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谈谈飞机结构中的隐患 —— 腐蚀

2017-04-17 11:08:20
作者:本网整理
来源:网络

腐蚀是个存在已久的老问题,本质上,腐蚀是个无法避免的过程,只能以适当的处置来延缓其发生或降低带来的损害。

    腐蚀是个存在已久的老问题,本质上,腐蚀是个无法避免的过程,只能以适当的处置来延缓其发生或降低带来的损害。


    飞机结构中最常见的金属腐蚀有

 

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    以下分别就其原因、现象、预防或处置方式进行探讨


    — 麻点腐蚀 —


    麻点腐蚀是一种局部的腐蚀现象,金属表面呈现多处点状的锈蚀,直径可由0.002到0.2公分,腐蚀方向为垂直向下侵蚀。


    发生原因是由于环境或金属表面的性质不均匀(如︰表面缺陷、成份不均等),导致环境中的氯离子被吸附在金属表面某些点上,使钝化膜破坏生成微小的孔洞,孔洞底部因空气不流通缺氧而形成阳极,孔洞外围则因氧气充足形成阴极,在阴阳两极的电化学反应下,金属表面就发生麻点腐蚀。

 

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不锈钢表面的麻点腐蚀


    麻点腐蚀的危险在于其外表特征微小而难以察觉及预防,以致结构已有严重的麻点腐蚀仍不自知,造成结构突然的意外破坏。


    金属表面的小刮痕或刻痕,很容易导致麻点腐蚀的发生,因此要防止此种腐蚀,金属表面镜面处理是个相当有效的方式。


   
— 异电位腐蚀 —


    异电位腐蚀的现象可以说是电镀的逆过程,电镀时两根金属棒分别接于直流电源的阳极和阴极,并置于电解液中形成电导通状态,阳极的金属棒在电解液中会溶解成金属正离子和电子。

 

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    金属正离子会被阴极金属棒所吸引,和其电子结合成金属附着沉积于表面上;电子则在直流电源的驱动下去补充阴极金属棒所失去的电子。在这个过程中,阳极的金属棒因持续溶解而逐渐被“腐蚀”。


    简单来说就是…当两种或以上不同的金属材料搭接成电导通状态时,因为彼此间的电位不同,材料间就会有电流通过,加上潮湿的环境有类似电解液的功用,致其中某一材料会产生坑洞状的腐蚀。

 

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镁金属表面与不锈钢件接触面产生的电位腐蚀


    在以往飞机工业未使用先进复合材料前,所使用的材料主要是铝和经过钝化处理的不锈钢,异电位腐蚀较不常见,但随着对性能及隐身性的要求,新一代战机已广泛采用此种强度高、重量轻、雷达不易探测的新材料。


    先进复合材料中的碳纤维和铝的电位差很大,两者交界面有异电位腐蚀的顾虑,地面维护人员在平日维修时要特别注意。


  
  — 鳞落腐蚀 —


    顾名思义,鳞落腐蚀的外观会有如鱼鳞片般的迭层剥落,这种腐蚀具有明显的方向性,通常会平行于滚制或射出成形的面,侵蚀被拉长的材料晶粒,造成表面结构的脱层或形成多层面。

 

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  T-37教练机角条鳞落腐蚀


    环境因素是造成鳞落腐蚀的主因,例如环境中有氯化物和溴化物离子的存在、高温、酸性的环境、间歇性的干和湿等。


    在材料表面涂装底漆及化学保护膜可改善鳞落腐蚀抵抗力,不过这只能延缓鳞落腐蚀发生的时间,无法完全防止,且一旦此保护层被腐蚀,则底下的材料将处于无保护状态,短时间内会被腐蚀而破碎。


    鳞落腐蚀的一般处理原则是磨除腐蚀区域,再加以适当的表面防蚀处理。


    — 应力腐蚀 —


    应力腐蚀是材料在化学侵蚀环境下与机械性拉伸应力同时作用下的结果。一般的腐蚀是以材料被剥蚀的型态出现,而应力腐蚀则以裂纹的型态出现,且表面几乎没有任何腐蚀物堆积的现象,因此很容易被忽略,形成潜伏的危险因素。

 

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某国外军机的前机身上纵梁应力腐蚀裂纹


    由于应力腐蚀必需是应力、敏感性合金、以及特定环境下三者同时作用才会产生,故若要防止应力腐蚀,可从改变这些因素来着手:


 
   降低应力


    这有好几种方法,如:增加材料厚度或降低负载都是可行的方式。如果零件因重量关系无法增厚,可在表面上用珠击或滚压的方式加上压缩残余应力。


    改变环境


    抹去结构表面上沉积的水气、污物、清洁剂残痕等,都是很有效的预防措施。


    更换材料


    这是最方便的作法,若无法改变应力和环境,这也是唯一的对策。


    一般是改用不同热处理方式以增强抗腐蚀能力的同型号材料,但若改用其他材料,如︰铝合金改用铝锂合金,钢改用钛合金等,就得一并考虑更改材料后全机重心改变、震动模态变更、与邻近材料的异电位腐蚀等相关问题。


    表面处理


    阳极化或阴极化表面处理都会在材料表面形成保护膜,降低外界的腐蚀作用。


    但此种处理会降低铝合金的疲劳强度,且阴极化处理也不能用在高强度钢材,或是对氢脆化敏感的材料,因为表面阴极化会增加氢侵入的速度。若表面有裂纹,局部处理的效果也不好。


    就像文章一开始所说,腐蚀很难避免,只能采用一些方法使其延缓或者降低损失。要防止老飞机因腐蚀而产生飞行安全顾虑,除了前述的各种处置方式外,在飞机后续服役期间,必须对飞机结构退化情况持续追踪,以及时采取适当对策。

 

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责任编辑:刘洋


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标签: 飞机结构, 隐患, 腐蚀, 麻点腐蚀, 应力腐蚀

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