主起舱典型尾附件的腐蚀问题分析

刘宗奇

（上海飞机设计研究院，上海 201210）

引言

21 世纪以来，民用航空飞机电气化程度越来越高，飞机布线的电磁兼容性（EMC）越来越受到重视[1]。有关数据表明，电气系统的失效原因中有70 %是由元器件的失效产生的，这其中有40 %是由于电连接器的失效造成的[2]。尾附件是一种与电连接器配套使用的电子元器件，具有重要的屏蔽接地功能，还起到应力释放、固定走向等作用。同时，尾附件腐蚀也是飞机常见的腐蚀现象之一[3],表面腐蚀将引起尾附件的失效，并进一步影响配套连接器的使用。为了提升耐腐蚀性能，尾附件表面多采用化学镀镍层、电镀锡、锌、镍以及阳极氧化膜、不锈钢钝化等工艺对其进行保护[4,5]。

1 电连接器的尾附件腐蚀问题

某型飞机停放过程中，检查发现多架机主起舱电连接器的尾附件表面出现腐蚀情况，如图1 所示。出现腐蚀情况的尾附件壳体均为经过镀镍处理后的铝合金，而经过镀锌镍处理后的铝合金尾附件壳体，暂未发现腐蚀。采用腐蚀环境加速试验和理化检验方法等对其腐蚀现象开展分析，为提高其耐腐蚀性能，提升民机产品使用寿命及可靠性提供了参考。

图1 尾附件情况

2 服役环境及理化测试

通过典型服役环境、元器件选型情况、表面处理工艺合理性、尾附件技术要求、腐蚀环境加速试验等方面进行分析。

2.1 典型服役环境情况

某型飞机共有2 个生产基地，A 和B。其中A 基地飞机的主起舱尾附件未发现腐蚀情况。B 基地存在多架机出现腐蚀情况。

进一步对生产基地环境情况进行研究。发现，A 基地全年温度平均26 ℃，湿度因季节天气波动较大，夏季多雨天气达100 %，冬季湿度在60 %以上，全年平均为（60～90）%；停机坪温度夏季可达到40 ℃以上；同时，距离大海（1～2）km，为盐雾区[6]，易受到盐雾水汽影响。B 基地环境湿度范围在（20～60）%之间，距离大海50 km，不属于盐雾区范围。

2.2 元器件选型情况

进一步对电连接器尾附件情况进行统计。表1 为产线飞机发生表面腐蚀问题的连接器——尾附件清单。

表1 存在腐蚀问题尾附件

依据连接器规格和屏蔽要求选择合适的尾附件。尾附件匹配连接器的选用原则主要包括：尾线夹壳体应与匹配的连接器壳体大小适配；尾线夹的螺纹接口应与匹配的连接器适配；尾线夹的材料、镀层或表面处理的选择应与连接器材料、镀层一致，当材料不一致时，尾线夹应选择低于连接器硬度的材料；当镀层不一致时，应考虑可能存在的电化学腐蚀问题，即镀层之间的电势差应不大于300 mV。表2 为连接器与尾附件连接材料参考。

表2 连接器与尾附件适配材料参考

2.3 尾附件技术要求

典型尾线夹件号清单见表3，其中耐蚀性鉴定试验项目为盐雾试验。铝合金材料牌号为2024T4，不锈钢牌号为303，不同壳体材料的盐雾试验耐受要求不同。

表3 典型尾附件耐蚀要求

对于常用的铝合金和不锈钢材质尾附件，表面处理工艺不同。铝合金材质的尾附件，镀层分为镀镍和镀锌镍两种，不锈钢材质为钝化处理工艺。根据SAE AS85049 规范，镀镍耐盐雾腐蚀要求为96 h，镀锌镍的要求为1 000 h，不锈钢钝化的要求为1 000 h。镀锌镍镀层、不锈钢钝化尾附件要求更高，耐腐蚀性能也更高。

2.4 盐雾加速试验

为进一步探究问题尾附件耐蚀情况，选取了同批次问题尾附件及未发生腐蚀尾附件进行盐雾加速试验。

试样尺寸为29.39 mm×33.3 mm（直径×长度），每种型号尾附件试样数量为3，且在试样的顶端使用尼龙绳加以悬挂，位置均匀，不相互遮挡，盲洞朝下，不与盐水发生反应。按 EIA 364-26 进行盐雾试验，所用溶液为质量分数（5±1）%的盐水溶液，pH 值为6.5～7.2，溶剂水为去离子水，溶液温度为（33～36）℃，盐雾沉降率（1～2）ml/（80 cm2.h）。

完成盐雾试验后，用流动的自来水冲洗干净；然后置于（35～41）℃的空气循环的干燥箱中干燥12 h，之后进行试样的检查。试验结果如表4 所示，试样盐雾试验后腐蚀点形貌及能谱图如图2 所示。

表4 盐雾试验结果

图2 腐蚀点扫描电镜图及能谱图

38S13N（铝合金镀镍）在68 h 时候出现镀层脱落，并伴随有白色腐蚀产物；38S13S（不锈钢钝化）壳体不锈钢钝化层破坏，壳体表面出现红锈；124S13S（不锈钢钝化）则无明显变化。盐雾试验336 h 后，M85049/38S13N 壳体表面被白色腐蚀产物包覆，经扫描电镜测试，能谱分析，腐蚀点富含Al、Ni、O 元素，镀层被完全破坏，腐蚀深入铝合金基体；38S13S壳体表面部分覆盖红锈，钝化层破坏，腐蚀点处富含Fe、Cr、Ni 元素，腐蚀已达到不锈钢基体；124S13S 壳体表面完好，未有腐蚀痕迹，钝化层完好，仅组件螺钉处发生锈蚀，出现红锈。

2.5 分析

A 基地的停机环境整体湿度大于B 基地，且处于近海盐雾区，起落架区又为强风潮湿区，发生腐蚀风险远大于B 基地，而B 基地的飞机也未发现腐蚀情况。因此，A 基地更加潮湿，近海的停机环境可能是目前产线上频繁发现腐蚀的因素之一。

铝合金材质连接器匹配的尾附件材质应该为铝合金材质或者是复材，不锈钢材质的连接器匹配的尾附件材质应该为不锈钢，铝合金和复合材料。连接器为铝合金材质，尾附件需要选用比连接器材质软的材质，表1 中存在腐蚀问题的插头选用的铝合金材质尾附件均符合选用要求。相对于不锈钢钝化及镀锌镍表面处理方式，化学镀镍镀层较薄，沉积过程中析氢反应造成镀镍层的针孔，同时表面的微孔和裂纹为后续腐蚀介质和溶解氧等提供了腐蚀通道，容易导致铝合金基体发生腐蚀。因此，相对于A 基地严峻的腐蚀环境而言，选择耐蚀性更强的不锈钢钝化或镀锌镍表面处理尾附件更为合理。

最后，盐雾加速试验结果表明，用于试验的铝合金镀镍尾附件未满足AS85049 规范中耐蚀性要求，质量不达标，怀疑为批次质量问题。

3 结论

A 生产基地典型的近海盐雾环境是造成某型飞机主起舱尾附件表面腐蚀的主要原因。同时，在满足连接器—尾附件适配原则基础上，选型未选耐蚀性更强的尾附件以及供应商标准件质量问题也加剧了腐蚀问题的发生。

尾附件腐蚀问题的发生一方面影响配套系统元器件的可靠性，另一方面增加飞机维修互换成本。建议后续严格管控供应商产品质量，同时对于潜在更加严苛的服役环境，应当选用耐蚀要求更高的尾附件。