实验室加速腐蚀环境中A286口盖锁的腐蚀行为

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(中国特种飞行器研究所 结构腐蚀防护与控制航空科技重点实验室，荆门 448035)

实验室加速腐蚀环境中A286口盖锁的腐蚀行为

赵连红,刘元海,王浩伟

(中国特种飞行器研究所 结构腐蚀防护与控制航空科技重点实验室，荆门 448035)

对安装与未安装两种形式口盖锁进行了实验室加速腐蚀试验，通过蚀坑深度和力矩差(松脱力矩与拧紧力矩的差值)研究了A286口盖锁的腐蚀行为，分析了装配过程及装配应力对口盖锁腐蚀行为的影响。结果表明：安装口盖锁的腐蚀程度明显高于未安装口盖锁的；未安装口盖锁的主要腐蚀形式是接触腐蚀，而安装类口盖锁的主要腐蚀形式是接触腐蚀和应力腐蚀；应力腐蚀对口盖锁腐蚀的影响比接触腐蚀的更大。

A286口盖锁；装配形式；应力腐蚀；接触腐蚀

口盖锁作为飞机结构常用的紧固件之一，在飞机维修口盖结构中使用非常多，如发动机舱口、助力器舱口盖等。口盖锁可用来快速打开或关闭维修口盖，缩短飞机舱口盖的打开和可靠关闭的时间，主要方便飞机的维护、提高飞机维修速率。飞机长期在海洋环境中服役，口盖锁长期面临高盐雾、高湿热等严酷的海洋环境，易发生腐蚀，其腐蚀破坏会直接影响飞机的维修、安全和寿命[1]。同时安装和拆卸过程对口盖锁的腐蚀也有影响[1]。郁春娟[2]已经开展了紧固件腐蚀行为方面的研究，而关于口盖锁在实验室加速腐蚀环境中的腐蚀行为尚未见报道。本工作对口盖锁进行了实验室加速腐蚀试验，讨论了安装和未安装两种形式的口盖锁在实验室加速腐蚀环境中的腐蚀特点，为海洋环境中飞机口盖锁的选型和腐蚀防护提供依据。

1 试验

1.1 试样

试验件采用的A286口盖锁，主要由螺栓组件、衬套、止动圈、下锁体(螺母、支座、托板)四个部分组成，口盖锁的材料和表面处理情况见表1。试验件分为未安装和安装两种形式，见图1，分别称未安装口盖锁和安装口盖锁。其中，安装口盖锁的板材为T300碳纤维复合材料，板材表面采用H06锌黄底漆和H04-2白色面漆。

1.2 试验环境

利用某海域数据编制合金钢口盖锁的加速环境谱[3-4]，环境谱的加速时间是通过当量折算法将基本环境数据转化得到，其中口盖锁的每个加速循环为504 h，加速试验环境谱见图2所示。

表1 A286口盖锁材料和表面处理工艺Tab. 1 Materials and surface treatments of flap lock

(a) 安装口盖锁

(b) 未安装口盖锁图1 未安装与安装形式的口盖锁试验件Fig. 1 Installed and uninstalled flap lock test pieces

1.3 试验方法

按照如图2所示的加速试验环境谱，对未安装口盖锁与安装口盖锁进行实验室加速腐蚀试验，试验周期为3个循环。对于安装口盖锁，在每个循环试验开始前，拧紧口盖锁直至拧紧力矩为5.8 N·m，每个循环试验结束后，拧松口盖锁并检测口盖锁的松脱力矩和蚀坑深度；对于未安装口盖锁，在每个循环试验开始之前，需将口盖锁拧紧至螺栓螺纹外漏2个螺纹处，用力矩扳手测出拧紧力矩，每个循环试验结束后，拧松口盖锁并测试松脱力矩和蚀坑深度。每个循环的松脱力矩与拧紧力矩的差值称为力矩差，力矩差可反应每个循环试验后口盖锁螺栓螺纹的腐蚀程度。采用KH-7700三位体式显微镜，在口盖锁螺栓光面部位进行蚀坑深度检测，检测按照GB/T 18590-2001《金属和合金的腐蚀 点蚀评定方法》所述的点蚀坑深度变焦显微测试法进行，检测时应尽量多地采集蚀坑深度数据，使检测的蚀坑数据能够体现每个试验循环后安装口盖锁和未安装口盖锁螺栓表面的整体腐蚀情况。

图2 加速试验环境谱Fig. 2 Accelerated environment spectra

2 结果与讨论

2.1 试验数据处理

未安装和安装口盖锁经1个循环的实验室加速腐蚀试验后，两种口盖锁表面都出现轻微的锈蚀，有少量的铁锈覆盖在口盖锁的下所体表面，除去腐蚀产物后，腐蚀不明显，口盖锁的螺栓并未出现明显腐蚀。两种形式口盖锁的腐蚀程度大体一致。随着加速腐蚀试验的继续，在第2个循环与第3个循环中，未安装口盖锁的腐蚀速率相对缓慢，而安装口盖锁的腐蚀速率相对较快。经第1、第2和第3个循环试验后两种形式口盖锁的蚀坑深度、松脱力矩见表2～4。其中试验件编号KGS表示未安装口盖锁，KGSAZ表示安装口盖锁。

根据文献[5-6]可知，蚀坑深度等腐蚀特征量应满足对数正态分布。因此，根据3个循环试验后未安装口盖锁和安装口盖锁蚀坑深度的测试数据，采用Shapiro-Wilk法对其进行分析，以验证这些测试数据是否满足对数正态分布。

由图3可见：根据第1个循环试验后未安装口盖锁的蚀坑深度，计算得到P值为0.316 39，方差σA为0.175，均值为1.272 229；根据第2个循环试验后未安装口盖锁的蚀坑深度，计算得到P值为0.072 99，方差σA为0.123，均值为2.236 388；根据第3个循环试验后未安装口盖锁的蚀坑深度，计算得到P值为0.063 39，方差σA为0.131，均值为2.483 287。分析结果表明，根据3个循环试验后未安装口盖锁的蚀坑深度计算得到的P值均大于0.05，因此在显著度水平0.05情况下满足对数正态分布，未安装口盖锁的蚀坑数据合理有效。

表2 第1个循环试验后未安装和安装口盖锁的腐蚀情况Tab. 2 Corrosion situation of installed and uninstalled flap locks after the first cycle of test

由图4可见：根据第1个循环试验后安装的蚀坑深度，计算得到P值为0.514 26，方差σA为0.17，均值为1.359 597；根据第2个循环试验后安装口盖锁的蚀坑深度，计算得到P值为0.108 62，方差σA为0.12，均值为2.392 688；根据第3个循环试验后安装口盖锁的蚀坑深度，计算得到P值为0.220 29，方差σA为0.14，均值为2.541 59。分析结果表明，根据3个循环后安装口盖锁的蚀坑数据计算得到的P值均大于0.05，因此在显著度水平0.05情况下满足对数正态分布，安装口盖锁的蚀坑数据合理有效。

2.2 试验结果分析

未安装和安装口盖锁的蚀坑深度均符合对数正态分布要求。对未安装和安装口盖锁每个循环试验后的蚀坑深度、力矩差取平均值，结果见表4。由表4可知，蚀坑深度和力矩差满足王慧等[7]提出的金属表面腐蚀损伤与时间的函数关系。未安装与安装口盖锁经3个循环试验后的腐蚀趋势见图5和图6。

表3 第2个循环试验后未安装和安装口盖锁的腐蚀情况Tab. 3 Corrosion situation of installed and uninstalled flap locks after the second cycle of test

表4 第3个循环试验后未安装和安装口盖锁的腐蚀情况Tab. 4 Corrosion situation of installed and uninstalled flap locks after the third cycle of test

(a) 第1个循环(b) 第2个循环(c) 第3个循环图3 第1，第2，第3个循环试验后未安装口盖锁蚀坑深度的对数值-频数直方图Fig. 3 Logarithm-frequency histogram of pit depth for uninstalled flap lock after the first (a), the second (b) and the third (c) cycles of test

(a) 第1个循环(b) 第2个循环(c) 第3个循环图4 第1，第2，第3个循环试验后安装口盖锁蚀坑深度对数值-频数直方图Fig. 4 Logarithm-frequency histogram of pit depth for installed flap lock after the first (a), the second (b) and the third (c) cycles of test

试验件平均蚀坑深度/μm平均力矩差/(N·m)第1个循环第2个循环第3个循环第1个循环第2个循环第3个循环未安装口盖锁20.2179.1318.50.260.480.74安装口盖锁24.7196.2379.50.041.221.94

两种口盖锁的平均蚀坑深度呈线性增加，口盖锁的平均蚀坑深度反应了其在3个循环试验中的腐蚀速率。与安装口盖锁3个循环试验的腐蚀情况相一致,在第1个循环试验中，未安装口盖锁未出现明显的腐蚀，口盖锁螺栓的表面处理阻止腐蚀环境对口盖锁基体的腐蚀；在第2个循环试验中，螺栓表面出现了锈蚀，口盖锁螺栓表面镀镉层在腐蚀环境中发生腐蚀破坏，使口盖锁螺栓基体暴露在腐蚀环境中，从而出现锈蚀；在第3个循环试验中，口盖锁有大量锈蚀，铁锈覆盖于口盖锁螺栓表面，阻止口盖锁螺栓基体与腐蚀环境直接接触，表现为螺栓表面铁锈增多，腐蚀速率基本不变。安装口盖锁在3个循环试验中的腐蚀速率大于未安装口盖锁的。在第1个循环试验中，安装口盖锁无明显腐蚀，与未安装口盖锁腐蚀一致，口盖锁螺栓表面处理阻止了腐蚀环境和装配应力对基体的腐蚀；在第2个循环试验中，口盖锁螺栓表面出现锈蚀，蚀坑深度明显变大，腐蚀程度比未安装口盖锁的严重，拆卸磨损和腐蚀环境两个因素破坏表面处理，导致口盖锁表面处理层过早破坏，增加了螺栓基体与腐蚀环境接触的机会，在腐蚀环境和装配应力共同作用下加速了腐蚀；在第3个循环试验中，口盖锁螺栓表面严重锈蚀，腐蚀产物呈褐色，腐蚀程度远高于未安装口盖锁的，在安装和卸载过程中磨损破坏口盖锁螺栓表面形成的铁锈，增加螺栓基体与腐蚀环境接触的机会，同时装配应力导致应力腐蚀加大了腐蚀速率，表现在3个循环结束后，安装类口盖锁腐蚀程度更加严重。

图5 平均蚀坑深度在3个循环试验中的趋势Fig. 5 Tendency of average pit depth in three cycles of test

图6 平均力矩差在3个循环试验中的趋势Fig. 6 Tendency of average torque difference in three cycles of test

图6为安装和未安装口盖锁的平均力矩差在3个循环试验中的趋势。从第1循环到第3循环，未安装和安装口盖锁的平均力矩差都是增大的，这与蚀坑深度趋势一致，而安装口盖锁的平均力矩差比未安装口盖锁的更大。其主要原因有以下三点：其一，安装口盖锁在安装和拆卸过程中受到了装配应力，破坏了表面处理层和表面腐蚀产物层，加大了口盖锁螺栓螺纹与腐蚀环境的接触机会，从而腐蚀更加严重；其二，安装口盖锁表面处理层破坏后，安装口盖锁在装配应力作用下产生了应力腐蚀，所以安装口盖锁受到接触腐蚀和应力腐蚀双重作用，与只受接触腐蚀的未安装口盖锁相比，其腐蚀更快；其三，比较两种形式的口盖锁的力矩差可知，应力腐蚀对安装口盖锁腐蚀的影响比接触腐蚀更大。在表面处理层被破坏之前口盖锁主要受环境接触腐蚀，表面处理层被破坏之后，受到环境接触腐蚀和应力腐蚀双重作用，且应力腐蚀占主导地位。安装和未安装口盖锁经3个循环试验后的宏观和微观腐蚀形貌见图7和图8。

综上所述，未安装口盖锁的腐蚀主要是接触腐蚀，腐蚀速率相对平缓；安装口盖锁受到应力腐蚀和接触腐蚀双重作用，应力腐蚀的影响高于接触腐蚀的。

(a) 未安装口盖锁

(b) 安装类口盖锁图7 经3个循环试验后未安装与安装口盖锁的宏观腐蚀形貌Fig. 7 Macrographs of installed flap locks (a) and uninstalled flap locks (b) after corrosion in 3 cycles of test

(a) 未安装口盖锁

(b) 安装类口盖锁图8 经3个循环试验后未安装与安装口盖锁的微观腐蚀形貌Fig. 8 Micro morphology of installed flap locks (a) and uninstalled flap locks (b) after corrosion in 3 cycles of test

3 结论

(1) 采用蚀坑深度、力矩差2个腐蚀特征量描述口盖锁的腐蚀程度，准确合理地反映未安装和安装口盖锁的腐蚀特点。

(2) 在同一腐蚀环境中，安装口盖锁受到应力腐蚀和接触腐蚀，未安装口盖锁的腐蚀是接触腐蚀，安装类盖锁的腐蚀更加严重。

(3) 在腐蚀环境中，应力腐蚀对安装口盖锁腐蚀的影响比接触腐蚀更大，因此在飞机口盖锁选型中必须考虑装配应力。

[1] 杨文芳. 浅谈飞机口盖锁的选用[J]. 航空标准化与质量,2011,12(3)：45-50.

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[3] 刘成臣，王浩伟，杨晓华. 不同材料在海洋大气环境下的加速环境谱研究[J]. 装备环境工程,2013,7(2):18-24.

[4] 刘成臣，王浩伟，鲁国富. 2A12铝合金当量加速腐蚀试验[J]. 腐蚀与防护,2014,35(5):458-461.

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[7] 王慧,吕国志,王乐,等. 金属表面腐蚀损伤演化过程的元胞自动机模拟[J]. 航空学报,2008,29(6):1490-1496.

CorrosionBehaviorofA286FlapLockinAcceleratedCorrosiveEnvironmentinLaboratory

ZHAO Lianhong, LIU Yuanhai, WANG Haowei

(Key Laboratory of Aviation Science and Technology for Structure Corrosion Protection and Control, China Special Vehicle Research Institute, Jingmen 448035, China)

To study the corrosion behavior of A286 flap lock, accelerated environment corrosion tests for installed flap lock and uninstalled flap lock were carried out in laboratory. Corrosion behavior of A286 flap lock was analyzed through pit depth and torque difference between loosening and tightening. And the influences of assembly process and assembly stress on the corrosion behavior of flap lock were studied. The results show that the corrosion of installed flap lock was more serious than that of the uninstalled flap lock. The main corrosion form of uninstalled flap lock was contact corrosion, while the main corrosion forms of installed flap lock were contact corrosion and stress corrosion. Stress corrosion had greater influence on corrosion behavior of flap lock than contact corrosion.

A286 flap lock; installation form; stress corrosion; contact corrosion

10.11973/fsyfh-201712008

TG172

A

1005-748X(2017)12-0938-05

2016-04-17

赵连红(1988-)，工程师，硕士，从事腐蚀环境航空航天材料损伤行为研究,18120388818,zhaolianhongmail@163.com