飞机结构的氧化腐蚀问题

更新时间：2023-05-12 08:30:01 阅读量：实用文档文档下载

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飞机结构的氧化腐蚀问题

随着民航机队的不断扩大，早期引进的飞机将逐步进入老龄阶段。飞机在经历较长时期的使用后，其结构的完整性往往受到极大的影响，造成这种影响的因素有应力损伤，即结构承受的载荷所引起的损伤，除极少发生的超过结构静强度而造成的损伤以外，主要是疲劳损伤；意外损伤，例如鸟击、雷击及地面人为的撞击等；环境损伤，是由使用环境对结构的作用而引起的，表现是金属的氧化腐蚀。随着飞机使用时间的推移，结构氧化腐蚀的危害越来越突出，其对飞机结构影响和对飞机安全的威胁也愈来愈严重。氧化腐蚀属环境损伤，它和飞机使用的客观环境有着密切联系。潮湿、盐雾、工业污染等都决定了结构腐蚀的“不可预测性”，就腐蚀本身而言，其成因与现象都比较复杂。飞机有些部位腐蚀的隐蔽性，增加了飞机结构安全的隐患，腐蚀不仅给飞机安全带来严重威胁，而且也会给航空公司造成巨大经济损失。据有关资料介绍，国际民用飞机用于防氧化腐蚀的预防、控制与修理的费用要占到飞机总维修费用的一半以上。

飞机结构腐蚀的主要机理：

飞机结构的氧化腐蚀是由于与环境作用而引起的破坏与变质，由于飞机结构件大多是由铝合金与镁合金制成，所以在飞机制造过程中，采用的防氧化腐蚀工艺，主要是阳极化、涂漆、喷涂防腐蚀剂等。这种工艺主要是使基体金属与环境介质隔离，以达防氧化腐蚀目的。

当大气中的相对湿度大于 65 ％时，物体表面会附着一层 0 ． 001 微米厚的水膜，相对温度越高，则水膜越厚。当相对湿度为 100 ％时，物体表面会产生冷凝水。水是氧化腐蚀介质的主要来源，更为严重的是如果飞机的某些部位渗入水份，而又不能及时排出；或者飞机金属基体与某些饱含水份的物质长期接触， ( 如飞机机身及地板下构件与受潮的隔热棉的接触）这些水份就会对飞机产生严重的腐蚀作用。因为这些水份大多数是不纯净的，在这些水中或多或少含有各种导电离子，如氯离子、碳酸根离子等，这些导电的水溶液便是引起结构件氧化腐蚀的最主要、最普遍的环境介质。

飞机在使用过程中，随着日历期的延长，金属表面的保护层逐渐遭到破坏。首先是漆膜的破坏。油漆是高分子物，在日光、大气、雨水等长期作用下，会老化变质，表现为失光、起泡、开裂、粉化、剥落、吐锈等，失去防氧化腐蚀功能。所有的漆膜都不可能使飞机构件与环境绝对隔绝，它们对水、水汽、氧气或腐蚀性离子都有一定的渗透性，漆膜不仅能渗透水

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份，还能吸收水份而肿胀、软化，附着力下降、起泡、脱落。另外，在涂漆时的施工缺陷，漆膜干燥时产生的内应力而造成的拐角、边棱处的裸露，使用时的机械损伤都会大大降低其保护作用，只是因温度、环境湿度情况的不同而失效的快慢不同而已。油漆层一旦产生缺口，就会成为氧化腐蚀的发源地。

其次是阳极化膜的破坏，铝合金经阳极化后，耐氧化腐蚀性比原来提高

2 － 4 倍，但是有一定的限度。作为漆膜的底层，阳极化膜的厚度一般仅为 3 － 12 微米，很薄且又是多孔的，孔隙率均为 35 ％左右，因为合金中夹杂一些不能生成氧化膜的其它金属，还会有不完整处。此外，在机械加工及钻孔，铆接装配等部位，阳极化膜也会受到损坏。而水溶液中的氯离子则会破坏阳极化膜而直接损害基体金属，在油漆氧化膜的破损处，电解液与基体金属直接接触，就会发生电化学腐蚀。有些氧化腐蚀并不易发现，如机翼大梁的前后结合面氧化腐蚀，机翼大梁与腹板结合面氧化腐蚀，以及机身蒙皮与桁条结合面发生的氧化腐蚀，一般是隐蔽性氧化腐蚀。从构件表面看不出腐蚀迹象，包括某些缝隙腐蚀，只有利用无损探伤的方法，才能发现这类危害极大而又不易被发现的隐蔽性眼氧化腐蚀。常在沿海地区飞行的飞机，这些部位更是容易发生氧化腐蚀。

常见氧化腐蚀种类及部位有：

（ 1 ）应力腐蚀（ STRESS CORRECTION ）：结构件在拉伸或压缩应力及腐蚀介质共同作用下的产物，一般出现在承受大负荷的结构上。应力腐蚀的三个要素：合金、拉应力和腐蚀介质。只有在合金中才能发现应力腐蚀裂纹；只有拉应力才能引起应力腐蚀，压应力能够抑制应力腐蚀开裂；水是铝合金的主要腐蚀介质。应力腐蚀裂纹特征：裂纹通常很小，宽度较窄，常被腐蚀物覆盖，很难发现。应力腐蚀具有较多的二次裂纹，呈树枝状。

（ 2 ）层离（ EXFOLIAITON ）：晶界腐蚀的一种，晶界腐蚀是由于金属晶界材料成分与晶粒材料成分不同而产生。晶体在挤压、锻造过程中被拉长或压扁。发生晶界腐蚀时，由于晶界被腐蚀掉，晶体也就一层层分开。发生层离主要是挤压型材、滚压件和锻件。层离发生后，有时可用肉眼发现，结构件表面有肿胀凸起迹象。如果紧固件头部拔出或破坏，可能发生层离。当层离较轻时，可用手指沿表面触摸，如果手感表面有鼓起现象，则构件可能产生层离。当发现层离时，往往损伤超过标准，需要进行加强修理或更换损伤件。

（ 3 ）丝状腐蚀（ FILIFORM ）：是表面喷有漆层的铝合金表面腐蚀，腐蚀产物将漆膜拱起，外观象丝状或网状，是特殊形式的缝隙腐蚀。通常是紧固件头部的漆层老化开裂后形成缝隙，雨水和潮湿气体进入后成为缝隙腐蚀。丝状腐蚀与天气关系密切，空气相对湿度大于 65 ％时，容易形成丝状腐蚀。出现丝状腐蚀的主要部位是机身后部的下蒙皮。

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（ 4 ）电化学腐蚀（ GALVANIC ）：两种不同金属相连接，在潮湿环境下形成腐蚀典型。一般出现不同金属连接的地方，如货舱地板压条、装有青铜衬套的铝合金锻件上。影响腐蚀的因素有：两种金属之间的电位差、阴极－阳极面积比。小阳极和大阴极极易使阳极被腐蚀（钢板上铆铝铆钉，使铝铆钉腐蚀），大阳极和小阴极则危害不大（铝合金板上铆钢铆钉）。

）缝隙腐蚀（ CREVICE ）：发生在相似金属交接的地方，如果有水分进入，缝隙口的含氧量和缝隙内的含氧量不同，形成电位差，含氧量高的缝隙口处金属被腐蚀。一般出现在登机门门槛和货舱门槛处。是铝合金结构中最常见的一种腐蚀形式。缝隙腐蚀的前期以微电池的电化学腐蚀为主导，呈均匀腐蚀；而后期形成宏电池腐蚀。控制或减缓缝隙腐蚀的有效方法是使用防腐剂，排除水份，并阻止水份再进入缝隙。

（ 6 ）点状腐蚀（ PITTING ）：首先出现在金属表面，出现小坑后，水分和氧气进入，由于坑内部和表面的氧气含量不同，造成腐蚀逐步向内部延伸，也是一种特殊的缝隙腐蚀，只不过在坑底有较高的腐蚀速度而已。点腐蚀常常产生在金属表面的保护膜不完整或破损处，当保护膜损伤后，这种腐蚀最易发生在晶粒边界、夹杂物或缺陷处。常见于结构螺栓上，腐蚀使结构螺栓上光杆部分形成密密麻麻的坑点，极易成为疲劳源，使螺栓迅速疲劳断裂。

（ 7 ）微生物腐蚀（ MICROBIAL GROWTH ）：霉菌繁殖所产生的分泌物对构件的腐蚀称为微生物腐蚀。影响油箱微生物繁殖的主要因素是：霉菌孢子、燃油、水和温度。霉菌在燃油和水的交界面上繁殖，呈长丝型，相互交织在一起形成网状物或球状物，看上去很粘，呈褐色或黑色。这种霉菌分泌物能破坏和穿透油箱铝合金结构保护层和密封胶，从而腐蚀铝合金结构。在飞机油箱中，由于油箱中含水，微生物在水中靠油中含的有机物生活，附着在油箱底部，当水多而温度较高时，微生物大量生长，对油箱的铝合金结构造成腐蚀，表面形成灰黑斑点。

（ 8 ）摩擦腐蚀（ FRETTING CORRETION ）：两个相连接结构件，由于振动造成的相对运动使结构件磨损，新的磨损表面暴露在环境中，摩擦所产生的微粒反过来又加速磨损和腐蚀。常见于承受高频振动负荷的地方，如起落架的轮轴和操纵系统活动面的连接轴上。

腐蚀范围 / 等级的定义：

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（ 1 ）局部腐蚀：

A ．腐蚀发生在蒙皮或腹板 ( 大翼，机身，尾翼或支板 ) 上，腐蚀范围不超过由隔框、长桁、翼弦或加强肋间隔限定的一个区域；

B ．腐蚀只发生在单个的隔框，翼弦，长桁或加强肋上，但需与之相邻的蒙皮或腹板上没有腐蚀；

C ．腐蚀构件超过一个隔框，翼弦，长桁或加强肋，但需腐蚀构件两侧相邻的构件上没有腐蚀。

（ 2 ）扩散腐蚀：

A ．腐蚀发生在蒙皮或腹板 ( 大翼，机身，尾翼或支板 ) 上，腐蚀范围超过由隔框、长桁、翼弦或加强肋间隔限定的一个区域；

B ．腐蚀发生在两个或更多的相邻的隔框，翼弦，长桁或加强肋上；

C ．腐蚀发生在隔框、翼弦、长桁或加强肋上，且相邻的蒙皮 / 腹板上有腐蚀。（ 3 ）一级腐蚀：发生下述三种情况之一为一级腐蚀：

A ．连续两次检查过程中发生的腐蚀，是局部的，可以去除，并且在飞机制造厂家允许的极限以内（如 SRM 、 SB 等）；