賈艷麗

摘 要：腐蝕是造成機載設備失效的主要原因之一，對機載設備進行防腐設計是提高機載設備使用壽命的一個重要手段。本文主要從機載設備的金屬結構腐蝕機理、腐蝕產生的原因以及防腐設計等方面對機載設備防腐設計進行了分析和闡述，對后續(xù)機載設備的結構設計有一定的參考意義。

關鍵詞：機載設備;腐蝕機理;防腐設計

中圖分類號：TG179 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0074-02

航空工業(yè)作為我國國防建設的重要項目之一，對我國國防事業(yè)有著不可忽視的重要作用。航空機載設備的腐蝕問題不僅降低了飛機的安全系數(shù)，而且當其出現(xiàn)腐蝕問題時，需停機進行長時間的維修工作，影響正常的飛行訓練，另外，還需高昂維修費用，這些因素在很大程度上制約了我國航空事業(yè)的發(fā)展。基于以上因素，本文主要從機載設備的金屬結構腐蝕機理、腐蝕產生的原因以及防腐設計包括材料選用、表面防腐、結構設計、制造工藝等方面對機載設備的防腐設計進行了分析和闡述。

1 金屬腐蝕機理

金屬材料在使用和生產過程中，由于環(huán)境因素不斷作用，導致金屬材質出現(xiàn)變質的情況，改變了金屬原有的機械性能、物理性能和化學性能，將這種改變叫做金屬腐蝕。

金屬腐蝕的本質就是金屬原子失去電子被氧化的過程。目前，將金屬腐蝕分成兩大類，分別是化學腐蝕以及電化學腐蝕。

1.1 化學腐蝕

環(huán)境介質和金屬發(fā)生直接接觸，導致金屬出現(xiàn)化學反應。在金屬化學腐蝕中，并不會產生電流，而是直接產生腐蝕產物，腐蝕產物會將腐蝕地點進行覆蓋，一般發(fā)生化學腐蝕是由于使用環(huán)境介質中具備一定水分，空氣比較潮濕。例如，鋼鐵在高溫環(huán)境中往往發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，如果同時存在含硫或含鹽物質，則在高溫環(huán)境下鋼鐵會加快腐蝕，這也稱為熱腐蝕。

1.2 電化學腐蝕

金屬和氧形成兩個電極，組成腐蝕原電池的金屬不純，在與電解質溶液發(fā)生接觸的過程中，會出現(xiàn)原電池反應，活潑的金屬就會失去電子，進而被氧化，最典型的例子就是鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生的腐蝕。

2 機載設備腐蝕產生的原因

根據(jù)航空機載設備發(fā)生腐蝕的機理分析，將其產生腐蝕的因素分為外部原因和內部原因。

對于外部因素，主要指外界自然環(huán)境。航空機載設備隨飛機在包括高低溫、低氣壓、鹽霧、砂塵、淋雨和霉菌等嚴酷惡劣的復雜氣候環(huán)境中使用，自然環(huán)境中潮濕的空氣、腐蝕性的氣體、空氣中存在的含硫或含鹽污染物質、使用情況，都是機載設備發(fā)生腐蝕的外部因素。

對于內部因素，主要是指航空機載設備本身所具有的抗腐蝕能力，包括航空機載設備的材料選用、表面防護、結構設計、零部件的加工制造工藝等方面。

3 機載設備防腐蝕的設計

3.1 材料選用

材料選用是防腐設計的基礎環(huán)節(jié)，針對機載設備使用環(huán)境，結合其所需的力學結構特性，機載設備結構件通常采用鋁合金，包括2A12、防銹鋁、7050等，不銹鋼包括馬氏體型不銹鋼14Cr17Ni2、奧氏體型不銹鋼1Cr18Ni9Ti、沉淀硬化型不銹鋼0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr15Ni5Cu2Ti，鈦合金包括TC11、TC4等材料。

鋁合金密度低、強度高、耐蝕性好，易加工成型，通過熱處理和表面處理后可以得到良好的機械性能、物理性能和抗腐蝕性能。其主要用于機載設備外形結構如骨架、側板、蒙皮等。

不銹鋼密度高，強度、硬度及耐磨性均較好，其中的沉淀硬化型不銹鋼的耐蝕性能在不銹鋼類型中耐蝕性能最優(yōu)。其主要用于機載設備的承力結構，如掛鉤、接頭、止動螺栓、連接螺栓等。

鈦合金密度低，強度高，低溫性能良好，能夠耐酸耐堿，在嚴酷的氣候環(huán)境被廣泛應用，適用于要求重量輕、剛強度高的航空機載設備中。主要用于機載設備的承力結構如連接接頭、止動器、氣閥集成座等。

3.2 表面防護

雖然金屬表面會形成一層天然的保護膜，但在嚴酷惡劣的氣候環(huán)境中其不能達到防腐防護效果，因此，對于機載設備的零組件在加工制造完成后，都要對其進行表面防護，以提高其產品的防腐性能。

3.2.1 表面處理

表面處理技術主要是金屬表面化學轉化膜，使其表面形成致密的氧化物薄膜，達到防腐效果。針對鋁合金材料，其表面處理應用較多的是化學氧化處理和陽極化氧化處理。其中，陽極化氧化處理的防腐性能優(yōu)于化學氧化處理，工廠應用較多的是對鋁合金零件進行硫酸和鉻酸陽極化處理;對于不銹鋼材料，其表面處理應用較多的是鈍化處理，然后用偏堿的溶液進行沖洗;對于鈦合金材料，其表面處理應用較多的是發(fā)藍處理。

以上材料的表面處理防護措施均經過多次的濕熱、240h鹽霧、砂塵和淋雨等嚴酷惡劣的氣候環(huán)境試驗考核，表面防護措施有效。

3.2.2 噴漆處理

機載設備的表面防護措施的另一種方式是噴漆處理，即在對機載設備零組件進行表面處理后，再對其進行噴漆，進一步提高其耐蝕性能。噴漆表面不僅可以使機載設備與環(huán)境中的腐蝕介質隔離，對金屬表面的腐蝕進行抑制。

機載設備的表面噴漆可以采用底漆和面漆結合使用，達到多層防護的效果。漆層選用上盡量選用與金屬附著力強的漆層，如QH-15防腐環(huán)氧底漆和QFS-15/B05號?；疑秃蚓郯滨ゴ牌?，耐嚴酷氣候環(huán)境的納米漆等。

3.3 結構設計

3.3.1 防腐結構設計原則

若機載設備零組件結構幾何形狀比較復雜，那么出現(xiàn)腐蝕的概率就會增加，而且腐蝕會隨著時間推移不斷嚴重。因此，對于機載設備而言，盡量遵循簡單原則，減少尖角設計;盡量使機載設備的零組件形狀簡單，減少表面與腐蝕介質的接觸面積，降低腐蝕發(fā)生的概率。

3.3.2 排水孔設置

機載設備大多采用鋁合金及不銹鋼等材質制造而成，在經過長時間使用后，表面出現(xiàn)裂縫，若液體流通不暢，則該部位就很容易出現(xiàn)腐蝕裂縫。在經過長時間的腐蝕后，會容易造成應力腐蝕，會對機載設備整體結構造成嚴重影響。

因此，對于機載設備中有可能會有雨水、冷凝水等凝結聚集的地方，為防止水分在此處聚集，應在相應結構部位設置排水口，如圖1所示，保證機載設備盡量處于干燥狀態(tài)。

3.4 不同零部件材料設置

機載設備的不同零部件盡量保持材料統(tǒng)一屬性，尤其是在二者連接處，避免出現(xiàn)較大縫隙，發(fā)生縫隙腐蝕;另外，當兩種有電位差的金屬直接接觸并處于同一電解溶液環(huán)境中時，就可能會發(fā)射電化學腐蝕。因此，在結構設計時，盡量避免不同金屬材料直接接觸，若無法避免，應采取相應措施降低其電位差。

3.5 優(yōu)化強度設計

機載設備結構設計時，需考慮機載設備在腐蝕條件下的機械剛強度。一般來說，所設計的機載設備結構不但要滿足高腐蝕強度，還要考慮到高機械剛度，留有一定腐蝕余量，腐蝕余量要超過機械結構腐蝕深度限制兩倍。

3.6 密封結構設計

對于機載設備的結構設計過程中，盡量選用密封結構設計，尤其是對于機載設備抗腐蝕能力薄弱部位，使其盡量避免與腐蝕性環(huán)境直接接觸，如螺釘連接處涂膠、盒體腔型零組件灌膠處理等，灌膠處理如圖2所示。

3.7 其他方面

機載設備的防腐還可以從制造方面著手，如提高金屬表面加工精度，提高粗糙度;經試驗考核驗證，粗糙度精度高的零組件其耐腐性能優(yōu)于粗糙度精度等級低的零組件，圖3是機載設備零部件經過鹽霧試驗考核后表面銹蝕情況。

4 結語

防腐設計是機載設備結構設計的重要組成部分，零組件材料選用時，盡量選用防腐性能優(yōu)良的鋁合金、不銹鋼及鈦合金;表面防護方面主要是結合機載設備零組件的不同使用環(huán)境和防腐要求，選用不同的防護措施，鋁合金的陽極化、不銹鋼的鈍化和鈦合金的發(fā)藍處理等;結構設計方面遵循簡單原則，避免不同材料的電化學腐蝕、縫隙腐蝕同時針對具體結構設置排水孔和采用灌膠涂膠等密封結構設計;另外，提高零組件表面的加工粗糙度精度，也可以提供機載設備的耐蝕性能。

參考文獻

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