀速度与面积比密切相关，面积比越大，负极腐蚀速度越快。三、电偶腐蚀控制措施不同金属接触时，必须采取