航空工程材料课件 飞机结构的腐蚀防护及修理工艺

6-3飞机结构的腐蚀防护及修理工艺课前回顾任务实施1.飞机上常用的材料有哪些？对应的腐蚀产物外观特征是什么？2.金属材料有哪些常用的腐蚀措施？知识目标1.了解飞机腐蚀的防护方法；2.熟悉飞机腐蚀的检查、清除与处理、控制方法；3.掌握航空发动机典型零件的腐蚀防护措施。能力目标能够针对飞机不同的部位腐蚀选择合适的防腐措施。教学目标素质目标1.安全责任意识；2.规范意识。安全责任意识一、飞机上易发生腐蚀的部位1、飞机外表面，迎风面，蒙皮搭接处易发生缝隙腐蚀，迎风面易受侵蚀。2、驾驶舱、客舱、货舱、厨房、厕所。3、电瓶舱、起落架舱/电子电气设备舱。4、发动机安装区及进气区及排气区。5、无法（难以）接近区：油箱；长铰链，因材料不同（铜衬套等）易产生电偶腐蚀；机身底部易积水区，维护时应保持排水孔畅通；难以润滑的部位。6、操纵钢索。7、焊接区：由焊料造成腐蚀源。

小组讨论

根据腐蚀产生三要素，讨论飞机上金属结构腐蚀预防的主要手段。二、飞机的腐蚀防护飞机上金属结构腐蚀预防的主要手段：保护表面涂层避免电化学接触注意表面处理避免浸液注意液体/湿气的排放

从腐蚀产生的3要素着手，只要其中一个要素消失，则腐蚀就不会产生。二、飞机的腐蚀防护1、表面涂层金属结构（铝）表面阳极化处理层底漆层第二层底漆或面漆二、飞机的腐蚀防护2、阳极化处理–Anodize/AlodineAnodize：阳极氧化，是一个电化学过程Alodine：阿洛丁，纯粹的化学变化过程，化学氧化两者的作用均为：形成防腐的氧化层使得底漆结合的更牢固二、飞机的腐蚀防护阳极氧化（anodicoxidation）是在铝制品（阳极）上形成一层氧化膜的过程，属于金属或合金的电化学氧化。铝及其合金在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用下，在铝制品（阳极）上形成一层氧化膜的过程。阳极氧化如果没有特别指明，通常是指硫酸阳极氧化。为了克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术成为铝合金使用中不可缺少的一环，而阳极氧化技术是目前应用最广且最成功的。（1）阳极氧化二、飞机的腐蚀防护2、阳极化处理–Anodize/Alodine阿洛丁氧化处理是铝合金表面处理的一种，阿洛丁能在铝合金表面通过化学反应，生成很薄（0.5~4微米）的阳极氧化膜。阿洛丁阳极氧化的原理是铬酸盐钝化化学反应。阿洛丁主要成分铬酐、四氟硼酸甲、氟化钠等物质按一定比例混合。二、飞机的腐蚀防护2、阳极化处理–Anodize/Alodine（2）阿洛丁氧化处理

阿洛丁的特性：a.生成的氧化膜较薄0.5~4微米，质软、多孔，有良好的吸附性能，不改变材料的机械性能，不影响工件尺寸，通常作为油漆或其他涂层的底层。b.操作时间短，几分钟至一小时。不耗电、设备简单、成本低。c.阿洛丁氧化仍然具有一定导电性。d.阿洛丁工艺过程主要在常温下进行，低能耗、少污染。e.阿洛丁溶液稳定，使用时间长，容易维护，适合大规模连续生产。f.阿洛丁溶液有毒，不能与人体接触，不能随意处置，必须充分稀释后报废。g.阿洛丁易燃，应当远离火源。使用过阿洛丁溶液的布料也要隔离，避免着火。二、飞机的腐蚀防护2、阳极化处理–Anodize/Alodine（2）阿洛丁氧化处理使用阿洛丁的目的：a.提高铝合金表面的防腐蚀性能。b.提高与底漆的粘接力。c.可作为改变电导率的涂层。二、飞机的腐蚀防护2、阳极化处理–Anodize/Alodine（2）阿洛丁氧化处理常用的阿洛丁及其使用：a.阿洛丁600，粉末，用于涂有耐燃油漆（BMS10-20）的燃料箱结构表面，被推荐用于生成低电阻率的氧化膜。颜色：黄色。b.阿洛丁1000，浓缩液，用于不需要喷漆的包铝结构件。颜色：无色。c.阿洛丁1200/1200S，粉末，最常用，用于被切割或者修锉过的修理件，具有很好的耐腐蚀性，能提供较好的粘接性能。颜色：淡金色到棕黄色。d.阿洛丁1500，粉末，颜色：无色。二、飞机的腐蚀防护2、阳极化处理–Anodize/Alodine（2）阿洛丁氧化处理二、飞机的腐蚀防护2、阳极化处理–Anodize/Alodine底漆的功能：防腐次要的装饰功能次要的密封功能隔离不同材料的部件面漆的作用：保护底漆装饰/标示防磨二、飞机的腐蚀防护3、漆层封胶是用于阻止潮气/水分进入拼接段或者贴合面。完全对接合部进行密封是首选措施带状/条状密封只有在完全密封无法实施的时候采用典型的封胶BMS5-95，一般使用BMS5-26，油箱区域（PR-1422、PS-890)BMS5-63，高温区域二、飞机的腐蚀防护4、封胶封胶实例（一）Fayingseal：贴合面封胶Filletseal：缝隙处填胶二、飞机的腐蚀防护4、封胶紧固件的湿安装在安装紧固件前在紧固件周身或者孔内先涂胶。二、飞机的腐蚀防护封胶实例（二）5、专用的防腐涂层–

防腐油阻止潮气提供额外的防腐保护不可取代漆层一般不单独使用在飞机内部结构底漆表面会涂一层专用的防腐剂。二、飞机的腐蚀防护6、电解液的清除–排水二、飞机的腐蚀防护二、飞机的腐蚀防护6、电解液的清除–排水二、飞机的腐蚀防护6、电解液的清除–排水（1）保持机体表面清洁、干燥和光滑；（2）在金属构件表面建防蚀保护层；（3）避免不同金属接触；（4）密封处理；（5）进行有效的防腐维护工作。7、飞机机体腐蚀控制机体主要防腐措施：二、飞机的腐蚀防护三、腐蚀损伤的检测1、腐蚀损伤的目视检查：光学目视检查：放大镜、反光镜、手电筒、看、嗅、碰、拍、摸、摇，要对飞机结构熟悉，照明条件好，接近方便，必要时，清洁、去除密封剂，检查完后要恢复原样。2、腐蚀损伤的特殊检查：磁粉探伤；涡流探伤；超声波探伤；X光探伤；渗透（着色）探伤。三、腐蚀损伤的检测3、腐蚀损伤的评估：在完成腐蚀检查及清除后，进行腐蚀损伤的评估，以确定修理方案。通常评估的内容包括：腐蚀的类型、腐蚀深度、扩散的程度、检查周期及结构件的等级，针对腐蚀防护与控制大纲的项目，还应定级。一般用刀口尺确定腐蚀区域，深度千分尺测腐蚀深度。刀口尺深度千分尺规范意识四、腐蚀的清除与处理（铝合金、镁合金、黑色金属）1、表面准备：清洁，用专用清洁剂；退漆，用香蕉水。注意：保护周围完好的保护层及设备。2、清除腐蚀物：涂漆前修理，避免应力集中的产生（1）铝合金：轻度：用砂纸打磨，放大镜检查；中度：铝丝棉打磨或喷砂，放大镜检查；重度：除上述方法外，要用铣刀去除材料厚度的2-5‰，再用5％铬酸清洗。四、腐蚀的清除与处理（2）黑色金属：建议用机械方法非电镀件：用钢丝棉、钢丝刷或喷砂清除，也可用酸洗；电镀件：最好不用喷砂（因为喷砂去除力强，不易控制范围）；高应力区：尽可能少的去除材料；（3）镁合金：采用非金属工具（尼龙刷，鬃刷）。

硬质材料做成尖锐工具（例如塑料刮刀）四、腐蚀的清除与处理3、恢复保护层：（1）铝合金：先生成氧化膜，再涂漆层。（a）生成氧化膜方法：包覆纯铝，表面阳极化（铬酸），阿洛丁处理（外场用）；（b）涂漆：底漆干后，涂面漆，否则易生成丝状腐蚀。（2）黑色金属：表面镀层+涂层。（a）表面镀层：镀锌、镉…；牺牲性保护：镀铬、镍…隔绝性保护，且耐磨；（b）涂漆;（3）镁合金：用铬酸液生成氧化膜，然后涂漆。五、腐蚀控制1、清洁清洗，喷驱水化合物，排水孔畅通，不同的材料应用不同的清洗剂和不同的擦干物。（1）钢铁上的污物：用重铬酸钾清除，热水清洗，抹布擦干；（2）铝及铝合金上的污物：用白汽油清除，热水清洗，抹布擦干；（3）飞机外表面用清洁剂清洗，用自来水或压力水冲洗；（4）电气机件上的污物（积碳等）：用酒精、四氯化碳清洗，绸布擦干；（5）有机玻璃：用中性肥皂水清除，用清水喷洗，绒布擦干；（6）受到酸碱盐侵蚀需中和：中和前应首先将污染物去除，中和后应用水冲洗。五、腐蚀控制2、形成腐蚀抑制膜氧化膜，漆膜，有机物膜，电镀层。3、不同金属的隔绝

（1）紧固件：钢紧固件（螺栓）连接铝合金；（a）铝合金孔内涂阿洛丁，生成氧化膜；（b）螺栓湿接，醮底漆。

（2）板的搭接（a）铝合金与除镁以外的金属搭接：接触面各涂一层铬酸锌底漆;（b）若其中之一为镁合金，则涂两层铬酸锌底漆。

五、腐蚀控制4、维护中应做的工作（1）保护保护层穿软底鞋，正确使用工具，零部件、梯子、车辆等，不允许与飞机直接接触。

（2）保持干燥（a）不使潮汽、水份，沾附金属及非金属，可涂油等；（b）通风，在雨后晴天把所有的门窗打开散出潮气；（c）除冰雪霜用除冰液（酒精等），热空气吹除，严禁用大扫帚或刮刀。注意：活动关节不得留有余水（冰）且操作时应关闭门窗及口盖。五、腐蚀控制（d）缠裹：凡是易受潮的机件在换季时，用塑料布包扎或石棉绳（布）等包扎后涂上玻璃水（晴天操作）以防潮保温（螺桨调速器，高压导线等）；（e）加垫：凡是门窗密封垫，还有操纵系统密封盒，应完整；（f）烘烤：受潮的电气机件可放入烤箱内烘烤，注意温度；（g）通电：凡是易受潮的电气机件，在起飞前都要通电保持干燥；（h）定期更换防潮砂。六、涡喷发动机的高温腐蚀与防护发动机作为一种动力装置，工作温度越高，发动机热端部件的高温腐蚀、蠕变、疲劳等越将导致零件失效。实践证明，发动机叶片的失效，大部分与高温腐蚀有关。高温腐蚀：是指金属在高温下与气氛中的氧、硫、氮等元素发生化学反应，导致金属变质或破坏过程。可分为高温氧化腐蚀和高温热腐蚀两大类。高温腐蚀包括氧化、硫化、氮化、碳化、钒蚀等，其中，狭义的高温氧化腐蚀特指氧化，硫化、氮化、碳化等又叫高温热腐蚀。六、涡喷发动机的高温腐蚀与防护高温氧化腐蚀定义：高温氧化腐蚀是高温下金属表面与气体间的发生化学反应形成化合物，破坏了金属部件的表面状态及性能。发动机高温部件的失效，高温氧化是主要原因之一，当温度超过950-1000℃时，高温氧化是造成热端部件失效的主要形式。金属表面形成的氧化膜，本应具有一定的保护作用。但在发动机中，氧化膜极易遭到破坏，加剧了高温腐蚀。高温合金的氧化行为：氧化铝和氧化铬两类氧化皮。高温合金氧化破坏主要方式：表层被氧化、氧化皮剥落、不均匀氧化、氧化皮蒸发或升华。六、涡喷发动机的高温腐蚀与防护高温热腐蚀定义：在金属表面由于沉积物（如硫酸钠、氯化钠、五氧化二钒等）参与作用而发生的高温腐蚀。热腐蚀破坏的形貌特征：在发动机叶片的表面上，有大面积的破坏，特别是进气、排气边缘及承受高压的叶盆。腐蚀产物比较疏松，有些呈“瘤”状生长，将瘤去除则出现深孔状局部腐蚀。火焰筒上的碳蚀，呈毛状、牛角状碳晶，去除碳晶后出现麻坑，严重时穿孔。六、涡喷发动机的高温腐蚀与防护高温热腐蚀六、涡喷发动机的高温腐蚀与防护1、发动机热端部件常见腐蚀部位常出现的腐蚀部位有：（1）铝合金叶片的剥蚀；（2）不锈钢叶片的点蚀；（3）压气机叶片的腐蚀断裂；（4）涡轮盘槽底部的腐蚀疲劳裂纹；（5）涡轮导向叶片的烧蚀；（6）镍基高温合金火焰筒的烧蚀等。六、涡喷发动机的高温腐蚀与防护2、影响高温腐蚀的因素（1）温度：当工作温度在800℃以下，涡轮部件失效的主要形式有蠕变、氧化、热疲劳；800-1000℃，热腐蚀最为严重，是涡轮部件失效的主要原因。（2）环境介质：工业污染大气、海洋性环境大气、高温高湿大气。（3）燃气成分：燃气由CO2、H2O、N2、O2、SO2、SO3等。因此，为保证涡喷发动机高性能、长寿命、低成本等技术经济指标，热端部件高温腐蚀与防护是关键因素之一，而耐高温涂层是解决这个问题的重要手段之一。六、涡喷发动机的高温腐蚀与防护3、防护措施（1）合理选材，研制新的高温合金国外的一些发动机压气机采用镍基合金代替钛合金；从多晶高温合金向单晶合金、机械合金化高温合金、粉末冶金高温合金和细晶铸造合金等发展。（2）采取净化措施为防止高温腐蚀，可采取净化空气的办法，减少腐蚀性介质进入发动机内。（3）高温涂层技术：高温涂层按组成材料分4类。

（a）扩散型涂层：主要是铝化物；（b）覆盖型涂层：MCrAlY合金，M代表铁、钴、镍；（c）覆盖、扩散混合型涂层；（d）热障涂层：在合金基体上喷涂MCrAlY作为结合层然后再采用等离子方法喷涂一层厚度为0.3-2毫米的氧化物层。七、典型零件的防护零件的失效分析（1）失效的概念凡零件在使用过程中丧失规定功能的现象，我们就称其为失效。零件有下列情况之一时，即认定为失效：一是完全不能工作；二是虽然还能使用，但已不能完成规定功能；三是已有损伤，但继续使用，则不能保证安全性和可靠性。（2）零件的失效形式断裂失效：脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂；过量变形：过量蠕变变形、过量弹性变形和过量塑性变形；表面损伤：磨损失效、接触疲劳失效和腐蚀失效。七、典型零件的防护零件的失效分析（3）零件失效的原因1）零件设计不合理：零件的结构、形状、尺寸设计不合理最容易引起失效。2）选材不合理：选材不合理即选用的材料性能不能满足工作条件要求，或者所选材料名义性能指标不能反映材料对实际失效形式的抗力。另外，所用材料的化学成分、组织不合理、质量差也会造成零件的失效。七、典型零件的防护零件的失效分析（3）零件失效的原因3）工艺不合理：零件在加工和成形过程中，因采用的工艺方法、工艺参数不合理，操作不正确等会造成失效；4）安装及使用不正确：机器在安装过程中，配合过紧、过松、对中不准、固定不牢或重心不稳，密封性差以及装配拧紧时用力过大或过小等，均易导致零件过早失效。在超速、过载，润滑条件不良的情况下工作，工作环境中有腐蚀性物质及维修、保养不及时或不善等均会造成零件过早失效。七、典型零件的防护1、航空发动机齿轮（1）选用的材料：12Cr2Ni4A（2）性能特点：表硬心韧（3）失效的形式七、典型零件的防护1、航空发动机齿轮七、典型零件的防护1、航空发动机齿轮原因：齿根弯曲应力大；齿根应力集中。七、典型零件的防护1、航空发动机齿轮原因：轮齿在节圆附近一对齿受力，载荷大；滑动速度低形成油膜条件差；产生了接触疲劳。七、典型零件的防护1、航空发动机齿轮原因：砂粒、金属屑进入啮合面；重载，齿面软。七、典型零件的防护1、航空发动机齿轮（4）防护的措施1）采用渗碳等化学热处理，以提高其耐磨性和疲劳强度。渗碳后再淬火、低温回火。技术要求：齿牙的渗碳层为0.7-0.9mm，渗碳淬火后硬度大于等于60HRC，心部为31HRC～41HRC。2）进行表面防腐处理，如磷化、钢铁氧化、电镀等。七、典型零件的防护2、压气机叶片（1）选用材料：铝合金、不锈钢、耐热合金、合金钢(第一级）、钛合金。（2）性能要求：高的比强度、高的抗应力疲劳和热疲劳能力、良好的抗氧化性和抗大气腐蚀和应力腐蚀的能力。（3）防护：合理的热处理、耐冲刷涂层、热喷涂层。七、典型零件的防护3、涡轮盘、涡轮叶片、导向叶片涡轮盘是重要的热端部件之一，要承受高速旋转折离心力、气动力所引起的应力和热应力。常见的故障是榫齿裂纹、封严齿裂纹、槽底裂纹等。要求有足够的屈服强度、极限强度和高的塑性，适当的蠕变强度、持久强度和伸长率，较高的热疲劳性能。（1）涡轮盘选用材料：高温合金GH2132、GH4761、GH4698等；（2）涡轮叶片选用材料：高温合金GH4033、GH4049、K4