浅谈飞机结构的腐蚀防护与腐蚀疲劳研究的发展趋势

杨志锋

摘 要：腐蚀是大部分金属构件面对的首要威胁，在飞机等大型机械中，金属结构应用普遍，针对腐蚀的防护作业也因此成为相关工作的重点内容。基于此，本文以现有研究资料和文献为基础，分别对飞机结构的腐蚀防护、飞机结构的腐蚀疲劳展开论述，介绍国内外常见技术，并在技术基础上分析研究的发展趋势，为后续具体工作的开展提供参考。

关键词：飞机结构；腐蚀防护；腐蚀疲劳；微观断裂

前言：飞机结构面临的腐蚀破坏形式较多，在不同的条件下，金属腐蚀的原因是各不相同的，而且影响因素也非常复杂，腐蚀防护工作需要结合实际需要开展。腐蚀疲劳多指断裂性破坏，当金属受到酸碱的腐蚀，一些部位的应力就比其他部位高得多，加速裂缝的形成，这一破坏效应被称为“腐蚀疲劳”，腐蚀防护和腐蚀疲劳研究为各国广泛重视。

1.飞机结构的腐蚀防护

1.1西方国家飞机结构的腐蚀防护

西方国家的飞机制造工业较我国起步早，其总体技术也比较发达，20世纪70年代，美国空军系统进行了缓蚀剂的实验和应用研究，美国空军航空材料实验室用电化学方法以及全浸腐蚀试验方法对飞机材料进行了分析，并考查了一些预防腐蚀或减缓腐蚀的化合物，主要成分包括硅酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、硼酸盐、硝酸盐等，上述材料能够降低裂缝破坏，提升合金金属的抗腐蚀能力。在此基础上，西方部分国家出具了一些技术规范，全面提升飞机结构性能，如美国的《飞机武器系统的清洗及腐蚀控制》的话，针对一些特殊器械也做出了说明。

1.2我国飞机结构的腐蚀防护

我国对飞机结构腐蚀防护的研究起步比较晚，但近年来也取得了一些进展，北京航空材料研究院在飞机表面水清洗剂和缓蚀剂等方面开展了大量的研究工作。其研究的核心方向是CPCs在飞机金属结构中的应用。技术人员在欧美发达国家研究的基础上，额外尝试了电化学筛选、半浸腐蚀试验和全浸试验等方法，对一些复合材料进行了研究，尤其重视常见金属（铝材、钢材以及其合金材料）的分析，并对腐蚀的原理和速度变化等规律进行了进一步的细化研究。从结果上看，北京航空材料研究院的大部分研究工作获取的进展有限，但在腐蚀防护用品种类、减缓腐蚀和预防腐蚀机理上有一定的成果。

1.3腐蚀防护研究发展趋势

无论我国还是西方国家，在腐蚀防护研究上都强调技术的通用性以及知识产权的保护，这导致各国之间的研究成果似乎难以实现共享，而且应用范围也不够广泛。如我国目前强调环境对飞机结构寿命影响规律、腐蚀环境下寿命预测方法、结构的腐蚀控制，西方国家则强调通过大量的实验进行论证。从技术的角度看，西方国家在研究工作中更占先机。其微观研究已经细化到材料比例的分类层面。我国的理论研究工作进展呈现“金字塔”规律，较为重视对现有理论的证明，之后对腐蚀破坏、防护以及腐蚀疲劳的综合性研究，具备较为明确的框架和方向，未来的研究深度和广度则需要进一步提升[1]。

2.飞机结构的腐蚀疲劳

2.1西方国家对腐蚀疲劳的研究

西方国家对腐蚀疲劳的研究同样早于我国，目前以美国和欧盟为首，其研究工作非常重视实验分析，但各国较为重视知识产权的保护，一般不会公开一些技术研究的核心理论。如北大西洋公约组织、瑞典宇航院、澳大利亚國防科技部和加拿大国防部等相关研究机构，均对铝材以及铝材合金材料进行过分析，其结果带有一定的相似性。而且各机构的模拟均以大量实验为基础，使核心结论带有较高的可信度。其研究结果可以归纳为三个方面，即腐蚀疲劳往往与负载变化有关；腐蚀疲劳可以改变负载变化；腐蚀疲劳产生后会出现疲劳和腐蚀的交替恶化。

2.2我国腐蚀疲劳的影响因素

我国对腐蚀疲劳的研究与西方国家类似，也比较重视通过实验进行分析。在西方国家研究的基础上，我国学者发现，腐蚀疲劳出现后，结构的腐蚀损伤加速了疲劳裂纹的形成，二者存在显著的正相关。同时我国学者对腐蚀疲劳的研究成果进行了总结性分析，认为腐蚀疲劳的出现不可避免，应强调对预腐蚀疲劳的分析和研究，尤其是点蚀和剥蚀所引起的腐蚀成核疲劳。不过受限于技术条件和材料制造水平，我国目前针对腐蚀疲劳的研究依然停留于课题阶段，未能实现进一步的深入，此外，后续研究也需要来自信息技术的支持[2]。

2.3腐蚀疲劳研究发展趋势

腐蚀疲劳的研究发展趋势呈现出两个基础特点，即精细化、范围化。所谓精细化，是指强调针对不同材料的特征进行研究，范围化则是指所有研究工作都应带有一定的广泛性和适应性，以免研究结果过于特异化或者形式化。西方国家的研究目前已经进入时间阶段，如美国科学家将铝合金材料随舰（舰载机材料）使用、暴晒，了解其性能和破坏态势，我国则重视分析环境与载荷综合作用的损伤数据和剩余强度，未来的研究工作也主要在此方向上进行。

综上，飞机结构的腐蚀防护直接决定飞机使用价值，目前我国和西方都进行了大量研究。西方研究重视应用缓蚀剂，且出具了一些带有框架性的文件作为实际工作的标准，我国在飞机腐蚀防护的研究中则强调减缓腐蚀或者预防腐蚀机理的研究，发展趋势上，各国都比较专项研究。腐蚀疲劳研究方面，西方重视实验分析，我国重视原理探索，该研究的未来发展则呈现出精细化、范围化特点。

参考文献：

[1]刘朝红，曹冠忠，彭海燕等.镁阳极与电子阳极对电热水器水箱的腐蚀防护效果评估[J].家电科技，2018（02）：42-46.

[2]夏伟，范晓莉，何建平等.石墨烯/环氧树脂复合涂层的γ射线辐照损伤及其腐蚀防护性能[J].无机材料学报，2018，33（01）：35-41.