航空金属材料腐蚀问题与防治对策

2020-05-12周晶

中国设备工程 2020年6期

周晶

（中航西飞民用飞机有限责任公司，陕西西安 710089）

一般来说，金属材料存在的地方就会有腐蚀现象的发生，航空金属材料也不例外，尽管航空金属材料的防腐性能已经达到了最优，但是在长期使用的过程中仍然无法避免腐蚀问题的存在。要想切实的保证航空飞行的安全，降低有腐蚀问题所带来的航空安全事故发生几率，最大限度的减少财产损失和人员伤亡，关键的就在于对各种类型的腐蚀问题进行分析，通过必要的实验和性能检验，对于航空金属材料的构成、航空飞行器的结构、腐蚀原理以及抗腐蚀防治流程加以明确，就能够比较有效的对飞行器的基础材料以及关键部位进行定期的维修和养护，解决其中存在的安全隐患，提升航空金属材料的性能和飞行器的质量。

1 航空金属材料的腐蚀问题分析

1．1 自然性腐蚀

自然性腐蚀也可以称为电化学腐蚀，航空飞行器作为一种适用于远程运输的空中飞行交通工具，在工作的过程中更加容易受到大气中环境变化的影响。飞行器在航空飞行时经常需要跨越温度和湿度不同的地区，而我国由于地域辽阔，存在着多种的气候类型，这就使得组成飞行器的航空技术材料经常要在高温或者是潮湿的环境当中工作。再加上海拔高度以及昼夜温差所带来的温度变化，我都在航空技术材料上经常有水汽凝结，而空气中的二氧化碳，二氧化硫等的气体也会附着在航空技术材料的表层。这些气体和水汽与航空金属材料发生电解质反应，就会使航空金属材料产生吸氧腐蚀问题。一旦出现腐蚀部位，就有可能会顺着金属材料的缝隙发生电化学腐蚀蔓延情况，如果不对这一类腐蚀问题加以防治，将会严重影响航空飞行器的安全性能。

1．2 承重应力腐蚀

航空金属材料除了会在一定的环境当中发生自然性的腐蚀之外，还会由于受到航空飞行器自身重力的影响出现承重应力腐蚀现象。承重应力腐蚀主要就是指在一定力的作用下，使得航空材料所受到的静应力低于材料本身的屈服强度，这就很容易使航空金属材料发生断裂甚至变形。一般来说在飞行器的结构当中，起落架是最为主要的受力部位，这一部位所采用的航空技术材料大多是长度比较高的合金钢材料，飞行器在进行起飞和降落的过程中，由于压力负荷的变化，很容易在腐蚀介质的作用下出现应力腐蚀现象。除此之外在飞行器内部的厨房以及厕所管道等区域的下方位置，由于经常要对这些区域进行清洗，使得湿气在此处聚集，再加上受力拉伸，很容易会在金属表面形成不同大小的蒙皮鼓包，从而加重腐蚀问题。

1．3 发动机高温腐蚀

发动机作为航空飞行器的重要组成部分，合成发动机的航空技术材料同样也会出现腐蚀问题，一般来说发动机的主要腐蚀主要为高温氧化腐蚀。高空飞行航空器发动机必须要具备以下几个特征：发动机运转效率高、推力大、油耗低且使用寿命长。要想使航空飞行器的发动机满足这几个要求，最关键的就是要把控好发动机内部的涡轮进口燃气温度，这样才能够保持发动机内外部的压力平衡，（具体结构如图1所示）在降低油耗的同时又能够延长发动机的使用寿命。但是发动机的涡轮叶在快速运转的过程中，由于同空气会发生剧烈的摩擦，在高温作用下很容易出现腐蚀问题，如果腐蚀现象严重则会影响发动机的正常工作，这对于航空飞行器的安全带来了极大的隐患。

1．4 其他情况的腐蚀

除了以上3种常见的、原因明确的腐蚀问题之外，航空金属材料还会由于一些不可控的因素出现腐蚀现象。就比如在航空飞行器运转工作的过程中，排除掉本身的结构、环境、温度等的因素，由人为操作不当造成的机上腐蚀性物质泄漏或者在进行机身清洁、保养维修上不够到位，从而导致一些腐蚀问题没有被解决，致使安全隐患长期存在。

图1 高空飞行航空器发动机结构图

2 航空金属材料腐蚀问题的防治对策

2．1 对航空材料的自然适应性的研究

要更好地解决航空金属材料存在的自然性腐蚀问题，对其加以科学的防治，最关键的就是要针对航空金属材料本身的性质进行自然适应性的研究。首先是可以采取户外暴露实验的方法，对不同种类的航空金属材料进行户外暴露，研究基础材料与空气、水分、温度等长期接触后所发生的化学反应，从而有效的评估不同种类材料在不同环境中的自然腐蚀程度，根据实验结果来采取有效的防治措施。其次是为了弥补户外暴露实验周期性较长的不足，还可以借助实验室研究的方法，对合成的航空技术材料的成分以及稳定性进行加速试验，还可以采取实验室模拟的方法，尽快的制定和完善相关资料，从而采取定期更换、添加防护涂层等方法来进行抗腐蚀防护。

2．2 对航空材料的力学分析与检测

要想尽可能的减少承重应力对航空技术材料造成的腐蚀问题，还需要对航空技术材料进行必要的力学分析和检测。首先就是要针对航空金属材料特殊性来制定和完善相应的力学性能指标，对不同种类的航空技术材料表现在强度、塑性以及弹性等方面的力学特性进行明确和划分。其次就是要通过拉伸实验的方法来测定基础材料的力学性能，通过比例计算、定标距试样、物理屈服性能测试等的步骤来明确容易发生应力腐蚀的关键位置和敏感区域，从而针对这些特定的区域进行抗腐蚀防治。

2．3 采用新材料和涂层保护技术对抗高温腐蚀

要解决好航空金属材料容易发生的高温腐蚀问题，就要从以下2个方面来进行防治。首先就是加快对新型耐高温航空金属材料的研发与测试，目前在航空航天领域之中比较频繁使用到的耐高温材料大多是镍基超合金，这一类材料能够对抗的高温极限为1100℃左右。为了突破这一极限，经过科学研究发现，铌基硅化物合金能够对抗的最高温度在1600℃左右，并且还能够保证高温运转与低温损伤之间的平衡，因此要想更为有效的防治航空飞行器发动机的高温腐蚀，就可以逐渐的采用铌基硅化物合金来进行发动机涡轮叶片的制作。其次除了在原材料上有所突破之外，还可以采用成本较低的涂层保护方法来对抗高温腐蚀，比如采用等离子喷涂、硅化物喷涂等的方法来保护发动机的涡轮叶片，同时随着科研技术的进步，也已经发明和生产了发动机专用涂层浆料。

2．4 健全针对航空材料的腐蚀防治体系

为了减少对航空金属材料的人为破坏，还必须要建立健全航空金属材料腐蚀防治体系。首先就是要针对机身不同部位的金属材料的抗腐蚀性能作出详细的注解和分析，编制具体的防腐手册，明确不同的抗腐蚀维修与保养方法，使金属材料在使用周期内能够保持稳定的性能。其次是要建立腐蚀防治制度，搭建必要的数据资料平台，组成专门的技术团队，定期进行腐蚀检查，对于检查结果进行数据录入，提升航空金属材料腐蚀问题防治的专业性和有效性。