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民用飞机腐蚀的防护与控制一、概述二、腐蚀的类型三、腐蚀的症状四、腐蚀的检测五、腐蚀的修理维护六、九要、六不要腐蚀的发生,在日常生活中是极其普遍的现象。我们已知的八十多种金属都会在一定条件下受到不同程度的腐蚀。腐蚀破坏所造成的直接经济损失是巨大的,例如美国商业部所属的国家标准局于1976年发表的报告中指出,美国每年因腐蚀损失820亿美元,占当年国家总产值的4.9%,1982年上升到1260亿美元,占当年国家总产值的4.2%。澳大利亚在1983年发表的报告中指出:英、美、苏、西德、芬兰、瑞典、印度及澳大利亚八国的腐蚀损失估算约为各国国家总产值的2%~4%。一、概述:我国1995年的统计,腐蚀损失高达1500亿人民币,约占国民生产总值的4%。这些只是直接的经济损失。而由腐蚀引起的设备损坏,停工、停产,对环境的污染、产品质量的下降,以及腐蚀余量的设计等等的间接损失更是无法估量的。至于腐蚀导致的人身安全事故,例如容器的爆炸、化工设备的突然损坏、飞机、火车、汽车的事故等造成的经济损失更难估算了,可能还导致重大的社会及政治影响。腐蚀:是材料(通常指金属)在其外界环境作用下的逐步变质和破损。它不可能完全消除,但可以预防和控制。腐蚀除了会严重影响飞机的利用率和使用寿命,增加飞机的停场时间和维修成本,而且还会危及飞机的飞行安全,严重时可能会酿成重大空难事故。因此腐蚀的防护和控制在航空业中就显得尤为重要了。环境介质:大气、水(淡水、雨水、海水)、土壤,灰尘、化学原料以及不同的金属等等。大气和气候:(如图)•海洋性气候;•大气污染;•湿度大;•高温地区。运行环境:(如图)•跑道构造:材料、砂尘、杂质;•跑道污染:清除跑道积雪的化学物质;•运行高度:大气紊流量的不同、污染;•站间行程:油箱中燃料凝集的时间状况;•运载货物的类型:海鲜、化学物品、食品。腐蚀的环境因素:腐蚀问题的背景:随着飞机工业的发展,金属材料大量地被飞机结构所采用,那么飞机就面临着一系列新的和严重的腐蚀问题。主要由以下的因素引起:•飞机的高运行使用率;•严重恶劣气候环境的飞行目的地的不断增加;•为了追求高性能采用了一系列的新材料和新工艺,从而带来日益增多的损坏;•飞机的运行年限的延长;•装载各类易腐蚀飞机的货物;•工业污染的增加;腐蚀发生的原因:(如表所示)•金属材料的特性:趋于更稳定和低能量状态的特性;•环境条件:如温度、电位差的产生、磨损、辐射、氧差、浓差、生物等腐蚀机理:–金属材料与环境介质发生了某种化学反应或电化学反应,引起金属的损坏、变质。化学腐蚀:–是金属与环境介质发生纯化学作用而产生的损伤(没有电流产生);电化学腐蚀:–金属与环境介质发生了电化学的作用引起的腐蚀(有电流产生)。–产生的条件:a.有阳极和阴极存在;b.存在某种电解液(通常为水);c.在两极间存在电位差,并形成电路通。二、腐蚀的类型对于多种多样的腐蚀征候,可概括为两大类型:一是化学型,一是电化学型。这两类型都有一共性,就是受蚀后的金属蜕变成为氧化物、氢氧化物或硫酸盐。任何腐蚀过程都同时发生两种反应变化:金属受侵蚀而氧化,称之为阳极变化;腐蚀剂经反应还原,称之为阴极变化。(金属电化序列表)从设计角度出发,应尽量采用大阳极小阴极的连接结构,采用电镀防护层也是减少电化腐蚀的有效方法。表现形式:1、表面腐蚀:是一种大面积的侵蚀,通常它或多或少均匀地发生在所有暴露的结构表面。它的特征:金属件的表面变得粗糙、刻蚀和斑痕累累,且往往伴生粉末状沉积物。原因:飞机外部:由于未加涂层的铝件、紧固件表面受外界侵蚀而产生。飞机内部:厨房或洗手间的液体的凝积、溢出和泄漏,弯管处液体排放常被堵塞。2、双金属腐蚀(电化腐蚀):•两类不同的金属之间存在电子流通渠道,且有电介质时就发生电化腐蚀。是一种较常见的电化学腐蚀。•特征:在两异类金属贴合面上出现蚀斑遍布现象。•原因:缺乏保护层或原有保护层被破坏剥离。•防止的方法:不应把属性相差过大的金属连接在一起;用绝缘材料将两金属隔开;使水份不在接触点积聚和存留;用防腐漆涂覆接触区及其周围;3、点腐蚀:•是导致在金属表面产生坑点并向深处发展为小孔的一种局部腐蚀形态。也称为孔蚀。•它具有浓差电池的特征,由于防护层不适当或被损坏而产生的局部表面腐蚀。•特征:点蚀的直径可大可小,可深可浅,可孤立可密集,凹坑壁与金属表面几乎保持垂直。•注意:普通表面腐蚀的发展或微生物侵蚀,都可引起点蚀。它的发展要比表面腐蚀快得多。如任其发展将会导致结构部件的严重减弱。4、缝隙腐蚀:指在缝隙内或缝隙周围所发生的一种特殊腐蚀。是铝材结构最常见的腐蚀形式之一。•发生处:搭接面、铝制管路上的金属箍下,松动的密封处、螺钉和螺栓头下。•原因:由于在金属之间或金属与非金属之间存在狭小缝隙,并限制了缝隙内溶液的扩散,从而形成浓差电池,使缝隙周围发生局部腐蚀。•防护:隔离水份,驱逐飞机内部的湿气并防止湿气进入,采用合理的垫片,力求用不吸湿材料垫片或填料。缝隙腐蚀与孔蚀的区别与联系:a)从腐蚀发生的条件来看,孔蚀起源于金属表面的孔蚀核,缝隙腐蚀起源于金属表面的极小缝隙。前者必须在含有活性阴离子的介质中才会发生,后者即使不含活性阴离子的介质中也能发生;b)从腐蚀过程来看,孔蚀是通过腐蚀逐渐形成闭塞电池,然后才加速腐蚀的。而缝隙腐蚀由于事先已有缝隙,腐蚀一开始就很快形成闭塞电池而加速腐蚀。前者闭塞程度大,而后者闭塞程序较小;c)从发生腐蚀的电位来看,缝隙腐蚀的电位低于孔蚀电位,缝隙腐蚀较孔蚀容易。d)从腐蚀形态来看,孔蚀的蚀孔窄而深,缝隙腐蚀的相对宽而浅。5、晶界腐蚀:•腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界或它的临界区域进行,而晶粒本身腐蚀很轻微,这种腐蚀现象叫晶界腐蚀。•特征:初期在可见表面上毫无迹象,晚期表层上可能出现鳞状疏松剥落。•产生的条件:a)组织因素:晶界与晶内的物理化学状态及化学成分不同,导致其电化学性质不均匀;b)环境因素:腐蚀介质能显示出晶粒与晶界的电化学不均匀性。•检查:用超声波检查法或涡流探测法。•维修:只能更换零件。6、剥层腐蚀:•是一种特定形式的晶间腐蚀。•发生处:在金属件表面不适当的防护处理处或涂层破裂处。•原因:具有晶间腐蚀倾向的铝合金经过锻造、挤压、滚压或冲压后,晶粒变成宽长而扁平的形状,在一定的腐蚀环境中就容易产生剥层腐蚀。7、微动腐蚀:•是由于材料之间摩擦破损而加速腐蚀的一种形式。•飞机结构易受微动腐蚀的区域:a)可移动的整流罩;b)开孔口盖和门;c)可能松动的衬套或接头耳片;d)有微动发生,但没有采取相应防护措施的接头。•原因:两金属贴合面之间的差速运动,使原来的氧化膜被这种缓慢而沉重的相互磋磨而损坏,产生的杂质和碎屑使腐蚀进一步恶化和加速。如有水或蒸气参与其中,腐蚀损坏的程度必然迅速形成。•零件表面出现明显的腐蚀痕迹时,必须更换。如蒙皮上的铆钉处,铆钉头的后面流出黑色的磋磨渣。8、应力腐蚀:•指金属材料在腐蚀介质和拉应力的共同作用下发生的脆性断裂现象。是一种内部晶间腐蚀。•应力腐蚀过程可分为三个阶段:a)孕育期:因腐蚀过程的局部化和拉应力的结果,使裂纹生核;b)发展期:腐蚀裂纹扩展;c)暴发期:由于拉应力的局部集中,裂纹急剧生长导致材料的破坏。•应力与腐蚀往往交替作用,应力撕破保护膜,腐蚀发生出现裂纹,裂纹处应力更集中,扩展拉破新保护膜,从而加速腐蚀。这种腐蚀的破坏性很大。•裂纹常见部位:a)飞机结构的大量接头零件和锻造件;b)机械加工的深凹处,或沿内圆角的径向;c)紧固件孔之间;d)加工晶粒边缘处。•应力腐蚀的防护:合理选材,控制应力,控制介质及控制电位等方法均可用来避免或减弱应力腐蚀。•检查:通过目视确定裂纹,进行染色渗透检查。9、微生物腐蚀•由于微生物组织侵蚀飞机油箱等结构而形成的一种腐蚀。•来源:a)一种是带有污染的燃料本身;b)另一种是通过燃料的进、排出系统而进入油箱的空中的微生物芽孢。•特征:开始发生在水、油分界处,成线条状,而后形成饼状或离散的球状。它看起来粘糊糊的,颜色从棕褐色到黑色,附着在油箱的底层表面。10、腐蚀疲劳:•金属材料在腐蚀介质和交变应力的共同作用下的一种破坏形式。•与应力腐蚀不同的是,这种被腐蚀材料受到交变应力而不是静应力的作用,而且不需要对某种金属与某种环境介质的特定组合。•与单纯的机械疲劳不同的是,鉴别处就在于断口是否有腐蚀产物。•特征:裂纹通常是短、粗且多。•腐蚀疲劳的影响因素;(详)•腐蚀疲劳的防护。(详)三、腐蚀的症状:污染物和碎屑的沉积;涂层的剥脱、碎裂,翘起或鼓包;表面光顺性的破坏;蒙皮的鼓起;紧固件头部的变形或剥脱;表面颜色的变更,表面出现斑纹或起皮;扭曲、变形、裂纹或点坑的出现;飞机结构常见的一些典型受腐蚀损害的特征如下:有腐蚀的产物:白粉(镁材、铝材表面),红色或棕色锈迹(钢材料),耐蚀钢件表面出现黑色点坑或红褐色斑迹;水银腐蚀的铝材呈现出的一种特殊迹象,其腐蚀产物显示为一种白色的芽毛状物,或者后阶段显示为霉菌状。如用X射线,可见受腐蚀处呈现白色点的水银球状物。如示图所示。四、腐蚀的检测:腐蚀的检测就是对飞机进行日常性和周期性的有关腐蚀及预防的检测,以便及时发现问题隐患,及时处理,提高飞机结构完好性,避免大的损失和事故发生。由于飞机腐蚀检测基本上是现场对飞机实物作直接检查,因而采用无损检测技术。目测是基本的腐蚀检查方法,仪器检查主要是检测目测难以发现的部位和腐蚀程度。飞机上容易发生腐蚀的部位:废气尾迹区:发动机的残余废气都具有强腐蚀性,因而处于废气尾迹区的缝隙、接合面、交接处以及整流片等。电瓶舱间和电瓶通气口:电瓶液升温后生成的蒸气使未经防护处理的金属表面遭受腐蚀侵袭。舱底区域:污水、废渣、外漏的液压油及残头碎末,构成化学电池。(详)起落架和轮舱:受到泥淖、漏水、盐渍、砂石及飞来的碎片冲击。蓄水区:任何可能积水的部位。发动机的迎风区和散热吹风管道:受飞扬的尘埃和污垢的磋磨,跑道上碎石的迸击及雨水的冲刷,使表面保护层破损剥蚀。外表蒙皮:要注意板材的边棱面、锁扣周圈及发现裂纹、碎片和漆层剥离等部位。其它腐蚀敏感区域:如襟翼的扰流板的收存穴,所有操纵钢索等。下面看一些实例。腐蚀的检测方法:目视和触摸方法是腐蚀检查最常用、最基础的方法。检查需有足够的检查通道,良好的光线与合适的工具。目测检查用的设备:手电筒;长柄反光镜;放大镜(10倍的);用于检查和探测的塑料刮刀;管道探测镜;合适的工作台和梯子等。(1)目视检查:(2)仪器检查检测腐蚀损伤最有效的方法:X光检查电涡流超声波仪器检查的作用:能检查隐蔽部位,避免进行昂贵费时的拆卸;能测量和估算腐蚀造成材料的损失;;能检验腐蚀是否已经完全排除;能探测并确定可疑的裂纹尺寸。i.X光照射法:用于检测结构不连续处(裂纹,砂眼,杂质等);检验焊缝,检查外来物或碎片;成品检验(例如开关、作动器等)检测蜂窝结构的水份。优点:对内部和表面的缺陷都能检查;能检查被遮挡的或内部的结构;能提供永久性的试验记录;所需准备的工作面最小。缺点:费用高;可能要对飞机进行放油;无关人员必须离开,以免辐射危害;此法有方向限制,有效位取决于X光束的方位;需要高的技术水平,才能对各种检测结果及X光底片进行判读和解释;构件的两侧都需要有检测通道。ii.电涡流法:用于检测表面裂纹,点坑,砂眼和腐蚀;用于检测表皮下的裂纹和表面的腐蚀;用于对合金和热处理情况的测定以及对火灾损伤的评估。优点:轻便;价格适中;立即给出检验结果;对小缺陷灵敏;所需零件准备工作量最少。缺点:表面需能被传感器接触;仅适于金属件的检查;无永久性记录;需要高技术水平和熟练的经验方能操作此种试验设备。iii.超声波检测法:用于检测表面的和表皮下的缺陷(如:裂纹,剥层,砂眼);用于测量材料的厚度。优点:适用于表面和表皮下缺陷的检测;对小的缺陷灵敏;能立即给出结果;所
本文标题:飞机腐蚀的防护与控制
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