飞机的腐蚀与防护

2018-11-29顾仁碗张宏志

科技与创新 2018年12期

顾仁碗，张宏志

（中国飞行试验研究院，陕西西安 710089）

1 概述

飞机腐蚀是不可避免的问题，长久以来因腐蚀问题引发的飞行事故屡屡发生，不仅直接影响飞行安全，还给飞机机务维护维修工作造成了巨大的负担，并直接导致飞机维修费用的增加和飞机寿命的缩短。在飞机维修活动中，越早发现腐蚀问题越好，这是重要且必要的——越早发现腐蚀，就能在需要进行昂贵的修理或替换部件前采取有效的补救措施。腐蚀类型是基于腐蚀损伤的外观或者形成机理分类的，通常情况下，会同时出现多种类型的腐蚀，因而难以确定导致腐蚀的具体原因。

2 常见腐蚀的介绍

2.1 表面腐蚀

表面腐蚀是由化学剂直接侵蚀金属引起的在金属表面上发生的均匀腐蚀。表面腐蚀先使金属表面发暗或蚀刻，随着时间的推移，金属表面会变得粗糙，并可能出现白色或灰色粉末。暴露在高温下所引起的金属变色或失光不属于均匀的表面腐蚀。

2.2 电偶腐蚀

电偶腐蚀，是指2种或2种以上具有不同电位的金属相互接触时造成的腐蚀。当发生电偶腐蚀时，通常在金属间的连接处会出现腐蚀现象。例如，当飞机结构的铝蒙皮与不锈钢加强垫板铆接在一起时，如果存在湿气和污染就会形成电偶对，从而发生电偶腐蚀。

2.3 点状腐蚀

点状腐蚀简称“点蚀”，是铝合金最常出现的腐蚀情况之一，其主要特征是在金属上产生针状、点状、小孔状的现象。起初金属表面会出现白色或灰色的粉状颗粒，类似于灰尘的斑点。当粉状颗粒被清除，会在表面发现微小的凹坑或小洞。点蚀也可能在其他金属上发生。

2.4 丝状腐蚀

丝状腐蚀发生在涂覆有机涂层的金属表面，它是氧浓差电池腐蚀或缝隙腐蚀的特殊形式。当发生丝状腐蚀时，涂层下会出现蠕虫状的腐蚀痕迹。当空气的相对湿度介于65%～90%之间以及表面呈轻微酸性时会发生丝状腐蚀。由于空气中的水蒸气和氧气会沿涂层扩散，所以，会使涂层出现破裂，紧固件和接缝周围出现裂痕和裂缝，并延伸至下面的涂层。丝状腐蚀能侵蚀钢、铝表面，并可能导致更严重的局部腐蚀。

2.5 应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂是在持续的拉伸应力和腐蚀的共同作用下所引起的金属开裂，影响因素主要有合金、拉应力、腐蚀介质，而压应力可以抑制应力腐蚀。由于应力腐蚀产生的腐蚀物覆盖了裂纹，所以很难被发现。一般出现在承受大载荷的飞机结构部位，比如龙骨梁、桁条和机翼前后翼梁等位置。

2.6 摩擦腐蚀

所谓“摩擦腐蚀”，就是2个零件表面相互接触，在滑动、振动和环境的共同作用下产生的腐蚀。腐蚀产生的氧化物颗粒加快了表面的磨损，使更多裸露在外的金属表面发生腐蚀。腐蚀和磨损共同的损伤程度比单一的腐蚀大得多。摩擦腐蚀在金属表面只呈现擦伤，但在金属内部已出现开裂，并在开裂或粗糙凹坑处发生腐蚀。摩擦腐蚀常发生在承受大静载的连接处，它们受振动不能密封，无法防止湿气进入。例如，起落架的安装和操纵系统活动面连接轴等，耳片和衬套为轻度压配合或滑动配合，螺栓与衬套为紧配合，容易发生摩擦腐蚀。另外，机翼根部的口盖或机翼到机身整流罩区域也容易出现摩擦腐蚀，因为该区域通常得不到有效的保护，无法密封接合表面。

2.7 晶间腐蚀

通常情况下，晶间腐蚀是沿金属晶粒边界发生的选择性腐蚀，它是由大量的单个晶粒组成，每个晶粒都有明确的边界，不同金属内的晶粒也不同。晶界相对于晶粒中心具有更强的化学活性，呈阳极性，易发生腐蚀，当其与电解质接触时，会迅速在晶界发生腐蚀。晶间腐蚀会引起合金破裂，损失强度，造成严重事故。

2.8 剥离腐蚀

剥离腐蚀是晶间腐蚀的一种特殊形式。

2.9 微生物腐蚀

通常由环境促使霉菌繁殖所产生的分泌物进而对结构产生腐蚀的称为微生物腐蚀。粘菌、霉菌、真菌和其他生物（微观）可生长在潮湿表面，它们一旦附着于金属表面，表面会趋于潮湿，进而增加了腐蚀的可能性。一般情况下，飞机燃油箱微生物繁殖的主要原因是燃油、水、霉菌孢子和湿度的共同作用。

霉菌通常会在飞机燃油箱中燃油和水的分界面上繁殖，微生物交织在一起形成像网状或球状物，看上去很黏，颜色呈褐色或黑色。微生物的存在可能导致它们占据的区域存在不同的氧气和电解质浓度。此外，它们分泌的有腐蚀性的污物会破坏燃油箱铝合金结构保护层和密封胶，进而腐蚀破坏燃油箱铝合金结构。

3 试验机腐蚀的去除

在科研试飞工作中，试验机防腐工作的原则是“有腐必除、除腐必尽”。所以，如果在日常机务维修活动中发现腐蚀，就应立即采取措施去除，而且必须去除彻底，以防残余腐蚀物再次成为新的腐蚀源继续对结构造成腐蚀。一般情况下，去除腐蚀的方法有机械法除腐和化学法除腐。在执行除腐工作时要小心，先要彻底把腐蚀去除，但不能在除腐时对飞机蒙皮或结构等造成伤害。如果紧固件周围区域发生腐蚀，必须拆除紧固件，并检查紧固件钉头下和钉孔中是否有腐蚀。清除紧固件周围区域的腐蚀时，需将紧固件拆除，否则无法阻止紧固件钉头下的腐蚀。

4 维护预防措施

在日常工作中，试验机型号多，各种老旧机型多，给日常机务维修中腐蚀的预防和控制工作带来了一定的压力。下面针对试验机科研试飞的特点，按照腐蚀环境或腐蚀介质重点讲述几种腐蚀的预防。

4.1 大气腐蚀

潮湿空气是造成飞机结构腐蚀的重要因素之一。当空气的相对湿度高于某个临界值时，空气中的水蒸气会在试验机的金属表面凝结成一薄层吸附水膜，这种水膜都溶解有一定量的电解质和氧，为腐蚀的形成提供了条件。当前国内西北地区空气污染较为严重，大气中含有大量工业排放的腐蚀性气体，而二氧化硫气体正是造成试验机发生腐蚀的最大危害物之一。当空气中有超过体积分数为1%的二氧化硫气体时，长期露天停放的试验机发生腐蚀就会加剧，特别是相对湿度超过76%时腐蚀会急剧加速，同时，对镀锌、镀铬层也有相对严重的腐蚀。这些腐蚀物黏附在试验机机身外表面，就会对蒙皮表面造成腐蚀。

针对大气腐蚀，所采取的预防措施是：①定期清洗。定期清洗试验机外表是预防试验机表面腐蚀的最好方法，不仅要洗掉试验机表面的污染物，还要发现轻微的腐蚀和其他可能存在的损伤。此外，水上飞机（比如蛟龙600）执行水面试飞科目，应定期按照规定清洗机体和发动机。②定期排水。在试验机使用过程中，通水孔和排水阀可能被密封剂、污染物阻塞，会导致飞机机翼、机身底部结构局部大量积水，造成严重的腐蚀。因此，要定期检查排水通道和排水阀是否处于良好状态。以ARJ21-700飞机为例，机身下部排水阀共计15个，在日常维护工作中，应按照飞机维修手册的要求定期进行飞机排水工作。③通风晾晒。要做好飞机防潮工作，特别是在雨、雪天气后，应按照机务管理文件的规定对飞机进行通风晾晒，有效去除各舱内积水，同时，应打开各舱门、口盖通风，使飞机内部的湿气散发干净。在机务维修活动中，要尽可能地改善飞机的总体环境和局部环境，保护防腐涂层在寿命周期内完整有效。在雨雪天气后，应及时进行通风晾晒工作，防止湿气、水分或其他腐蚀性介质与机体结构长期接触，有效防止或减缓腐蚀的发生。④使用防腐剂。控制或缓解缝隙腐蚀的有效办法是使用防腐剂，它能排除水分，并阻止水分再进入缝隙中。

4.2 沿海气候腐蚀

试验机经常在沿海地区执行试飞任务，而沿海地区海洋性大气中存在高浓度的盐雾，霉菌容易繁殖，对金属结构，特别是对铝合金结构有非常严重的腐蚀威胁。当试验机停放在地面时，飘浮于空气中的盐雾可通过气流直接进入试验机内部，或通过沉降于试验机外表面的雾液而流入机内，对机体和机内设备产生较多影响，比如腐蚀影响、电气影响（由于盐沉积引起电子设备的损坏、导电层的产生、绝缘材料和金属的腐蚀）、物理影响（机械部件和组件的活动部分的阻塞或黏结）等。

针对沿海气候腐蚀，所采取的预防措施是：①改善试验机的停放环境。试验机在沿海地区长期停放，如果有条件应停放在机库内。②根据实际情况，对试验机机体、机载设备以及容易发生盐雾腐蚀的材料和部位等进行喷涂保养，对蒙皮、常卸口盖、紧固件、起落架舱等存在缝隙和连接的部位加强密封，并使用缓蚀剂等提高试验机抗盐雾腐蚀性能。③及时进行试验机关键部位的清洁保养，及时为容易受潮的设备涂抹润滑脂，同时，加强对试验机关键部位保护层的维护，保持其完好。④编制沿海地区试验机维护专项防腐维护检查卡，有针对性地对试验机进行维护检查。

4.3 化工介质腐蚀

飞机各种油料，航空蓄电池内酸、碱溶液，液冷设备内的冷却液等液体洒在飞机金属机件或保护层会产生腐蚀；油漆层遇到各种油料等液体会被溶解脱落，从而导致该部位发生腐蚀。针对化工介质腐蚀，所采取的预防措施是：①试验机维护时，应及时清除干净各种洒在飞机上的油料，特别像民机使用的磷酸酯液压油LD-4。该油液具有一定的腐蚀性，如果漏到试验机内部会造成防腐漆层气泡脱落，从而对试验机结构造成腐蚀。②拆、装航空蓄电池前应检查其是否密封良好，防止酸碱溶液溢出，同时，要加强对航空蓄电池托架的检查清洁工作。③进行液冷设备维护时，应尽量不让冷却液漏到飞机内部。液冷设备工作渗漏应及时清理干净，防止残余物对飞机结构造成腐蚀。液冷设备内冷却液渗漏不可避免，所以，应提高全员意识，认识到冷却液对试验机腐蚀的危害，一旦漏到试验机上应及时清除干净。

4.4 微生物腐蚀

当燃油箱内条件适宜时，细菌会在油液内大量滋生。燃油中的水为细菌滋生提供了合适的环境，而合适的温度会加快细菌的繁殖速度。微生物在燃油内的滋生会导致燃油品质下降，在燃油中形成的暗色泥状沉淀物会对燃油系统造成较大的影响，比如燃油供油系统故障、油箱结构腐蚀等。为了消除微生物污染对燃油系统的影响和对油箱的腐蚀，必须破坏细菌滋生环境，尽量减少燃油中的水分是控制细菌滋生速度的最有效办法之一。

针对微生物腐蚀，所采取的预防措施是：①燃油箱内设置除水系统。ARJ21-700飞机在左右两侧油箱各安装2台引射泵，除了保证飞机在正常机动飞行时集油箱燃油的供应，燃油箱底部含水的燃油通过引射泵抽吸送至燃油泵吸油口处，不断送入发动机燃烧，从而减少水分在油箱底部的积累。②燃油箱定期放沉淀排水。飞机燃油系统各放沉淀阀均安装在油箱的最低点，所以，在机务维护时，应按该型飞机维修手册、大纲要求定期放沉淀排水。飞机燃油中水分的下沉速度大约为0.3 m/h，为了有效排尽油箱内杂质、水分，机组应根据实际情况进行燃油放沉淀工作，并确认最终排尽油箱内的杂质和水分。③微生物检测。长期停放的飞机更容易发生微生物腐蚀的问题，所以，《ARJ21-700飞机维修手册》中对长期停放程序做了相关规定，即停放大于14 d进行燃油系统微生物检测，定期对燃油系统排水。同时，根据微生物检测报告所显示的污染等级，确定是否需要执行杀灭微生物或去除微生物颗粒的任务。④使用微生物杀菌剂。《ARJ21-700飞机维修手册》中长期停放程序规定，飞机停放时间超过30 d，可以加注预混过微生物杀菌剂（牌号BIOBORJFZPM5356或KATHON FP1.5）的燃油进行预防或去除微生物。