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关于预防飞机腐蚀的理论探讨
2017-01-22 11:41:37 作者:本网整理 来源:网络

  随着服役年限的增长,飞机腐蚀将日趋严重,致使使用寿命缩短,甚至出现零部件损坏而危及飞行安全。因此,重视和加强对飞机的检查、维护,及时修复腐蚀部位,作好预防工作尤为重要。

 

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一、腐蚀对装备安全使用的影响


  军用飞机由于特殊的用途及使用环境易发生腐蚀问题,必然会在很大程度上降低装备的安全性、战备完好性和作战效能的发挥,同时也可能造成巨大的经济损失。2002年美国国会议员团在对军用装备例行检查中发现武器装备及其基础设施存在严重的腐蚀问题,每年导致约200亿美元的直接经济损失。我沿海部队的某型飞机曾由于腐蚀产生裂纹,严重影响部队训练和战备任务。


  (一)腐蚀直接影响飞机的战备完好


  军用飞机作为特殊装备,具有特定的使用功能、严格的可靠性要求、易于维修以及能够长期储存等特点。然而由于使用环境特殊,长期受到各种腐蚀的破坏,出现结构件严重锈蚀,致使机件失灵,电子元器件失效等情况时有发生。


 
(二)腐蚀导致严重的飞行事故


  美国空军F—4飞机在使用过程中,发生平尾摇臂外移,结果迫使美国1600多架飞机和其它国家600多架飞机全部停飞检查,后经查明是材料对应力腐蚀比较敏感。1985年,日本一架波音747飞机由于构件的应力腐蚀断裂而坠毁,造成500多人遇难。


  (三)腐蚀造成重大的经济损失


  1995年美国Battelle实验室和北美特种钢公司(SSINA)的统计结果表明,美国平均每年腐蚀损失近3000亿美元,人均1100美元。


  (四)腐蚀导致腐蚀维护费用的大幅度增长


  随着军用飞机及其附属设施的老化,由腐蚀所引起的损害日益增加。装备需要花费较长时间进行维修,因此导致了出勤率的降低和维修费用的增加。美空军1997财政年度的直接腐蚀维护费用估计约为8亿美元,单架飞机的平均维护费用由1990年的78832美元增加到1997年104872美元,增加了33%。造成这种现象的主要原因是随着飞机使用年限的延长,腐蚀老化引起的维修费用增长。


  二、腐蚀的表现形式及机理分析


  腐蚀是指材料受环境介质的化学、电化学和物理作用引起的破坏现象。处于不同环境下的材料均会发生腐蚀。常见的结构腐蚀有以下五种形式有:


  (一)飞机结构连接部位的腐蚀


  飞机结构连接部位(尤其是紧固件周围)由于存在间隙、应力水平较高而变形等因素,往往容易出现涂层开裂、鼓泡或脱落等现象,导致连接部位金属基体产生腐蚀,钢螺钉和钢铆钉周围腐蚀最为严重。


  (二)防护涂层老化失效的腐蚀


  当前一些飞机在典型连接部位、受高温冲击或温度变化梯度较大、应力水平较高及容易受摩擦磨损等结构中,都存在不同程度的涂层褪色、粉化、龟裂、起泡、开裂和脱落等老化失效现象。


  (三)铝合金结构的腐蚀


  铝合金由于强度高、刚度高和在常规环境下良好的稳定性,在现役飞机结构中特别是在一些关键承力结构中大量使用。但是在含有氯化物、硫化物等有害介质的潮湿环境下,飞机铝合金结构(尤其是高强度铝合金结构,如LC4、B9517、ч盩2和ц19)表现出很强的腐蚀敏感性。与其他材料的结构相比,铝合金结构的腐蚀情况更为突出,迄今为止,我军飞机的重大腐蚀故障主要发生在铝合金结构中。就结构部位而言,腐蚀主要集中在一些半封闭式或密封较差的结构部位。


  (四)钢结构的腐蚀


  钢结构腐蚀会伴随明显的棕红色或深棕色的腐蚀产物出现,腐蚀形式以点蚀和均匀腐蚀为主。当转动结构中润滑状态不良时,会产生严重的磨损腐蚀。不锈钢或带有镀层的钢结构容易出现点蚀和晶间腐蚀。


  (五)腐蚀疲劳及应力腐蚀


  由于军用飞机的服役环境比较严酷,不可避免地会存在腐蚀疲劳及应力腐蚀问题。某型战斗机外翼前梁与中央翼连接交点出现的严重支架裂纹故障,就是腐蚀环境和疲劳共同作用的结果。某型运输机起落架的传力螺栓和承力支柱在大修和特检时多次发现应力腐蚀和腐蚀疲劳等故障。


  三、预防飞机腐蚀的主要措施


  军用飞机随着使用时间的增长,零部件的老化,会出现一系列的腐蚀问题。腐蚀问题要涉及到装备的设计制造、维护保养和使用环境等多方面的因素。因此,对于军用飞机的防腐蚀问题要从几个方面进行综合考虑。


  (一)飞机在研制中要加强防腐蚀设计


  从系统工程学的观点看,装备的综合管理必须从综合技术经济角度出发,以求得最佳的设备综合效率。这就要求把装备的论证方案、工程研制、生产部署、使用保障和退役处理各阶段当作一个有机的整体加以考虑。腐蚀虽然主要出现在装备的使用保障阶段,但是其产生的原因却隐含在各个阶段之中,而解决的方法也同样在各个阶段实施,其中防腐蚀设计占有很重要的地位。防腐蚀设计是指在装备进行设计阶段,就充分考虑防腐蚀方面的要求,并进行科学设计,以大大减轻甚至消除腐蚀可能造成的危害。防腐蚀设计是装备制造的重要环节,是决定装备功能、质量和可靠性的关键环节。充分考虑特殊使用环境下的腐蚀因素,采取不同的制造工艺提高装备的抗腐蚀能力,对易腐蚀部位和结构采用特殊的防腐蚀设计,提高其固有可靠性。


  (二)日常保障中要注意飞机的防腐蚀维护


  1、定期清洗。保持飞机结构表面清洁,是机体防腐蚀的基本要求。定期清洗飞机表面,清除污物,保持飞机和构件表面的清洁是一种简便有效的防腐蚀措施。


  2、定时检查和及时修复。对飞机零、构件防护层必须要精心检查和维护,及时修补。在没有充分时间修复时,应考虑使用防腐剂,以使结构腐蚀的可能性降到最低程度。


  3、做好防湿防潮工作。露天停放的飞机要蒙好防雨布,保持各通风口、排水口的畅通,为飞机做好除水工作,同时定期对发动机进行通电、试车以加温除湿。


  (三)更新防腐蚀技术


  针对军用飞机高强度使用的特殊性,应当根据使用环境和军用飞机经常出现的腐蚀情况,采取有针对性的防腐蚀技术。


  1、提高合金材料的抗氧化能力。铝和铜作为制造飞机及其附属设备主要金属材料,如果在其制造过程中及时进行热处理,形成Al2O3保护层,可使铝和铜在正常环境下的抗氧化性提高80000倍,如果采用只氧化铝不氧化铜的气氛下进行预处理,铝和铜的抗氧化性能将提高200000倍。


  2、对于应力腐蚀的处理。应力腐蚀是导致军用飞机损坏的重要原因之一。军用飞机所使用的金属材料在高空气流及特殊介质等因素共同作用下,可导致其材料强度被破坏,直接危及飞行安全。应采取以下几种防护措施:①选用耐蚀材料,碳钢对应力腐蚀的敏感度很低,是一种耐应力腐蚀的材料。近年来发展了多种耐应力腐蚀的不锈钢,其中以奥式体双相钢抗应力腐蚀性能最好。②在设计金属设备结构时要科学合理,尽量减少应力集中,也可用喷丸处理使金属表面拉应力变为压应力。


  3、防护大气腐蚀。我军沿海部队处于热带或亚热带地区,军机的大气腐蚀尤为严重。处理大气腐蚀主要有暂时性保护和长期性保护两种。暂时性保护方法有水溶液缓蚀法和防锈油缓蚀法;长期性防腐蚀方法有电镀、有机涂层、热浸镀金属、磷化或钝化等。

 

 

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