飞机结构的腐蚀失效成因与防腐措施

王振成

（海装西安局，陕西 西安 723213）

1 航空材料的基本腐蚀失效破坏类型

航空结构材料在一般环境作用下出现腐蚀破坏的类型存在多元化趋势，大多以电化学腐蚀为主，其涵盖液膜下的电化学腐蚀与局部浸在电解质溶液内的电化学腐蚀。

均匀腐蚀较为多见，其特性即金属外层剥落，化学与电化学反应在金属外层均匀进行，腐蚀的结果使金属外层出现变薄的情况，最终被破坏。均匀腐蚀对航空结构的危害不大，且容易被察觉，易于修理及防腐控制。

孔腐蚀即金属外层防护层受损，造成金属直接暴露于腐蚀介质，发生部分区域的腐蚀小孔，同时向深入发展的一种破坏形式。其腐蚀区域一般被腐蚀产物所遮蔽，孔径小，难以察觉，可能出现应力集中的情况，成为腐蚀疲劳的裂纹源孔蚀具有较高的危害性，可以造成飞机结构的突发性问题。

而电偶腐蚀即电解液存在的先决条件下，两种差异化电位的金属与非金属导体电化联接所造成的腐蚀。此类腐蚀的破坏类型在航空结构材料上十分常见。

缝隙腐蚀是因为金属结构件之间出现缝隙，腐蚀介质就随之渗透至缝隙，因此使缝隙中的金属腐蚀加剧，缝隙腐蚀在航空结构中容易出现于垫片的底端、螺帽以及铆钉帽缝隙位置。

应力腐蚀即金属材料在拉应力与特定腐蚀介质相互作用下造成的开裂失效。此类腐蚀的危险性极高，通常会造成结构件的断裂。

腐蚀疲劳在腐蚀介质与交变应力相互作用下造成的材料及构件受损，也是航空结构相对多见、且具有高危险性的一种腐蚀，会影响飞机的使用寿命。较为多见的腐蚀种类还包括微生物腐蚀、微动腐蚀以及丝状腐蚀等，不过一般情况下，结构的腐蚀破坏种类难以发现，有明候很难分析腐蚀类型，很多时候一种腐蚀破坏涵盖了多种腐蚀类型。

2 航空结构腐蚀的基本成因

我们将航空结构的腐蚀成因分为下述几点：一是飞机结构自身存在腐蚀的条件，即为主观因素。二是存在腐蚀的环境，即为客观因素。使用环境的优劣从根本上影响着飞机的使用年限。飞机使用环境涵盖空中飞行环境与停机环境，依附于文献我们发现，停放时间为总日历时间的99%，所以停放环境的优劣是影响飞机腐蚀的核心因素。

我们又将停放环境分为总体腐蚀环境、局部腐蚀环境以及具体腐蚀环境。总体环境即为飞机的所有位上都能够出现的腐蚀环境，其影响着飞机可能发生的总的腐蚀环境，不过造成腐蚀损伤通常是飞机上某一部件、组合件所处的具体的腐蚀环境所影响。腐蚀环境分为气候环境和化学环境。气候环境要素涵盖了湿度、气温、固体沉降物、降水量、雾以及风等。飞机在机场放置而造成的自然腐蚀大多为大气腐蚀，而影响大气腐蚀状态的成因主要包括：相对湿度、温度、降水量、凝露以及固体沉降物等。造成飞机结构腐蚀的化学环境成因包括：工业废气酸雨以及盐雾等。上述介质对飞机结构的腐蚀速率有一定的作用。

而现阶段航空结构材料的腐蚀还包括下述几方面。第一，设计材料的选取与防腐技术相对陈旧。第二，没有腐蚀控制相关的文件，飞机制备环节一些补位没有根据设计要求来进行。第三，全机密封性不好，部分结构设计缺乏科学性，长时间局部存在积水。第四，没有必要的腐蚀跟踪与预测，外场使用维护的品质偏低。

3 航空结构的腐蚀修复与控制

腐蚀区域的检测是避免结构被深入腐蚀的先决条件。腐蚀区域的评定大多依附于放大镜以及孔探设备进行。

腐蚀损伤失效区域经常出现在构件外层，会出现一些痕迹。从形貌外观与色泽上检查，基体金属材料外层发生脱漆及分层现象，更有甚者腐蚀区域会发生层状剥离与疏散的情况。金属质感降低，同时材料以往的强度与塑性被弱化，轻敲时没有清脆的金属声。同时腐蚀通常起源于棱边以及孔壁等位置；也容易出现于结构内双金属接触位置以及潮湿区域。

腐蚀区域修复过程中要全面挖掘静强度储备，在确保静强度的先决条件下，分析疲劳强度的作用，要确保余量，在此基础上要分析所择取的修理技术与工程现场环境。

腐蚀状态在修理指标范围内，通过原位修理。清除腐蚀物后，予以打磨处理，整个打磨层要予以整体性过渡;在蚀坑的边缘予以打磨，最后通过“腐蚀凹坑测深设备”检查打磨层，其深度要控制在修理指标内，同时通过涡探设备检查打磨层有无腐蚀疲劳缝隙。

针对轴承面、导轨面以及精密配合面的腐蚀除锈，择取研磨膏除锈举措，确保其光洁度与内质的精确性。

完成打磨的构件表面择取“氧化一涂漆一涂密封胶”的联合防腐举措予以防腐修理。铝合金件打磨区域涂抹阿洛西。而对结构中暴漏在外的钢螺钉、螺栓、固定环以及卡子零件，打磨去锈后要浇上一层防护油脂，在此基础上通过“干膜剂”予以整体保护。

腐蚀防护与控制过程的基本方法包括下述几方面：第一，细致的分析结构腐蚀区域的具体环境、因素与破坏种类，为腐蚀区域的修复及进一步的防腐控制技术奠定良好的基础。第二，对腐蚀相对严重的构件，除锈后要予以强度校核。要补强的区域择取复合材料胶补技术来修复受损的区域，或者依附于结构空间状态铆接加强构件，不过构件的重量提高，其所出现的新应力集中位置、传力状态等应考虑在内。对于核心承力构件，打磨除锈后要在防护氧化前予以旋片喷丸完善处理，深化腐蚀区域的抗应力腐蚀性。第三，飞机结构上搭铁线的装置及固定，我们要确保有优异的电接触性，在安装、固定完成时，通过密封胶局部密扎。第四，针对结构内的自攻螺钉以及螺栓的固定区域的连接位置，予以防腐隔离层，通过“湿装配”举措予以装配，在此基础上涂密封胶。第六，对结构内可能存在积水的局部腐蚀环境，视结构状态加设排漏水孔及排水通路。

4 航空金属结构材料胶接修理前的原位表面处理

常规便携式磷酸阳极化设备涵盖下述几部分：（1）控制电路；（2）控制装置；（3）阳极化电压；（4）电源；（5）显示；（6）真空泵。流速控制设备通过水、酸活门与流速计构建，附件包涵盖电线、盛液瓶、管接头、不锈钢丝网与相关的软管。

原位局部磷酸阳极化的核心原理即通过真空袋设备，让稀磷酸从待处理外层逐渐流过，以待修铝合金构件为阳极，不锈钢丝网即阴极，通过10V左右的直流电，在响应的温度下予以表面处理。

原位磷酸阳极化的处理效果会因一系列外界环境所影响，其中包括阳极化的时长、磷酸饱和度、磷酸流动状态、阳极化电压与电流。所以，试验环节择取10cm×10cm×2mm的2A12铝合金板，经调整相关影响数据予以试验，对膜层的微观形貌予以观测，同时依附于能谱分析举措对膜层予以分析，通过比较分析我们掌握了，原位磷酸阳极化举措处理的铝合金阳极化膜层表面在日光小角度照射下，能够发现持续的蓝色、紫色以及绿光。在膜层的亚微观形貌上，能够看出多孔的蜂窝。阳极化膜层中的核心成分包括铝与氧，其中具有少量其它元素，同时氧饱和度高，由此我们可以认为，原位磷酸阳极化的氧化膜层较厚，耐蚀性优异。

制备磷酸溶液。依附于GMI企业的GILDAGLO10装置所提出的磷酸溶液饱和度需要(质量分数超过14%)，把30ml磷酸倒至2700ml水中，同时通过玻璃棒搅拌；清洁、研磨维修铝合金基材外层。通过丙酮清洁铝合金外层，清理外层的灰尘；通过氧化铝砂纸处理外层，让铝合金的表面清洁，不能存在划痕与其他污染；通过结晶的空气吹净外层的研磨尘，在此基础上通过丙酮予以擦洗；通过纯净水长时间冲洗外层，以外层出现连续水膜为宜；将不锈钢丝网与透气材料分割为所需要的阳极化区域的形状。在阳极氧化区域，层层叠放透气材料，要保证超过阳极化区域每边12ml。在透气材料上设置不锈钢丝网，由此在丝网上安装2层透气材料，边缘和底端的透气材料排列好。在透气材料的外端边缘安装酸液输人路径，在另一端透气材料的附近安装真空输出路径。分割为2块较之透气材料要大一些的真空包装膜，将需要处理的区域包好。把电源负极连接至不锈钢丝网，电源正极连接至金属铝合金材料。在预先准备的装置容器内，放置已经完成配制的磷酸溶液。同时另一瓶内装满水。通过软管把所有瓶子和便携式原位磷酸阳极化设备相连接。完成连接后，启动电源，设置数值，逐渐增加电压直到10V后，等待20min，在此基础上予以冲洗，直至净水瓶内无溶液，程序结束。拆除设备，用去离子水洗刷外层，等待干燥，在此基础上检查阳极氧化膜状态。