魯禮菊，曹瑤琴，孫祚東，陳 忱，邱 實

(1.中國特種飛行器研究所，湖北 荊門 448035；2.中國直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001 )

TFHS-15硬膜緩蝕劑在直升機上的應(yīng)用研究

魯禮菊1，曹瑤琴2，孫祚東1，陳 忱2，邱 實1

(1.中國特種飛行器研究所，湖北 荊門 448035；2.中國直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001 )

介紹了硬膜水置換型緩蝕劑的特點。根據(jù)直升機使用要求，對TFHS-15緩蝕劑的8項主要性能進行了測試,并進行了加速腐蝕試驗和在直升機維護中的工程應(yīng)用，驗證了緩蝕劑的有效性。研究結(jié)果表明，緩蝕劑作為腐蝕預(yù)防的有效手段，可在直升機制造和維護中推廣。

緩蝕劑；加速腐蝕試驗；直升機

0 引言

經(jīng)常在沿海地區(qū)服役的直升機腐蝕問題比較突出，究其原因，主要是沿海地區(qū)濕度大(75%～80%)，多海霧，大氣中含鹽量高，而且工業(yè)污染也加劇了腐蝕。直升機停放時，機體結(jié)構(gòu)下部距地面或甲板較近，地面或甲板水蒸氣蒸發(fā)凝結(jié)于結(jié)構(gòu)表面，使結(jié)構(gòu)表面長期處于潮濕環(huán)境，水、凝露和水蒸氣進入非密封的連接縫隙處，從而造成嚴重腐蝕；直升機停留在甲板上時，大量的海水會濺到機體上；直升機在海面上懸停時，旋翼掀起的氣流使周圍的海水形成旋渦，海水呈霧狀吸入發(fā)動機，并覆蓋到機體表面，造成機體、發(fā)動機壓氣機葉片上附著大量的鹽沉積物，致使結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和電氣設(shè)備嚴重腐蝕，直接影響飛行的安全性及系統(tǒng)的工作可靠性。另外，緊固連接區(qū)域、貼合面等部位受到振動及交變載荷的作用，緊固件易產(chǎn)生松動，引起防護涂層開裂，腐蝕介質(zhì)可侵入到緊固件孔壁或結(jié)構(gòu)縫隙內(nèi)部，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕損傷。如果緊固件與基體材料存在較高的電位差，會促進腐蝕的發(fā)展[1-2]。

針對這些造成腐蝕的原因，除了在結(jié)構(gòu)設(shè)計時注意密封、防水、排水等措施外，國外在直升機制造和使用維護時，已經(jīng)使用緩蝕劑增強結(jié)構(gòu)的腐蝕防護能力，國內(nèi)也已經(jīng)開展了大量基礎(chǔ)研究[3-5]，但尚未實現(xiàn)推廣應(yīng)用。

本項研究采用國內(nèi)研制的TFHS-15新型硬膜水置換型緩蝕劑，在滿足國外相關(guān)標準技術(shù)指標的基礎(chǔ)上，針對直升機開展了專項性能測試，并進行了外場應(yīng)用驗證，為緩蝕劑在直升機制造、使用維護、維修中的工程應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 硬膜水置換型緩蝕劑性能特點

緩蝕劑是一種可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或幾種化學(xué)物質(zhì)的混合物，目前應(yīng)用較為普遍的緩蝕劑均是水置換型，這類緩蝕劑具有良好的滲透性和水置換性，能迅速滲透到飛機結(jié)構(gòu)縫隙內(nèi)部，將縫隙內(nèi)及金屬表面的水分置換到外部，使金屬與水分隔離，同時在金屬表面沉積上一層保護膜，有效延緩金屬材料的腐蝕發(fā)生。

硬膜水置換型緩蝕劑具有較強的滲透性能和較好的耐久性，防護性能相當于輕型水置換型緩蝕劑和重型非水置換型緩蝕劑的雙層體系，不僅大大減小了噴涂工作量，還避免了雙層緩蝕劑體系對飛機增重過大的缺點。

2 根據(jù)直升機使用要求進行的性能測試

2.1 閃點

2.1.1 測試方法及要求

按照GB/T 208進行測試，要求閃點不低于45℃。

2.1.2 實測結(jié)果

實測閃點為50℃。

2.2 干燥時間

2.2.1 測試方法及要求

按照GB/T 1728進行干燥時間測試，表干時間應(yīng)不大于3h，實干時間應(yīng)不大于72h。

2.2.2 實測結(jié)果

實測3h達到表干，72h達到實干，滿足性能要求。

2.3 耐低溫性能

2.3.1 測試方法及要求

鋁合金試片噴涂緩蝕劑并實干后，將試片置入低溫箱，在-55℃±2℃下保持至少1h。試片從低溫箱中取出的5min中之內(nèi)，在試片膜層上劃四條平行的相距大約3mm的劃痕，長度大約25mm。然后再垂直于這四條劃痕劃四條相同的劃痕。如果劃痕格內(nèi)的膜層剝落則應(yīng)視為結(jié)合力不合格。距劃痕邊緣膜層剝離超過1.3mm則應(yīng)視為剝落。

2.3.2 實測結(jié)果

實測膜層剝落寬度為0.6mm，滿足性能要求。

2.4 耐高溫性

2.4.1 測試方法及要求

鋁合金試片噴涂緩蝕劑并實干后，將試片置入高溫箱，在70℃±2℃下保持至少1h。試片從高溫箱中取出的5min中之內(nèi)，在試片膜層上劃四條平行的相距大約3mm的劃痕，長度大約25mm。然后再垂直于這四條劃痕劃四條相同的劃痕。如果劃痕格內(nèi)的膜層剝落則應(yīng)視為結(jié)合力不合格。距劃痕邊緣膜層剝離超過1.3mm則應(yīng)視為剝落。

2.4.2 實測結(jié)果

實測膜層剝落寬度為0.6mm，滿足性能要求。

2.5 對漆膜的影響

2.5.1 測試方法及要求

采用涂有直升機用底漆的試片，按照GB/T 9274(甲法)在緩蝕劑中浸泡72h，去除緩蝕劑后，按照GB/T 6739測試鉛筆硬度。要求鉛筆硬度不降低。

2.5.2 實測結(jié)果

漆膜鉛筆硬度未降低，滿足性能指標要求。

2.6 對密封劑的影響

2.6.1 測試方法及要求

將直升機用密封劑試驗件，按照GB/T 9274(甲法)在緩蝕劑中浸泡48h后，按GB/T 528進行拉伸強度、拉伸伸長率試驗。要求拉伸強度、拉伸伸長率不下降或滿足密封劑性能指標要求。

2.6.2 實測結(jié)果

浸泡前：拉伸強度6.38MPa，斷裂伸長率38%；浸泡后，試驗件外觀無變化，拉伸強度7.72MPa，斷裂伸長率：42%。測試結(jié)果滿足性能要求。

2.7 對厭氧膠的影響

2.7.1 測試方法及要求

將涂有直升機用厭氧膠的螺栓，按照GB/T 9274(甲法)浸泡48h后，按HB/ 5315測試破壞力矩。要求測試力矩不降低，或滿足設(shè)計要求。

2.7.2 實測結(jié)果

浸泡前，破壞扭矩10.0N·m；浸泡后，試驗件表面無變化，破壞扭矩為11.0N·m。滿足性能指標要求。

2.8 對膠粘劑的影響

2.8.1 測試方法及要求

將采用直升機用膠粘劑粘接的鋁合金試片，按照GB/T 9274(甲法)浸泡48h后，按照GB 7124進行剪切強度試驗。要求剪切強度不降低或符合設(shè)計要求。

2.8.2 測試結(jié)果

浸泡前，拉伸剪切強度為6.0MPa，浸泡后，試驗件表面無變化，拉伸剪切強度為6.2MPa。滿足性能要求。

2.9 功能滲透性能

2.9.1 測試方法及要求

1) 采用6個噴涂底漆的鋁合金試片及M6螺栓按圖1進行組裝，安裝力矩340N·cm±15N·cm。

2) 將兩條50mm×(12～14)mm×(3～5)mm的密封膠粘帶貼到每個裝配組合的一端并密封。

3) 將三個試片組合件支撐起來，密封區(qū)域在上部并與水平面保持10°角。

4) 取1.0mL檢測緩蝕劑(為了檢測方便，可以將染料加入緩蝕劑中，但濃度不要超過80mg/L)倒到每個組合件上由密封膠帶所圍成的區(qū)域內(nèi)。

5) 24h后，用干凈、干燥的干棉花團去除多余緩蝕劑。

6) 去除密封膠帶后立即用干凈的濾紙將配合表面的緩蝕劑擦掉，并拆除緊固件。

7) 打開每個組合件，用一個75mm×50mm透明的網(wǎng)絡(luò)(共150cm2)測定每個配合表面被緩蝕劑潤濕區(qū)域的百分數(shù)。

要求3個試片接合面被緩蝕劑浸潤表面的平均面積不小于85%，任意單個試件接合面被緩蝕劑浸潤表面的面積不小于80%。

2.9.2 測試結(jié)果

3個試件被緩蝕劑浸潤表面的平均面積：95%，單個試件被緩蝕劑浸潤表面的面積分別為：94%、95%、95%。

圖1 功能滲透性試驗示意圖

3 實驗室加速腐蝕驗證試驗

3.1 加速試驗方法

采用加速試驗環(huán)境譜進行評定試驗可以明顯縮短研究歷程[6-8]。加速試驗環(huán)境譜參照固定翼飛機內(nèi)部結(jié)構(gòu)加速試驗環(huán)境譜編制，見圖2。由濕熱暴露試驗、常溫疲勞試驗和酸性鹽霧試驗3個譜塊組成。試驗共進行5個周期。

圖2 直升機內(nèi)部結(jié)構(gòu)防護層加速試驗環(huán)境譜

3.2 試驗件

分別采用2A12鋁合金和30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼材料制作典型連接件。為考察緩蝕劑本身的耐腐蝕性能，在試驗件表面直接噴涂緩蝕劑，不采取其他表面防護措施。

3.3 加速試驗結(jié)果分析

加速試驗進行5個周期后，2A12鋁合金和30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼空白試驗件出現(xiàn)了嚴重腐蝕，見圖3、圖4。尤其是結(jié)構(gòu)鋼試驗件，表面腐蝕面積超過了90%。噴涂緩蝕劑的試驗件，表面未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。試驗表明，緩蝕劑應(yīng)用于直升機內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可延緩腐蝕發(fā)生，并對腐蝕的發(fā)展有明顯的抑制作用。

圖3 緩蝕劑在鋁合金鉚接件上的應(yīng)用試驗

圖4 緩蝕劑在鋼螺接件上的應(yīng)用試驗

4 在某型直升機典型結(jié)構(gòu)部位上的應(yīng)用

結(jié)合某型直升機維護工作，進行緩蝕劑在現(xiàn)役直升機上的工程試用，為緩蝕劑在直升機維修和在研飛機上的工程應(yīng)用提供依據(jù)。根據(jù)某型直升機腐蝕普查結(jié)果，選取易腐蝕、難修理的艙底、浮筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)作為試用區(qū)，見圖5。

圖5 緩蝕劑在直升機上的應(yīng)用

緩蝕劑在直升機上的局部試用從2014年8月開始，試用周期暫定為5年。經(jīng)過多次對試用區(qū)域進行檢查，重點是搭接及連接部位，目前緩蝕劑噴涂部位尚無腐蝕失效現(xiàn)象發(fā)生，后續(xù)將對應(yīng)用部位繼續(xù)進行跟蹤觀察。

5 結(jié)論

1)TFHS-15緩蝕劑性能滿足直升機使用要求，可用于直升機結(jié)構(gòu)連接部位的腐蝕防護。

2)TFHS-15緩蝕劑可有效延緩在海洋環(huán)境下服役直升機內(nèi)部結(jié)構(gòu)腐蝕的發(fā)生，并對腐蝕的發(fā)展具有明顯的抑制作用，可有效提升直升機抗腐蝕品質(zhì)。

[1] 王紹明，陳立莊，趙 勇.TA2鈦合金與5083鋁合金電偶腐蝕行為和連接工藝的研究[J]. 江蘇科技大學(xué)學(xué)報,2012，26(2)：352-354.

[2]趙 旭，孔煥平，劉昌奎，等. 飛機水平安定面后梁中段裂紋原因分析,2013，8(4)：236-240.

[3] 黃昌龍. 飛機腐蝕與防腐劑的使用[J].航空工程與維修,2001，(1)：35-36.

[4]朱辰 邱實.緩蝕劑在軍用飛機維護中的應(yīng)用研究[J].裝備環(huán)境工程,2013，10(5)： 334-337.

[5]孫祚東 李云仲.緩蝕劑及其在飛機上的應(yīng)用[J].裝備環(huán)境工程,2014，12(6)： 100-104.

[6]陳群志,孫祚東，等.典型飛機結(jié)構(gòu)加速腐蝕試驗方法研究[J].裝備環(huán)境工程，2004，1(2)：13-17.

[7]王艷艷，舒 暢，李 超.自然環(huán)境譜轉(zhuǎn)化為加速試驗環(huán)境譜的方法[J].裝備環(huán)境工程，2014，11(1)：34-38.

[8]蘇景新，白 云，關(guān)慶豐，等.飛機蒙皮結(jié)構(gòu)表面涂層失效的電化學(xué)阻抗分析[J]. 中國腐蝕與防護學(xué)報，2013，33(3)：251-256.

Application Research on TFHS-15 Hard Film Corrosion Inhibitor in Helicopters

LU Liju1, CAO Yaoqin2, SUN Zuodong1, CHEN Chen2, QIU Shi1

(1.Special Vehicle Research Institute of China，Jingmen 448035，China;2.China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China)

The characteristic of hard film water-displacing corrosion inhibitors was introduced.On the basis of requirements of helicopter application，eight main performances of TFHS-15 corrosion inhibitors were tested,and the validity of corrosion inhibitor was confirmed through accelerated corrosion tests and engineering applications on the helicopters maintenance. Results showed that applications of corrosion inhibitor in helicopter manufacture and maintenance as an effective means to prevent corrosion was valuable for popularization.

corrosion inhibitor；accelerated corrosion test；helicopter

2016-09-09

魯禮菊(1964-)，女，湖南常德人，大學(xué)本科，研究員，研究方向：飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計和腐蝕防護與控制技術(shù)。

1673-1220(2016)04-021-04

V254.2；V250.4

A