《飞机结构腐蚀与防护》课件-应力腐蚀

应力腐蚀飞机结构腐蚀与防护引入1988年4月28日，美国阿罗哈航空的波音737飞机在飞行中机身蒙皮脱落，幸安全着陆。该飞机已累积35，496飞行小时和89，680次起降，远超波音建议的20年、51，000飞行小时和75，000次舱压周期。阿航的舱压累积周期数是波音预测的两倍，机身内舱压周期是疲劳裂纹产生的主因。调查发现机身蒙皮铆钉孔边存在应力腐蚀裂纹，在失事时舱压作用下串连成大裂纹，引发失控泄压和蒙皮撕裂。当时所有美国各大航空公司都决定淘汰老旧的客机，并规定飞机在特定机龄必须接受额外的维修检验，以防事件重演。/CONTENTS目录应力腐蚀01应力腐蚀机理02应力腐蚀控制措施03应力腐蚀PART01一、应力腐蚀应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂（StressCorrosionCracking，简称SCC）是指结构材料在受到应力作用时，在特定腐蚀环境下展现出的滞后开裂乃至断裂现象。在不受应力作用的情况下，这些材料的腐蚀程度极为轻微。然而，一旦所承受的应力超过某一特定临界值，即便在腐蚀程度尚不严重之时，材料亦可能出现开裂或断裂。材料属性、应力状态以及腐蚀环境共同构成了应力腐蚀开裂的三个核心要素。一、应力腐蚀力学特征应力性质，通常认为应力腐蚀只有在拉应力条件下才能发生，这种应力可以是外加应力，或是加工、热处理、表面处理、磨削、装配等过程中引入的残余应力。存在临界应力，应力腐蚀开裂是一种与时间有关的滞后破坏，材料所受应力越小，断裂时间越长。在应力小于某一临界值后，断裂时间趋于无穷，此应力值称为应力腐蚀的临界应力。应变速率的作用，应变速率对应力腐蚀的发生与发展有重要影响。一、应力腐蚀环境特征特定的材料/环境介质组合。对于每一种金属材料，只有在特定的介质中才能发生应力腐蚀。特定的电位范围。材料的应力腐蚀开裂敏感电位范围除与介质的类型和浓度有关外，还受环境温度的影响，温度越高，其SCC敏感的电位范围越大。局部环境与整体环境间的差异。应力腐蚀与点蚀、缝隙腐蚀的发展过程有一个共同点——即均以“闭塞电池”机制为推动力。一、应力腐蚀材料成分的作用，合金比纯金属更容易产生SCC。组织结构的作用，材料的微观组织结构对SCC有重要影响。材料学特性一、应力腐蚀SCC的发生与发展可分为裂纹的孕育期和扩展期两个阶段，对于SCC裂纹孕育期的长短取决于SCC三要素——材料性能、环境状况和力学条件。可以从几分钟到几年，甚至几十年。应力腐蚀裂纹扩展特征一、应力腐蚀端口特征是分析和诊断SCC破坏的重要依据，应力腐蚀开裂破坏属于脆性损伤。应力腐蚀断口的微观形态与应力腐蚀机理、环境条件、材料性质、电化学状态、力学因素等有重要关系。应力腐蚀破坏的形态学特征应力腐蚀机理PART02二、应力腐蚀机理应力腐蚀机理应力腐蚀的机理，当前尚未形成一致性的理论框架。这主要源于应力腐蚀现象的复杂性，它涉及了材料特性、环境因素以及力学因素等多重变量的交织影响。二、应力腐蚀机理应力腐蚀机理目前已有十余种机理模型被提出，但各自均存在不同程度的局限性。在诸多应力腐蚀机理中，阳极溶解机理与氢致开裂机理因其典型性而备受关注，同时亦存在混合型机理作为二者的中间形态。二、应力腐蚀机理应力腐蚀机理腐蚀过程本质上涉及阳极反应与阴极反应两个基本环节。裂纹的扩展过程既可能与阳极反应相关，也可能与阴极反应有关。其中，阳极机理的典型表现为材料在裂纹尖端发生活性溶解并脱离；而阴极机理的典型特征则在于氢的析出、吸附、扩散及其导致的材料脆化。应力腐蚀控制PART03三、应力腐蚀控制在满足其他必要条件（如性能、成本等）的前提下，结合具体使用环境进行选材，是业界广泛采用的一种策略。通过优化冶金工艺，可以有效提升材料的纯度，进而减少其中的杂质含量；同时，通过适当的热处理工艺，可以调整材料的内部组织结构，消除有害杂质的偏析现象，并细化晶粒结构。这些措施均对降低材料的应力腐蚀敏感性具有显著的积极影响。改善材质三、应力腐蚀控制2.合理设计与控制应力通过优化结构设计，我们能够显著避免或减少局部应力集中的现象。在结构设计过程中，应极力避免缝隙和可能产生腐蚀液残留的死角，从而有效防止有害物质（如Cl,OH-等）的浓缩。鉴于金属构件中不可避免地存在宏观或亚微观的裂纹和缺陷，采用断裂力学进行结构设计相较于传统力学设计，能显著提高设计的可靠性。三、应力腐蚀控制2.合理设计与控制应力此外，通过机械形变强化技术（如喷丸、冷挤压等），在材料表面引入残余压应力，也是一种有效抑制应力腐蚀发生的方法。在加工、制造、装配的过程中，应极力避免产生过大的残余应力。为了消除或减少有害残余应力，我们可采取热处理、低温应力松弛、喷丸处理等措施，其中退火是消除应力最为关键的方法。三、应力腐蚀控制3.环境控制各类合金均有其特定的敏感环境介质，通过针对性的介质处理手段，可以有效去除危害性较大的介质组分。在条件许可的情况下，应尽量避免应力腐蚀开裂（SCC）敏感的温度区间。降低环境中的氧含量以及提升pH值，对众多材料/环境体系具有显著益处。在腐蚀环境中，适当添加缓蚀剂通常能够抑制或减缓应力腐蚀的速率，但针对成膜型缓蚀剂，必须确保添加量足够，以避免出现小阳极-大阴极的不利条件。三、应力腐蚀控制3.环境控制通过应用有机涂层或对环境不敏感的金属镀层，可有效保护基体材料，并降低其应力腐蚀敏感性。采用阴极保护或阳极保护技术，将电位控制在SCC非敏感区域，是防止应力腐蚀的有效手段。需要特别注意的是，在氢致开裂型SCC的情境下，采用阴极保护技术存在潜在风险，因为阴极保护通常可能促进金属表面析氢和内部吸氢，从而加速氢致开裂型SCC的破坏进程。三、应力腐蚀控制4.其它措施加强管理和培训可以提高工作人员对于应力腐蚀开裂的认识和预防意识，制定相应的安全规范和操作规程，确保工作人员按照规定操作。

定期对金属材料进行检测和维护，及时发现和处理潜在的问题，可