王學(xué)強(qiáng)，彭志軍，葉 彬，朱親強(qiáng)

（中航工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

0 引言

外場檢查發(fā)現(xiàn)，在某地使用的一架某型教練機(jī)，其右機(jī)翼整體油箱上壁板在對(duì)縫處上表面出現(xiàn)腐蝕，同時(shí)壁板外形起鼓。該架飛機(jī)投入使用約3年，從目視檢查結(jié)果來看，壁板對(duì)縫處腐蝕情況相對(duì)較輕，設(shè)計(jì)部門雖然發(fā)文要求對(duì)該部位的腐蝕情況進(jìn)行處理，但由于不具備外場工作條件，現(xiàn)場工作人員只是對(duì)該部位的腐蝕擴(kuò)展情況進(jìn)行了檢查，在之后15個(gè)月內(nèi)腐蝕均保持緩慢的擴(kuò)展趨勢(shì)，經(jīng)現(xiàn)場工作人員與用戶商議，暫時(shí)不執(zhí)行腐蝕處理，待飛機(jī)做500飛行小時(shí)定檢時(shí)再對(duì)該部位進(jìn)行腐蝕處理。18個(gè)月后，當(dāng)再次檢查整體油箱上壁板對(duì)縫處的腐蝕情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)壁板的上表面腐蝕面積明顯擴(kuò)大，壁板起鼓導(dǎo)致一顆鋁制鉚釘頭拉脫。隨后，對(duì)該地區(qū)此類飛機(jī)同樣的結(jié)構(gòu)位置進(jìn)行了腐蝕普查，結(jié)果又發(fā)現(xiàn)多架飛機(jī)的機(jī)翼整體油箱上壁板有不同程度的腐蝕，情況均與該架飛機(jī)的腐蝕情況類似。本文在分析當(dāng)?shù)厥褂铆h(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，給出了機(jī)翼整體油箱上壁板出現(xiàn)腐蝕的原因，并在模擬件加速腐蝕試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，提出了防腐處理措施。

1 整體油箱壁板區(qū)結(jié)構(gòu)簡介

機(jī)翼整體油箱壁板區(qū)結(jié)構(gòu)分為四層，最外層由整體油箱壁板、前段蒙皮、后段蒙皮對(duì)接組成，第二層為一塊鋼墊板，第三層為一塊鋁制大墊板，最下層為主梁緣條。整體油箱壁板材料為LC9-BCS預(yù)拉伸板，鉻酸陽極化后內(nèi)表面噴涂SF-9涂料，外表面涂環(huán)氧底漆37002（S15/76），前段蒙皮材料為LC4-CSQ專用蒙皮，硫酸陽極化后外表面涂環(huán)氧底漆37002（S15/76），后段蒙皮材料為LY12-CZQ，硫酸陽極化后外表面涂環(huán)氧底漆37002（S15/76），鋼墊板材料為GC11，鍍鋅后涂2層H04-2中灰漆，蒙皮外表面均涂C21/100、HFA130面漆，大墊板材料為LC4，表面只作陽極化處理，不涂底漆；主梁材料為LC9-CGS3，鉻酸陽極化后，表面噴涂SF-9涂料，整體油箱壁板區(qū)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 某型教練機(jī)機(jī)翼整體油箱壁板區(qū)結(jié)構(gòu)圖

2 整體油箱壁板腐蝕情況

某型教練機(jī)外場機(jī)務(wù)人員在一次對(duì)飛機(jī)的例行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)右機(jī)翼整體油箱上壁板外表面邊角出現(xiàn)腐蝕，腐蝕面積約為20mm×10mm；壁板內(nèi)表面腐蝕導(dǎo)致一處外形起鼓，起鼓長度約25mm，高度約1～1.5mm，見圖2；18個(gè)月后再次檢查壁板的腐蝕情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)壁板邊緣起鼓情況急劇惡化，壁板起鼓區(qū)的長度已擴(kuò)展至約150mm、起鼓壁板與正常區(qū)域的階差達(dá)約4.5mm，一顆鋁制鉚釘頭被拉脫，見圖3所示。

圖2 首次發(fā)現(xiàn)的油箱壁板腐蝕情況

對(duì)該架飛機(jī)進(jìn)行腐蝕修理的過程中，分解機(jī)翼整體油箱壁板與骨架的連接鉚釘后對(duì)壁板進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)壁板內(nèi)表面底漆脫落，金屬基體出現(xiàn)了嚴(yán)重的剝蝕分層，腐蝕形貌見圖4所示，壁板下方的鋼墊板上分布有大量鋁屑和鋼屑，鋼墊板表面的釘孔周邊出現(xiàn)了很多紅色銹斑，腐蝕情況見圖5所示。

圖3 油箱壁板腐蝕擴(kuò)展情況

圖4 壁板內(nèi)表面腐蝕情況

圖5 鋼墊板上表面的腐蝕情況

3 當(dāng)?shù)厥褂铆h(huán)境

當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)間約為7.0～9.5小時(shí)，日出時(shí)間較早，早上露水蒸發(fā)快，日照輻射量大，年累積總輻射量約為4380MJ/m2，紫外線約占總輻射量的3%，但紫外線累積輻射量較大；全年降水極少，屬干旱少雨地區(qū)，風(fēng)沙大，并且常有沙塵暴；晝夜溫差大，最高溫度曾達(dá)47.8℃，最低溫度10℃左右；夜晚相對(duì)濕度很大，大約有5～6小時(shí)空氣相對(duì)濕度為100%，易結(jié)露、起霧；氯化物是當(dāng)?shù)卮髿獾闹饕廴疚?，采用瞬時(shí)法測(cè)得平均值為0.412 mg/m3，大氣中二氧化硫、二氧化氮、硫化氫含量不高；大氣中水溶性降塵平均值為2.2769 g/m2·30d、非水溶性降塵最大為7.8000 g/m2·30d；露水中硫酸根平均值達(dá)116000 mg/m3、氯離子平均值達(dá)46000 mg/m3；地下水中氯化物和硫酸鹽含量也很高，氯離子含量達(dá)25700 mg/m3、硫酸根離子達(dá)42000 mg/m3；當(dāng)?shù)赝寥乐锌扇苄粤蛩猁}、氯化物含量較高，相當(dāng)于含鹽0.3～0.4%，屬中度鹽堿地區(qū)。

當(dāng)?shù)匕滋烊照諘r(shí)間長，白晝溫差大，夜晚相對(duì)濕度大，早上飛機(jī)機(jī)翼上壁板結(jié)露嚴(yán)重，見圖6所示；沙塵暴多，機(jī)體表面及蒙皮對(duì)縫處長時(shí)間沉積有沙塵，見圖7所示。

圖6 機(jī)翼上壁板結(jié)露示意圖

圖7 蒙皮對(duì)縫處積塵示意圖

4 腐蝕原因分析

飛機(jī)疲勞受載時(shí)間不到日歷時(shí)間的1%，99%以上均處于停放狀態(tài)，且飛行受載過程的腐蝕環(huán)境影響比較小，停放期間環(huán)境對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕程度影響極大[1]。在環(huán)境條件作用下飛機(jī)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生腐蝕，造成提前破壞，其實(shí)質(zhì)是帶污染的潮濕空氣的冷凝水，或進(jìn)入機(jī)體內(nèi)的雨水形成的水膜下的電化學(xué)腐蝕[2]。機(jī)翼整體油箱壁板出現(xiàn)局部邊緣腐蝕的部位在整體油箱壁板與前上蒙皮、后上蒙皮在7肋處的對(duì)接區(qū)，該部位同時(shí)也是機(jī)翼7肋鋼墊板連接區(qū)。由于該部位存在3條蒙皮對(duì)縫，大氣中污染物、降塵、沙塵、露水等容易在此處聚集形成腐蝕介質(zhì)，并滲透到結(jié)構(gòu)的內(nèi)部夾層縫隙，如果機(jī)翼整體油箱壁板防護(hù)層出現(xiàn)了損傷，在腐蝕介質(zhì)的作用下，機(jī)翼整體油箱壁板會(huì)出現(xiàn)腐蝕。由于出現(xiàn)腐蝕的該架飛機(jī)只使用了3年多，而在同樣的環(huán)境下使用了近10年的同型飛機(jī)該部位目前也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象，所以結(jié)合該飛機(jī)7肋鋼墊板連接區(qū)的分解檢查結(jié)果，機(jī)翼整體油箱壁板出現(xiàn)腐蝕的原因可能是以下幾種情況：

1）在使用過程中，由于沙塵的沖擊，機(jī)翼整體油箱壁板表面的防護(hù)層可能局部出現(xiàn)了劃傷，或者在裝配過程中，機(jī)翼整體油箱壁板表面的防護(hù)層局部出現(xiàn)了碰傷或劃傷；

2）在裝配過程中，對(duì)機(jī)翼整體油箱壁板和鋼墊板的自由端進(jìn)行了局部的機(jī)械打磨，但沒有對(duì)打磨區(qū)進(jìn)行有效的防護(hù)處理；

3）在裝配過程中，鉆孔時(shí)產(chǎn)生了很多鋼屑和鋁屑，這些鋼屑和鋁屑夾在壁板和鋼墊板之間，使壁板內(nèi)表面的防護(hù)層遭到劃傷。

鋼屑、鋁屑產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物緊密的粘合在鋼墊板上，壁板上的腐蝕沿著壁板厚度方向擴(kuò)展，同時(shí)還沿著與壁板表面平行的晶界方向漫延，生成的腐蝕產(chǎn)物體積大于金屬的體積，在晶界間起楔子作用，使壁板表面產(chǎn)生了鼓包，最終導(dǎo)致壁板狀層開裂。

5 模擬件加速腐蝕驗(yàn)證試驗(yàn)

由于飛機(jī)服役環(huán)境差別較大，特別是飛機(jī)結(jié)構(gòu)所處的局部環(huán)境更是各不相同，這就導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)環(huán)境譜有很大的差別。顯然，確定加速腐蝕試驗(yàn)方法需要從兩方面考慮：必須能夠再現(xiàn)飛機(jī)在服役過程中出現(xiàn)的主要損傷形式及特征，即再現(xiàn)性或相關(guān)性；要大大縮短實(shí)際環(huán)境下腐蝕歷程的時(shí)間，使加速腐蝕試驗(yàn)的周期和費(fèi)用減少到工程可接受的范圍，即加速性[3]。因此，用于模擬件加速腐蝕試驗(yàn)的環(huán)境譜是在對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的基礎(chǔ)上編制的，以盡量保證復(fù)現(xiàn)飛機(jī)在外場服役過程中的腐蝕損傷，一個(gè)完整的環(huán)境譜循環(huán)為：在PH值為4.0±0.2的5%的NaCl和H2SO4的混合溶液中浸泡9.8分鐘，然后在溫度為40℃±2℃、相對(duì)濕度為90%～95%的環(huán)境下用遠(yuǎn)紅外燈烘烤12.5分鐘。當(dāng)量腐蝕一日歷年為348次循環(huán)，共計(jì)129.1小時(shí)。為復(fù)現(xiàn)外場的腐蝕情況，設(shè)計(jì)了腐蝕試驗(yàn)?zāi)M件，模擬件結(jié)構(gòu)與真實(shí)結(jié)構(gòu)相似，共有四層，材料與防護(hù)涂層與真實(shí)結(jié)構(gòu)一樣，見圖8所示。

經(jīng)過10個(gè)當(dāng)量日歷年的腐蝕試驗(yàn)，對(duì)模擬件進(jìn)行了分解檢查，模擬件整體油箱壁板表面出現(xiàn)了輕微的鼓泡，對(duì)縫處沒有出現(xiàn)涂層掉落，見圖9所示；壁板內(nèi)表面沒有出現(xiàn)腐蝕分層，但是鋼墊板在釘孔周圍出現(xiàn)了較多的紅褐色腐蝕產(chǎn)物，由于試驗(yàn)件會(huì)周期性浸沒在腐蝕溶液中，因此鋼墊板表面的腐蝕情況與實(shí)際情況有一定差異，見圖10所示。

圖8 腐蝕試驗(yàn)?zāi)M件

圖9 壁板外表面腐蝕情況

圖10 鋼墊板上表面腐蝕情況

對(duì)縫處沒有出現(xiàn)涂層掉落、壁板內(nèi)表面也沒有出現(xiàn)腐蝕分層的情況與在同樣環(huán)境下使用10年的多數(shù)飛機(jī)情況吻合，這是由于試驗(yàn)件尺寸相對(duì)較小，為平板構(gòu)件，加工質(zhì)量要優(yōu)于實(shí)際結(jié)構(gòu)，在裝配、運(yùn)輸過程中涂層表面沒有產(chǎn)生劃傷等問題，也沒有對(duì)蒙皮的端面進(jìn)行機(jī)械打磨，使防腐能力得到了保證。

6 防腐處理措施

機(jī)翼整體油箱壁板最大厚度為2.3mm，可以拆卸部分鉚釘后將之撬起，取出鋼墊板，對(duì)鋼墊板與鋁合金蒙皮進(jìn)行防腐處理后再將鋼墊板放入，修理時(shí)可能需要加墊，但腐蝕處理后需要維持氣動(dòng)外形，對(duì)縫處的高度也不能高出機(jī)翼外形太多，按飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕控制的要點(diǎn)，在在役飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材、制造技術(shù)等因素已無法改變的前提下，在進(jìn)行腐蝕修理時(shí)主要可采取選擇最佳防護(hù)體系、防止異種金屬接觸、采用先進(jìn)密封劑進(jìn)行防腐蝕密封設(shè)計(jì)等防腐處理措施[4]。具體處理見如下步驟：

1）分解機(jī)翼7肋鋼墊板連接區(qū)，取出鋼墊板；

2）對(duì)鋼墊板進(jìn)行吹砂處理，去除表面鋼屑、鋁屑、漆層和其它污物；

3）對(duì)鋼墊板進(jìn)行鍍鋅鈍化處理后，在鋼墊板整個(gè)外表面涂HM105密封膠，膠層單面厚度不超過0.2mm；

4）清潔機(jī)翼7肋鋼墊板連接區(qū)的3條蒙皮對(duì)縫，打磨去除蒙皮內(nèi)外表面、蒙皮端面、鋁墊板上的腐蝕產(chǎn)物，直到露出光亮的金屬層，腐蝕打磨區(qū)要光滑過渡，避免出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中；

5）去除腐蝕產(chǎn)物后，測(cè)量打磨區(qū)壁板的厚度，如果滿足強(qiáng)度要求，在蒙皮、鋁墊板的打磨區(qū)涂阿洛丁進(jìn)行氧化，再涂37002鋅黃底漆；

6）根據(jù)打磨的實(shí)際情況，視情在壁板上、下面增加鋁墊板或涂膠，用以維持外形，新增鋁墊板表面應(yīng)該進(jìn)行陽極化氧化（或阿洛丁氧化），并涂37002鋅黃底漆；

7）裝配機(jī)翼7肋鋼墊板連接區(qū)，放入鋼墊板后，壓平壁板，在蒙皮對(duì)縫處涂HM105密封膠，螺栓和鉚釘采用37002鋅黃底漆進(jìn)行濕裝配，同時(shí)螺栓頭和鉚釘頭涂37002鋅黃底漆，對(duì)縫處外露膠層允許寬度2～4mm、膠層允許高出蒙皮外表面0.3mm；

8）最后在蒙皮外表面涂C21/100、HFA130面漆，并使面漆覆蓋蒙皮對(duì)縫。

7 結(jié)論

通過外場腐蝕檢查和模擬件加速腐蝕試驗(yàn)，可以得到以下結(jié)論：

1）鋁合金壁板前期腐蝕擴(kuò)展較慢，后期腐蝕擴(kuò)展加速，在出現(xiàn)輕微腐蝕的情況下就應(yīng)對(duì)腐蝕進(jìn)行處理，防止腐蝕擴(kuò)大，以降低腐蝕處理難度和成本；

2）裝配、運(yùn)輸、使用過程中，鋁合金涂層表面的碰傷、劃傷等問題，將會(huì)嚴(yán)重削弱涂層的防腐性能，并且會(huì)加快鋁合金的腐蝕。

[1]陳躍良.飛機(jī)結(jié)構(gòu)局部環(huán)境加速腐蝕當(dāng)量譜.南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，31(3).

[2]李金桂.軍用飛機(jī)防腐蝕設(shè)計(jì).材料工程，1998（6）.

[3]陳群志.典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗(yàn)方法研究.試驗(yàn)技術(shù)與設(shè)備，2004，1（2）.

[4]鄒長林.軍用飛機(jī)腐蝕控制的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求.材料工程，1996（4）.