第6章-航空器的腐蚀与控制

第13章机电装备的腐蚀与控制

13.1航空器的腐蚀与控制

一、航空器结构特点二、航空器腐蚀环境及特点三、航空器的腐蚀类型、部位及级别四、飞机机体结构的腐蚀与控制五、飞机机翼整体油箱的腐蚀与控制六、飞机起落架的腐蚀与控制七、发动机结构的腐蚀与控制一、航空器结构特点1.1航空器种类：飞行器：航空器、航天器、火箭、导弹、鱼雷等。

1.2飞机的典型结构大多数飞机都是由机身、机翼、尾翼、起落装置和动力装置等五个主要部分组成的。法国“阵风”战斗机的主要组成

大型飞机机身还可分为机头、前机身、机身中段、后机身、机身尾段。

1.3发动机的典型结构航空发动机类型：活塞式发动机、火箭式发动机和空气喷气发动机。空气喷气发动机又分为冲压式喷气发动机和燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机主要包括涡轮喷气、涡轮风扇、涡轮螺旋桨、涡轮轴等发动机。涡轮喷气发动机示意图1-进气道；2-压气机；3-燃烧室；4-涡轮；5-尾喷管1.3发动机的典型结构涡轮风扇发动机示意图1-进气道；2-压气机；3-燃烧室；4-涡轮；5-风扇；6-尾喷管1.3发动机的典型结构压气机转子叶片的几种安装方法1.4航空器结构与受载特点

结构特点：（1）设计安全系数小，结构大都承受很大载荷。由此易促进应力作用下腐蚀破坏的发生。安全系数：锅炉—8～10；飞机结构—1.5（2）比强度高材料的普遍应用，使耐蚀性能降低。飞机绝大部分结构材料选用比强度高的铝合金、钛合金、镁合金、超高强度钢等，这些材料要么耐蚀性低，要么对应力作用下的腐蚀敏感。（3）飞机大部分为薄壁结构，面积大、厚度小，轻微腐蚀便对结构强度有很大的影响。1.4航空器结构与受载特点

结构特点：（4）为充分利用各种材料的性能，飞机使用的材料品种多，异类金属材料接触易因电偶作用而产生电偶加速腐蚀。（5）为求结构的“轻、强、刚”组合，并充分利用有限空间，飞机构造比较复杂，内部不开敞，通风不良，易引起水分积聚，促进腐蚀。1.4航空器结构与受载特点

受载特点：分类受载情况飞行载荷平衡机动，俯仰机动，对称垂直突风，鸟撞滚转机动，不对称垂直突风，偏航机动，发动机失效偏航，横向突风，发动机扭矩，发动机侧向、陀螺力矩，增压舱着陆载荷水平最大垂直，水平最大起转，水平最大回弹，尾沉着陆，单轮着陆，侧向载荷，回跳着陆，应急着陆地面操作载荷飞滑跑，滑行刹车，倒行刹车，转弯，侧偏，回转，牵引，千斤顶水载荷着水，起飞二、航空器腐蚀环境及特点2.1航空器腐蚀环境特点（1）复杂的气候条件：经受风吹、日晒、雨淋、雪打和夜露等外部环境的作用。热带、亚热带、温带，气候普遍潮湿。（2）苛刻的大气环境：工业区上空聚集有大量的腐蚀性物质，如SO2、H2S、Cl2、HCl、NO2、NH3、CO、CO2等，NaCl、CaCO3、氧化物等，雨水和露水的酸度值（pH）可达4.0（酸雨），较农村大气环境（pH≈6.5）腐蚀性增加。海洋上空及沿海地区上空聚集有含盐分蒸汽。雨水中飞行遭受雨水的冲刷侵蚀。2.1航空器腐蚀环境特点（3）较大的温差变化：

从地面到高空，温度可从40℃剧降到-50℃（一万米高空）；机场停放时，日夜温差很大。使潮气在飞机内外表面凝结水膜，内部积聚水分。（4）局部高温环境：

发动机燃烧室、涡轮盘、导向叶片（高于900℃），超音速飞行气流加热，当马赫数为3时，机体表面温度达300℃，马赫数为5时，达900℃。靠近发动机部位以及军用飞机炮舱部位的机体结构工况温度高。

（5）其它特殊的腐蚀因素：1）特种飞机：水上飞机、舰载飞机和直升飞机，与海水经常接触；2）民用客机：厨房、厕所等环境湿度大，生活水、污水腐蚀；空运牲畜和海鲜产品造成飞机货舱较强的腐蚀环境；3）飞机在起降过程中，地面上卷起的含盐、碱沙土，冲刷和加速起落架及机体的腐蚀；4）飞机上仪表中水银（Hg）、零部件上的低熔点金属材料等则可能引起飞机零、部件液态金属腐蚀或低熔点金属致脆破坏；5）飞机零、部件加工中接触切削液、除油剂、酸洗液、电镀液、清洗剂、手汗等，均会导致腐蚀产生，尤其是高强度钢和钛合金等零构件，在这些腐蚀过程中还会因基体吸氢而构成氢脆隐患。6）除冰液等也会造成飞机结构的腐蚀。

2.2航空器腐蚀环境类型（1）类型：按涉及的范围大小将航空器的腐蚀环境分为三种类型：1）总体环境：整机所处的外部大环境，多为自然环境；2）局部环境：航空器不同部位、不同部件、不同组合件所处的特殊工况条件环境；3）细节环境（或具体环境）：影响仅涉及结构细节设计范围或某个零部件的具体部位所承受的腐蚀环境条件，如接头、接触面等。

细节环境常常直接影响航空器结构的腐蚀行为，而总体环境、局部环境对细节环境则有重要影响。航空器的零部件在加工过程中，也会引入腐蚀破坏隐患。（2）总体环境：大气湿度、降雨量、风、雾、雪、凝露、温度、盐分、工业污染量、灰尘、太阳辐射等。

1）大气湿度与雨量：海口、广州、台北等地年降雨量可达1600～2000mm，平均相对湿度也高达82～85%；呼和浩特、拉萨、兰州、西宁、银川等地年降雨量只有330～450mm，平均相对湿度均在60%以下，拉萨则低到45%。

大气相对湿度随高度增加而降低，如地面处最高相对湿度达95%，而6000m高空处的最高相对湿度降低到66%以下。在我国长沙市以南的南方各个机场，几乎全年的平均相对湿度多在80%以上。（2）总体环境：2）大气温度：

3）大气含盐量及污染状况：

地区福建湖南湖北宜昌南京上海重庆雨水pH值4.15～7.334.0～5.63.62～8.613.2左右5.6左右3.96～4.18酸雨频率/%8975～8547～4941～4630～4093～100一般海洋大气含盐量为月平均值0.11～0.74mg/m3。（3）航空器的典型局部环境1）飞机舱内局部环境2）航空发动机环境特征截面压气机进口压气机出口涡轮进口涡轮出口加力扩散器出口加力筒体出口喷口出口Pt(MPa)最大0.10130.90150.81130.2492/0.22960.2296全加力/0.24820.2216Tt(K)最大28861012881006100610061006全加力18501850C(m/s)最大208216201289//574全加力//780涡喷7乙型发动机气流参数沿流程变化（4）航空器的典型细节环境

（1）缝隙普遍存在（2）异类金属接触不可避免（3）其它环境：蓄电池逸出的腐蚀性化学介质。许多零部件承受着大小不一的应力（外加或残余）

（5）航空器制造过程中的典型工作环境

（1）板金成型用润滑剂、机械加工用切削液；（2）焊接助剂及焊接气氛；（3）热处理加热过程中的炉内介质、冷却介质；（4）表面处理过程中的除油、酸洗、电镀、化学镀、钝化、除氢等工艺过程用介质；（5）质量检验所用探伤技术的介质，如超声探伤用的耦合剂、渗透探伤用的渗透液等；（6）工作人员接触零部件时留下的手汗；（7）零部件及整机用清洗剂；（8）零部件接触到的低熔点金属污染物质等。

三、航空器的腐蚀类型、部位及级别3.1飞机的腐蚀类型和常见部位（1）常见腐蚀类型①全面腐蚀；②缝隙腐蚀与丝状腐蚀；③异类金属或金属与碳纤维复合材料间的电偶腐蚀；④点蚀；⑤晶间腐蚀与剥蚀；⑥冲蚀与微动腐蚀；⑦应力腐蚀、氢脆与腐蚀疲劳；⑧氧化；⑨微生物腐蚀；⑩非金属材料的老化、鼓疱、剥离等。（2）飞机结构常见腐蚀部位①蒙皮接缝、紧固件连接处、铆钉孔；②起落架；③蓄电池区；④折叠、襟翼和铰链的凹槽处；⑤整体油箱；⑥旅客机的厕所、厨房、座椅轨道、货舱等；⑦其它易积水区域等；⑧发动机排气影响区、战斗机的火箭和机枪的射击爆发区等。3.2发动机的腐蚀类型和常见部位（1）发动机构件的常见腐蚀类型①异类金属间的电偶腐蚀；②晶间腐蚀与剥蚀；③点蚀；④应力腐蚀；⑤腐蚀疲劳；⑥冲蚀；⑦高温氧化和热腐蚀；⑧微动腐蚀；⑨低熔点金属致脆等。（2）发动机结构常见腐蚀部位①风扇和压气机叶片；②燃烧室；③导向和涡轮叶片；④发动机包皮等。3.3航空器的腐蚀级别按照飞机结构腐蚀的严重性和对承运人机队持续适航性的潜在影响，通常将飞机的腐蚀分为以下三个级别。（1）一级腐蚀：

是指在两次检查之间发生的、局部的损伤，这些损伤在制造厂规定的允许限度内，可以按照制造厂提供的结构修理手册（SRM）、服务通告等修复或去除腐蚀。3.3航空器的腐蚀级别（2）二级腐蚀：

是指在两次检查之间发生的超出局部的损伤，它超出制造厂允许的修复或去除腐蚀限度，要求特殊修复或完全/部分更换主要结构元件（按制造厂的规定）。（3）三级腐蚀：

是指在初次或后续检查中发现的大范围的损伤，由承运人判定为需要迅速行动的潜在适航问题。由于三级腐蚀级别最高，且和结构设计有关，因此需要制造厂参与判定。同时需要对整个机型采取紧急的特别措施（如颁发适航指令等）。四、飞机机体结构的腐蚀与控制

4.1飞机机体结构的腐蚀

飞机部位腐蚀类型腐蚀产生的原因1．外机身（1）铝合金蒙皮（2）门、检查口盖（3）蒙皮上铆钉孔铆钉或焊点处出现点蚀及丝状腐蚀等缝隙腐蚀、晶间腐蚀和剥蚀等微动腐蚀与应力腐蚀埋头窝处的蒙皮与铆钉头之间存在缝隙，蒙皮与长桁胶接点焊处存在缺陷或缝隙，表面油漆剥落门的梁、框架、加强接头和板结构间存在缝隙，人为因素、维修等引起检查口盖处保护层损伤等缝内吸水，铆钉与孔壁及孔口表面间存在微动作用2．机头（1）机头雷达罩（2）前起落架舱（3）风挡框（4）电池组及通风区（5）隔框（6）热交换器门（7）控制电缆钢紧固件与铝合金结构间的电偶腐蚀，铝合金晶间腐蚀同上晶间腐蚀、剥蚀电化学腐蚀表面及晶间腐蚀晶间腐蚀及剥蚀表面磨耗及老化水分及使用引起的油漆剥落舱门驱动、使用引起油漆剥落和跑道污染空气及赃物侵蚀的联合作用因密封材料失效而使水分进入电池失效缝隙渗入水分、维修等引起油漆损伤水分渗入化学作用3．前机身（1）大梁、框、桁条（2）地板、盥洗间、厨房区域（3）军机炸弹舱表面及晶间腐蚀表面腐蚀、剥蚀铝合金结构与钢紧固件的电偶腐蚀水分进入绝缘物中使用引起油漆脱落，污水与马桶除臭液浸渍舱门开关与装卸引起的油漆脱落4．中机身（1）机翼中央段与机身连接角铁及上板条（2）地板结构（3）机身与机翼的“环”接头（4）民机座椅轨道表面腐蚀、晶间腐蚀及钢紧固件与铝结构电偶腐蚀表面腐蚀、剥蚀应力腐蚀表面腐蚀与磨蚀机翼弯曲及机身增压引起的油漆层破坏，封闭空舱内易于积留潮气和雨水使用引起的油漆故障机翼弯曲及水分渗入污物、灰尘、凝结水分及磨损的联合作用5．后机身（1）登机梯及舱区（2）地板结构（3）厕所区域（4）货舱侧壁及地板（5）承压隔框表面及晶间腐蚀表面腐蚀、剥蚀表面腐蚀、剥蚀表面腐蚀、剥蚀应力腐蚀、腐蚀疲劳使用引起的保护层损伤使用引起的油漆故障使用引起油漆层破坏，污物、污水、除臭剂等溅泼使用引起的油漆故障，污物、海鲜、蔬菜等释放的水分与盐分等搭接头与加强条的紧固件受外力和积水的联合作用6．尾翼（1）铝合金板、梁缘条及腹板结构（2）操纵面及调整片（3）雷达罩销子（4）方向舵上的扭管接件及下肋条晶间及应力腐蚀开裂内外蒙皮的剥蚀及表面腐蚀钢紧固件与铝结构间的电偶腐蚀，铝结构晶间腐蚀表面腐蚀、剥蚀，钢紧固件与铝结构间的电偶腐蚀飞行中机身弯曲和振动引起的油漆及密封材料故障，应力因素与积留的潮气或雨水的联合作用吸潮，飞行中弯曲和振动引起的油漆及密封材料故障使用引起的油漆层故障吸潮，飞行中弯曲和振动引起的油漆及密封材料故障7．机翼（1）前、后梁缘条及腹板装配件，上下壁板（2）整流包皮舱门螺帽孔（3）检查门凸起部（4）系统设备接头（5）襟翼舱壁板、机翼后缘（6）机翼上、下翼面蒙皮外表面晶间腐蚀、剥蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳晶间腐蚀，钢紧固件与铝结构电偶腐蚀表面腐蚀、晶间及应力腐蚀表面腐蚀、剥蚀及钢接头与铝结构间的电偶腐蚀表面腐蚀、蒙皮剥蚀丝状腐蚀缝隙积水，保护层损伤，机身弯曲和振动应力吸潮，机身弯曲和振动引起的油漆故障维修引起的油漆层故障吸潮吸潮，飞行中机身弯曲和振动引起的油漆及密封材料故障表面油漆局部剥落8．短舱（内外侧）（1）主起落架舱（2）短舱接头（3）齿轮箱（4）下部大梁钢紧固件与铝结构间电偶腐蚀及铝合金晶间腐蚀晶间腐蚀表面腐蚀与晶间腐蚀铝挤压件与不锈钢腹板之间电偶腐蚀，铝结构晶间腐蚀舱门驱动引起油漆层损伤振动引起的油漆损伤吸潮吸潮4.2飞机结构的腐蚀控制

防腐蚀设计主要包括：（1）防腐蚀结构设计；（2）异类金属接触相容性设计；（3）应力作用下腐蚀的控制设计；（4）耐蚀材料的恰当选用；（5）防护涂层的合理选择；（6）加工过程的精心控制1）防腐蚀结构设计①进行结构密封；②安排合适的通风结构；③防止水分阻流停滞；④设计导流槽和必要的排水孔；⑤喷洒憎水防锈缓蚀剂；⑥安排好各个部位材料选择和保护体系的选用。

2）异类金属接触相容性设计一般认为电位差不大于0.25V

阳极电位由低到高阴极Ⅰ镁及镁合金Ⅱ镉、锌、铝及其合金Ⅲ铁、钢（不包括不锈钢）、铅、锡及其合金Ⅳ铜、黄铜、青铜、铜-铍、铜-镍、银、金、铬、镍和镍基合金、钴基合金、不锈钢、石墨、钛及钛合金金属材料的电化学腐蚀分类波音767飞机腐蚀的涂层防护五、飞机机翼整体油箱的腐蚀与控制

1、典型腐蚀类型：机翼整体油箱段的内表面通常有较好的密封保护层，发生电化学的可能性较小，长期停放在高温高湿度地区的飞机，微生物腐蚀成为威胁铝合金整体油箱安全可靠性的重要隐患。2、微生物腐蚀控制方法（1）改善局部环境1）排水：①控制燃油的含水量＜3ppm以下；②实行定期排水制度；③采用自动排水系统；④使用密封胶充填油箱的低洼区。2）使用杀菌剂：在燃油储罐或直接在飞机燃油箱中加入杀菌剂。

2、微生物腐蚀控制方法（2）提高油箱自身的耐蚀性：采用阳极化处理、涂料、密封剂、耐蚀材料（如钛合金）。整体油箱典型结构防腐-密封保护工艺成形示意图密封涂层；2.聚硫密封剂层；3.粘接底层；4.防腐底漆六、飞机起落架的腐蚀与控制

6.1腐蚀类型全面性的表面电化学腐蚀、点蚀、电偶腐蚀、磨蚀、微动腐蚀、应力腐蚀、氢脆、腐蚀疲劳等，尤其是应力作用下的腐蚀危害性极大，曾经引起多起重大事故。充气咀腐蚀疲劳破坏6.2腐蚀控制措施1）严格控制材质，降低起落架所用材料的应力腐蚀、氢脆和腐蚀疲劳敏感性；2）精心设计细节，避免应力集中；3）使用精密铸造，提高韧性；4）限制机加工的进刀量，降低表面残余拉伸应力；5）采用消除残余张应力的处理措施；6）进行表面喷丸形变强化处理，施加表面残余压应力；7）进行低氢脆表面处理，如电镀Cd-Ti；8）采用高抗腐蚀的聚氨酯漆体系；9）使用中定期认真检查和精心维护保养；10）返修中必须使用经证实对起落架无不利影响的工艺和方法。4340钢4340钢4340钢4340钢300M钢方案更动次数材料与工艺曾发生的腐蚀问题材料电镀油漆原设计=1784～1920MPa无外表面：环氧底漆+聚氨酯面漆；内表面涂防锈油多次应力腐蚀事故第一次变动=1784～1920MPa外表面真空镀镉同上内表面腐蚀和应力腐蚀第二次变动=1784～1920MPa外表面氰化镀Cd-Ti，内表面镀硬铬表面涂硝化纤维底漆+丙烯酸硝化纤维面漆电镀过程引起氢脆，外筒损坏第三次变动=1784～1920MPa停止电镀同上应力腐蚀第四次变动=1920～2060MPa外表面镀Cd-Ti，内表面镀硬铬同上无C-141A主起落架外筒控制腐蚀情况七、航空发动机的腐蚀与控制

7.1航空发动机的腐蚀

类型：电化学腐蚀；高温氧化、热腐蚀、冲蚀、低熔点金属致脆、微动腐蚀、腐蚀疲劳、应力腐蚀、碳腐蚀，钛合金零部件的高温燃烧等。7.2航空发动机的腐蚀控制方法

（1）改进设计外；（2）尘埃分离技术；（3）清洗技术；（4）除湿技术；（5）发展新材料；（6）表面工程技术等。发动机用材料的发展趋势

大型涡扇发动机零部件用表面处理技术(仅画出发动机的半剖面)

发展年代防护层种类工艺方法二十世纪40～50年代第一代防护层简单扩散型：铝化物，Al-Si,Al-Cr粉末包埋、气相扩散沉积、浆料法，电镀、化学镀、电泳+热扩散渗二十世纪60年代第二代防护层改性扩散层：镀铂、铑、钯等扩散障改进简单扩散型涂层气相扩散沉积、浆料法，电镀、化学镀、电泳+热扩散渗二十世纪60年代末～70年代第三代防护层包覆型MCrAlY涂层EB-PVD、等离子喷涂、溅射沉积、离子镀二十世纪70年代～现在第四代防护层热障涂层EB-PVD、等离子喷涂、离子镀、溅射沉积