發(fā)動機(jī)短艙結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)研究

孟要偉 王嬈

摘要：本文針對飛機(jī)發(fā)動機(jī)短艙結(jié)構(gòu)的腐蝕，主要從設(shè)計角度討論腐蝕及其控制問題，介紹了腐蝕的形式及原因，結(jié)構(gòu)設(shè)計中的防腐蝕設(shè)計，以及對腐蝕部位的維護(hù)及修理。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)短艙;腐蝕;腐蝕防護(hù)

中圖分類號：V263.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0124-02

0? 引言

在飛機(jī)外場使用中，裂紋和腐蝕是結(jié)構(gòu)兩大主要故障現(xiàn)象。裂紋往往與腐蝕有關(guān)，并隨著腐蝕的加劇而加劇。所以腐蝕是造成結(jié)構(gòu)損壞的一個重要的原因。隨著現(xiàn)役飛機(jī)使用年限的增加，飛機(jī)曝露在日曬雨淋的使用環(huán)境或海洋大氣條件下受到潮濕、鹽霧、霉菌及工業(yè)廢氣的侵襲，腐蝕的問題日益突出。發(fā)動機(jī)短艙在外場使用過程中，前段整流罩側(cè)門、短艙上蓋、防火板、緊固件等多處出現(xiàn)腐蝕問題，本文結(jié)合發(fā)動機(jī)短艙的腐蝕現(xiàn)象對飛機(jī)的腐蝕防護(hù)進(jìn)行研究。

1? 腐蝕形式及原因

該發(fā)動機(jī)短艙采用非氣密性設(shè)計，受外部環(huán)境和使用工況限制，可能會受到高溫、濕氣、振動、交變載荷、油污等影響從而產(chǎn)生腐蝕。

1.1 內(nèi)部高溫環(huán)境下的腐蝕? 發(fā)動機(jī)熱影響區(qū)，高溫、濕氣對結(jié)構(gòu)件的腐蝕，短艙前段整流罩側(cè)門、短艙上蓋、防火板等均有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。其中，短艙前段整流罩側(cè)門內(nèi)表面防火涂料脫落、起層、鼓包現(xiàn)象比較嚴(yán)重，有些地方呈粉末狀，部分區(qū)域防火涂料脫落露出底漆。涂層最先出現(xiàn)起泡和開裂，涂層剝落后，金屬基體表面可觀察到點蝕坑，隨著腐蝕時間的增加，點蝕向晶間腐蝕發(fā)展，最后出現(xiàn)剝蝕。

1.2 外部環(huán)境腐蝕? 短艙為非密封設(shè)計，外部雨水、濕氣可通過對縫、通風(fēng)口、檢查口和未加密封的緊固件孔等侵入。進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成積液，聚集在零件表面。內(nèi)部結(jié)構(gòu)多采用鉚接、螺接的方法連接，結(jié)構(gòu)內(nèi)部金屬與金屬、或金屬與非金屬之間存在縫隙，并使這些積液處于滯留狀態(tài)，從而引起縫隙內(nèi)金屬的腐蝕。

1.3 積液、油污等對結(jié)構(gòu)件的腐蝕? 因發(fā)動機(jī)及其附件的日常維護(hù)，短艙結(jié)構(gòu)內(nèi)部可能存在積液、油污等問題，長時間積液、油污的浸泡會影響密封劑與基體的結(jié)合力，引起緊固件端頭密封劑的脫落，使油污等雜質(zhì)聚集在緊固件周圍，產(chǎn)生縫隙腐蝕。油污中的金屬碎屑以及其他腐蝕介質(zhì)會對機(jī)體表面防護(hù)層劃傷破壞，不僅會加重局部環(huán)境的腐蝕，還可能與結(jié)構(gòu)基體金屬材料之間產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

1.4 應(yīng)力腐蝕? 腐蝕開裂是結(jié)構(gòu)件既受循環(huán)載荷，又受環(huán)境腐蝕的一種機(jī)械破壞，腐蝕開裂大多會首先出現(xiàn)在緊固件周圍，緊固件是飛機(jī)疲勞的薄弱部位，也是腐蝕疲勞薄弱的部位。飛機(jī)在使用中受到交變載荷的作用，使緊固件與孔之間產(chǎn)生相對運動而導(dǎo)致磨損，當(dāng)蒙皮保護(hù)層與緊固件的孔表面受到破壞時，極易產(chǎn)生腐蝕。腐蝕與交變載荷共同作用，極易引起緊固件與孔表面的粘著撕裂，加速腐蝕疲勞的進(jìn)程，造成蒙皮的破裂損傷。如右短艙后段蒙皮裂紋，多數(shù)裂紋的產(chǎn)生都是從緊固件周邊產(chǎn)生并擴(kuò)展。短艙后段壁板鉚釘松動掉釘、短艙尾罩蒙皮裂紋等。

1.5 接觸腐蝕? 不同材質(zhì)零件接觸，極易造成接觸腐蝕。這類腐蝕多見于緊固件周邊，螺栓頭銹蝕，緊固件周邊表處層脫落造成腐蝕加劇。

2? 防腐蝕設(shè)計

針對發(fā)動機(jī)短艙的特點，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)采取相應(yīng)措施。

2.1 內(nèi)部特殊環(huán)境選材? 鈦合金耐腐蝕性能好，不銹鋼一般含鉻18%以上，具有良好的耐腐蝕性，一般不會發(fā)生局部腐蝕。短艙中段壁板有發(fā)動機(jī)尾噴管出口，尾噴管下凹蒙皮，尾罩側(cè)壁APU排氣管出口，均為高溫區(qū)，選用鈦合金和不銹鋼。高溫區(qū)選材一定要注意高溫對材料性能的應(yīng)影響，如鈦，常溫下活性很小，但隨著溫度的提升，其活性迅速增加，可與許多材料發(fā)生劇烈反應(yīng)，應(yīng)注意材料的選擇或有針對性采取加強(qiáng)措施，防止其他腐蝕的發(fā)生。

2.2 結(jié)構(gòu)密封? 蒙皮搭接應(yīng)按順氣流方向，由前搭后、由上搭下，在搭接寬度的貼合面間涂有高粘結(jié)力密封劑密封鉚接;在蒙皮邊角處進(jìn)行填角密封及鉚釘墩頭涂稀的密封劑密封防護(hù)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量減少縫隙，不可避免時采用密封劑密封。螺栓頭和螺母采用密封劑密封，以防水或腐蝕介質(zhì)滲入孔隙內(nèi);結(jié)構(gòu)設(shè)計要防止水漏入或進(jìn)入任何系統(tǒng)的內(nèi)部;艙門、口蓋周邊與口框結(jié)合面應(yīng)采用耐蝕橡膠件、管、帶等進(jìn)行密封。

2.3 積液、油污等的腐蝕防護(hù)? 針對積液、油污等，應(yīng)采取恰當(dāng)?shù)呐乓?、通風(fēng)措施，使零件表面保持干燥，降低腐蝕影響。雨后或清洗飛機(jī)后，應(yīng)及時打開艙門、口蓋進(jìn)行通風(fēng)，驅(qū)散飛機(jī)內(nèi)部的潮濕空氣，促進(jìn)結(jié)構(gòu)部件上粘附水分的蒸發(fā)，減少環(huán)境中的腐蝕成分。在結(jié)構(gòu)底部最低處鉆制排水水孔，并定期地檢查排水孔、排水裝置是否暢通，排水閥門工作是否正常。

2.4 應(yīng)力腐蝕防護(hù)? 腐蝕開裂是腐蝕介質(zhì)環(huán)境與交變應(yīng)力共同作用的結(jié)果。應(yīng)正確選材，避免構(gòu)成應(yīng)力腐蝕體系，減輕應(yīng)力腐蝕的敏感性;合理設(shè)計，改進(jìn)制造工藝，盡量減小應(yīng)力集中效應(yīng);改善環(huán)境介質(zhì)，消除或減少介質(zhì)中促進(jìn)應(yīng)力腐蝕的有害物質(zhì)。

2.5 接觸腐蝕防護(hù)? 發(fā)動機(jī)短艙艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)選用高溫密封劑及表面防護(hù)涂層，在鈦合金、不銹鋼、鋁制零件之間，為避免不同金屬間的接觸腐蝕，在接觸面間涂耐高溫膩子，在緊固件周邊及端頭選用高溫密封劑。當(dāng)不同金屬必須接觸時，應(yīng)采取防護(hù)措施，防止不同金屬之間的接觸腐蝕，如采用鍍覆層、插入絕緣材料或采用緩蝕材料。選用緊固件要注意與被連接材料電化學(xué)性相容，連接件的電位應(yīng)稍高于被連接材料的電位。鍍鎘的緊固件不允許與鈦合金相連接，鍍鎘和鍍鋁的緊固件不能與碳纖維復(fù)合材料相連。

2.6 合理的結(jié)構(gòu)和零件外形? 零件表面應(yīng)平整光滑致密，不易積聚灰塵、雜物和潮氣等腐蝕介質(zhì)。結(jié)構(gòu)各組成部分的形狀應(yīng)不使?jié)駳饽Y(jié)和存留，要盡量消除能存留濕氣的間隙，并且能夠便于查看和維護(hù)。避免使用閉剖面零件，零件的形狀應(yīng)盡可能設(shè)計成平直的或向上凸的，避免使用向下凹形零件，以免污染物和腐蝕介質(zhì)積存。

2.7 表面防護(hù)? 根據(jù)結(jié)構(gòu)件材料的特性、熱處理、使用條件和部位，結(jié)構(gòu)形式和公差配合等因素，選擇正確表面防護(hù)方式。鋁合金零件鍍覆層一般采用硫酸陽極化、化學(xué)氧化，對于有疲勞性能要求的鋁合金制件采用化學(xué)氧化;需要膠接的零件應(yīng)進(jìn)行磷酸陽極氧化;鋁合金零件與其它金屬接觸時，應(yīng)先進(jìn)行陽極化處理或在接觸處涂漆;搭接、點焊、螺栓連接、鉚接或壓裝配合的組件不宜進(jìn)行硫酸陽極氧化。

2.8 受力構(gòu)件的設(shè)計? 應(yīng)當(dāng)全面考慮材料、應(yīng)力水平、環(huán)境和使用壽命要求之間的關(guān)系，受力構(gòu)件設(shè)計時要注意應(yīng)力腐蝕開裂和腐蝕疲勞產(chǎn)生的可能，即使在交變應(yīng)力較小的部位，也應(yīng)盡量避免受力結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布不均勻性，并評定在腐蝕環(huán)境下的腐蝕疲勞特性。受力件應(yīng)對加工、熱處理、表面處理等作出詳細(xì)規(guī)定。易腐蝕的部位的受力構(gòu)件應(yīng)設(shè)計的便于觀察、檢查、清洗、維修和更換。

2.9 緊固件腐蝕防護(hù)? 應(yīng)選用既經(jīng)濟(jì)又能抗腐蝕介質(zhì)作用（或有保護(hù)作用）的材料制造緊固件，當(dāng)緊固件與被連接件用不同類金屬制成且電位相差較大時，應(yīng)完全絕緣隔離，或者至少要將其中和緊固件金屬不相容的金屬隔離;在設(shè)計隔離方法時，應(yīng)考慮緊固件是否需拆卸，不可拆卸緊固件可用密封劑濕裝配，對于可拆卸緊固件，裝在機(jī)體外部的非鋁緊固件的埋頭部分應(yīng)涂低粘性密封劑;處于惡劣環(huán)境中的不可拆卸緊固件外露部分應(yīng)采用密封劑密封，穿透外表面的快卸緊固件和可卸緊固件的設(shè)計和安裝應(yīng)提供密封措施，以防止?jié)駳饣蛞后w入浸。

3? 腐蝕維護(hù)

飛機(jī)結(jié)構(gòu)在使用過程中受到環(huán)境和載荷的作用，結(jié)構(gòu)防腐性能退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)腐蝕。因此，必須對飛機(jī)開展防腐蝕維護(hù)工作，以減緩腐蝕的速度，避免腐蝕現(xiàn)象日益嚴(yán)重。

3.1 定期清洗? 飛機(jī)進(jìn)行定期清洗，表面的灰塵要及時清除，防止灰塵長時間聚集，產(chǎn)生腐蝕介質(zhì)，會加重局部的腐蝕，從而破壞整個機(jī)體結(jié)構(gòu)及表面防化層，因此，必須定期清洗飛機(jī)表面，清除污物，保持飛機(jī)表面的清潔。

3.2 要做好防濕防潮工作? 在機(jī)場停放的飛機(jī)，容易受外部環(huán)境影響，空氣當(dāng)中的雨水、潮濕的空氣、滴露、鹽霧等諸多因素的存在成為了機(jī)體結(jié)構(gòu)發(fā)生電化學(xué)腐蝕的外在條件，在一些季度復(fù)雜的氣候下，腐蝕損壞的情況更為嚴(yán)重。因此在外場腐蝕防護(hù)中要特別注意飛機(jī)的通風(fēng)、防潮、和排水工作。

3.3 對易腐蝕部位勤檢查? 盡可能改善飛機(jī)的局部腐蝕環(huán)境，保護(hù)防腐涂層完整有效，防止潮氣水分或其它物質(zhì)與機(jī)體結(jié)構(gòu)長期接觸，以防止腐蝕加劇，造成嚴(yán)重?fù)p失。對易腐蝕的部位勤檢查，如果發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)及時進(jìn)行腐蝕修理或更換。

4? 腐蝕修理

飛機(jī)在外廠出現(xiàn)局部腐蝕后，可采取以下措施加以控制和修護(hù)：

4.1 腐蝕區(qū)域的清潔處理? 發(fā)現(xiàn)腐蝕后，應(yīng)采用汽油等溶劑類清潔劑清除腐蝕區(qū)域的污染物。如果底漆分層、剝落、軟化或出現(xiàn)腐蝕，則必須刷涂脫漆劑對腐蝕部位進(jìn)行清理打磨進(jìn)行脫漆處理，去除腐蝕產(chǎn)物，使基體表面無雜物等影響涂層附著力的物質(zhì)。

4.2 腐蝕區(qū)域損傷狀況評估? 外場檢查中可采用放大鏡、直尺、深度千分尺等目視檢測方法對腐蝕區(qū)域損傷狀況進(jìn)行觀察和評估。確定腐蝕程度、是否存在裂紋以及是否徹底消除裂紋，采用渦流、超聲波、磁粉、滲透等對腐蝕區(qū)域的損傷狀況進(jìn)行檢測和評估。腐蝕深度在修理手冊允許損傷范圍以內(nèi)，允許不加強(qiáng)，不換件;查看飛機(jī)的腐蝕狀況后，根據(jù)腐蝕的特征，分析腐蝕原因，并結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計研究改進(jìn)的方式。

4.3 腐蝕部位的處理? 用機(jī)械法或化學(xué)法去除腐蝕產(chǎn)物，機(jī)械法通常適用于中等到嚴(yán)重腐蝕損傷，特別是大厚度的蒙皮或橫截面積比較大的受損部位。打磨、除銹，出現(xiàn)腐蝕開裂的部位應(yīng)合理制定修補(bǔ)加強(qiáng)方案。

4.4 恢復(fù)原有表面涂鍍層? 在完成上述處理步驟之后，對打磨處理的部位進(jìn)行防腐蝕控制，鋁合金零件采用在修理部位涂阿洛丁氧化液保護(hù)，再涂環(huán)氧鋅黃底漆和面漆。必要時在腐蝕缺損部位涂密封膠填充，重新噴涂底漆和面漆，以恢復(fù)其原有表面處理層。

4.5 加強(qiáng)潤滑? 潤滑油脂能有效地防止或減緩功能接頭和摩擦表面等活動部位的腐蝕。在外場腐蝕防護(hù)中，要定期檢查活動接頭、摩擦表面、軸承和操縱鋼索等的潤滑油脂是否充分。特別是沖洗清潔后，要特別注意這些部位的再潤滑問題。

5? 結(jié)束語

飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)是一個系統(tǒng)工程，貫穿設(shè)計、制造、使用和維護(hù)的全過程，需要設(shè)計、制造、使用、維護(hù)等部門密切配合、通力合作。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和選材需求，進(jìn)行新材料、新工藝研制，提高表面防護(hù)技術(shù)水平，與制造部門、飛機(jī)使用和維護(hù)部門共同研究，使飛機(jī)能適應(yīng)不同環(huán)境的需要，提高整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性和防腐蝕能力，是實現(xiàn)飛機(jī)長壽命、高可靠性、低維修成本的重要保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]王寶忠.飛機(jī)設(shè)計手冊[M].第10冊.北京：航空工業(yè)出版社，2000，10.

[2]汪定江，潘慶軍.軍用飛機(jī)的腐蝕與防護(hù)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2006，5.

[3]劉文珽，賀小帆.飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕（老化）控制與日歷延壽技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010，11.