飞机结构腐蚀的评价

第1篇：飞机结构腐蚀的评价

飞机结构腐蚀损伤概率模型研究

摘要：在外场现役飞机检测到腐蚀时，应立即技术处理腐蚀部位，使很难在同一个地方从飞机的同一部分获得了腐蚀坑深度发展的数据。对航空公司提供的运行条件下结构腐蚀损伤数据进行统计分析，并确定工作环境下腐蚀损伤的分布规律，可以提高现场腐蚀测量数据应用的可靠性。为了解释腐蚀对结构材料疲劳性能的影响，介绍了飞机结构中损伤概率的模型研究。

关键词：腐蚀;等效腐蚀损伤;统计分析

优质铝合金是现役飞机和许多抗腐蚀的超高强度铝合金的主要结构材料。如沿海和海上使用的飞机容易受到腐蚀，特别是因为环境温度和湿度。这不仅影响飞机结构的使用寿命，而且对飞机的飞行安全构成重大的安全风险。受经济因素的影响，一些老龄飞机在服役期满后继续运行，腐蚀损伤是老龄飞机安全的重要因素之一。由于结构腐蚀损坏，机构结构的初始裂纹可能会很早出现。同时，裂纹拉伸速度增加，结构件的使用寿命大大缩短。

一、腐蚀原因分析

1.结构缺陷。虽然早期开发的军用飞机主要注重战术性能，但缺乏明确的飞机使用维护指标和结构完整性，特别是由于飞机结构的腐蚀要求，降低了这些飞机的抗腐蚀能力，机体结构腐蚀在使用过程中无法避免。一般设计不考虑防水和排放，因此，飞机极有可能积水，导致飞机结构腐蚀，其中大部分积水会造成腐蚀。此外，采用了高质量、轻质、高强度、超硬铝的铝-锌-镁-铜作为主要主承力件。与硬铝不同，添加强化锌会降低耐腐蚀性，应力集中是由于超硬铝而产生的，引起应力腐蚀。

2.电化学反应。是现代飞机腐蚀的主要原因。在设计结构中，两种不同金属之间的关系不可避免。当金属表面对于两种不同的金属触点损坏时，金属接触表面之间会出现水分的现象，并且由于不同金属之间的电位差而形成微电池，从而导致氧的氧化还原和金属的化学损坏。电化学侵蚀广泛存在于飞机结构中。

二、等效腐蚀损伤

在服役过程中，它通常会腐蚀结构。特别是我国军用飞机地面90%的时间停放，控制飞机使用寿命的延长，飞行结构造成的腐蚀损伤巨大，直接影响到飞行安全，必须定期调查腐蚀损伤情况。腐蚀的发生和发展是一个规律性，它会影响金属表面环境、材料热处理、加工、载荷和涂层质量等诸多因素，并用作材料疲劳的随机变量。本文从等效腐蚀入手，研究腐蚀损伤的分布结构。腐蚀损伤可表现为各种特征，如腐蚀深度、面积、量等。然而，是不规则的腐蝕损伤，细密的形状很复杂，上述一些特征变得很难确定。在本文中，我们将考虑腐蚀损伤方法量化，以避免复杂的几何形状。腐蚀损伤降低了结构的承载能力，大大降低了材料的疲劳性能，并直接影响飞机结构的使用寿命。影响主要来自两个方面。腐蚀坑对材料S N?曲线的影响与应力集中对材料S N?曲线的影响一致。侵蚀改变了元件表面材料的疲劳特性。

三、等效腐蚀损伤的统计特征

1.分布多个形式。根据以往的研究，腐蚀损伤的最大形式是正态、极值Gumbel、Logistic、2双参数和三参数威布尔分布。还需要确定由相同方法引起的腐蚀损伤是否符合上述分布。在此进行比较研究，假设等效腐蚀破坏与上述分布一致，并且可以从中选择最佳分布。

2.检验统计。用某机翼主梁和后梁LF65轮浸腐蚀预腐蚀和疲劳实验。MVS疲劳测试仪采用，此测试分为六组，每组在预腐蚀的不同时间进行，然后在疲劳对象中进行，导致测试期内的疲劳强度。目前，已经提取了一些数据，并对合适的腐蚀损伤进行了统计研究。这种结构的机翼主梁材料是锻件30CrMnSiNi2A，测试前后的疲劳强度0d(无预蚀刻)和疲劳强度随机变量，所以未腐蚀与预腐蚀后的数据可以从一对两次测量的耐腐蚀性数据中计算出来。获得了一系列相当于预腐蚀(5d)的腐蚀损伤数据，并按升序排列。所有五种分布类型都用最小二乘法进行检验，所得线性方程和相应系数如表2所示。其结果是，每种分布类型的结果都显示出良好的线性趋势，这些趋势非常线性，相关系数差异也很小。

他们通过检验水平α=0.99，rc=0.713计算得到。相关系数明显大于rc值，发现回归效果显著。由三参数威布尔的线性系数是最大的，所以即使采其分布，腐蚀损伤分布的规律择优选用。这些结果与常规结论一致，腐蚀损伤可以等效计算。

腐蚀损伤得到分布规律统计检验。几种分布累积规律等效腐蚀损伤分布均能较好，相比之下，相对系数较高的是三参数威布尔，因此建议根据结果进行选择，表明了计算腐蚀性损害的等效方法的可行性。

参考文献：

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[2]张瑞.孔蚀统计规律的对比研究[J]，中国腐蚀与防护学报，2019，18(2)：161-166.

[3]周涛.中国飞机结构腐蚀分区和当量环境谱[J].航空学报，2019，20(3)：230-233.

[4]李岭.腐蚀科学与防腐工程技术新进展[M].中国腐蚀与防护学会主编，北京：化学工业出版社，2019.570-573.

作者：羊洋 杨雯心

第2篇：飞机结构腐蚀与防护

摘要：本文对飞机的结构腐蚀及防护进行了简要的介绍，首先表达了飞机腐蚀的重要性，由腐蚀造成的飞机事故屡屡发生，给人们带来了非常严重的损失。接着介绍了影响飞机腐蚀的因素、飞机腐蚀的种类以及去腐蚀的方法和简单的预防维护措施。 腐蚀带来了昂贵的维护问题，严重影响人们的生命财产安全。这一问题必须引起重视，做好防护与控制，确保飞机安全和经济运行。

关键词：影响因素、腐蚀类型、去腐蚀、防护

1.飞机腐蚀的重要性

从目前波音公司采集的数据来看，世界航空公司机队发生在飞机结构上的二级以上腐蚀的报告率，从1993年至1997年呈下降趋势，而1998年以后则呈上升趋势。这就迫使航空公司要充分重视腐蚀问题。腐蚀给航空公司带来了代价高昂的维护问题，而不当的维护和对腐蚀的忽视，进一步导致了腐蚀的产生和蔓延，其代价将是更加昂贵的。

目前飞机的服役期一般都要在20 年以上，从飞机的整体情况来看，飞机结构腐蚀比机械疲劳问题更为严重。在航空史上，因腐蚀问题造成的飞行事故，过去也是屡屡发生。如1985年8月12日，日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁，死亡人数达500余人。而英国慧星式客机和美国FIII战斗机坠毁事件，则是国际上著名的应力腐蚀典型事故。 因此飞机机体的腐蚀，特别是结构件的应力腐蚀和疲劳腐蚀往往会造成灾难性事故，危及人们的生命和财产安全。

2.影响飞机腐蚀的因素

自然环境因素対腐蚀的影响

潮湿空气是造成飞机结构腐蚀的重要因素之一。潮湿空气与地理环境是紧密相连的，我国地理环境和气候条件十分复杂，受季风影响明显，全国大部地区都处在温暖而潮湿的东南季风和西南季风控制下，暖季节时比世界上同纬度的国

家和地区的温度高，相对湿度和降雨量大。这些都是我国各机场的飞机腐蚀问题较为严重的原因。别外，工业大气中含有大量的腐蚀性气体，这些污染物中对金属腐蚀最大的是二氧化硫气体。如果大气中含有超过百分之一的二氧化硫气体时，腐蚀会急剧加快，特别是相对湿度超过百分之七十六时，腐蚀急剧加速同时对镀锌、镀镉层也有相当严重的腐蚀作用。

飞机在航线使用过程中，由于地面和高空的温差较大，飞机的机身内部会形成大量的冷凝水。这些冷凝水通过排水通道流到货舱底部。冷凝水中含有饱和状态的氯离子，特别是经常飞沿海地区的飞机，冷凝水中含有氯离子的成分就更高。氯离子对飞机结构的腐蚀能起到严重催化作用，即对飞机结构有很大的腐蚀作用。在飞机使用过程中，由于环境恶劣，如雨、雪、雾、沙尘天气较多，空气潮湿、盐雾、工业大气等原因，容易造成飞机表面涂层损坏，进而发生化学、电化学腐蚀、应力腐蚀。

当大气中的相对湿度大于65%时，物体表面会附着一层0.001微米厚的水膜，相对湿度越大，水膜越厚。当相对湿度为100%时，物体表面会产生冷凝水。这些导电的水溶液便是引起结构件腐蚀的最主要、最普遍的环境介质。

人为因素对腐蚀的影响

飞机制造缺陷

从飞机设计和制造来看，有一些原因是不可抗拒的腐蚀根源。为了让飞机自身重量尽量的轻，而承载能力尽量的大，飞机设计的时候，大部分材料使用的是2024和7075的铝合金。而需要强度大或有耐磨要求的地方又不得不使用钢件或铜件。因此带来不同的金属相接的问题，造成不同金属之间的电位差和导电通路。而各个部件组装在一起时，缝隙会存水和赃物形成电解质。有些结构由于受力的需要又处于高应力状态形成应力腐蚀的根源。而在制造过程中，由于生产工艺不当，保护性涂层做得不好，缺乏腐蚀控制措施等等原因，都可能带来腐蚀的隐患。 飞机使用中存在缺陷

在飞机使用过程中，飞行环境的恶劣，飞机表面涂层损坏，运输畜生、海鲜等易产生强电解液体的货物都会使飞机结构产生腐蚀问题。偶然污染如水银外溢，化学品外溢，厕所、厨房污物外溢和灭火剂残留物等，也都可能造成直接或间接的腐蚀。而不负责任的飞机维修和勤务，也会使飞机面临更多的腐蚀问题。

3.腐蚀的几种类型

1. 应力腐蚀

结构件在拉应力及腐蚀介质的共同作用下而产生的腐蚀现象，一般出现在高接应力区域，这类腐蚀的危害性最大而,压应力可以抑制应力腐蚀。通常，应力腐蚀呈树枝状，裂纹常被腐蚀物覆盖，因此，很难被发现。应力腐蚀,这种腐蚀是结构在拉伸或压缩应力及腐蚀介质共同作用下产物.一般出现在承受大载荷的飞机结构部位,如地板龙骨梁上,桁条,机翼前后翼梁上,下桁条等处.如99年9月

B-2340飞机在GAMECO完成"3C"检时发现空调

组件安装舱的隔框横梁中段有一长约100mm,宽120mm的严重腐蚀.依据SRM的要求挖掉腐蚀部位,对其进行搭接修理,喷涂防腐

2. 剥蚀

剥蚀是晶间腐蚀的一种，发生在金属晶粒边界，多出现于由合金材料制成的挤压型材。

3. 丝状腐蚀

丝状腐蚀是表面喷有漆层的铝合金表面腐蚀，腐蚀产物将漆膜拱起，外观像丝状或网状，是特殊形式的缝隙腐蚀。通常是紧固件头部的漆层老化开裂后形成缝隙，雨水和潮湿气体进入后形成缝隙腐蚀。出现丝状腐蚀的主要部位是机身后部的下蒙皮。

4. 缝隙腐蚀

发生在相似金属交接的地方，如果有水分进入，缝隙口的含氧量和缝隙内的含氧量不同，形成电位差，含氧量高的缝隙口处金属被腐蚀。一般出现在登机门门槛和货舱门槛处。缝隙腐蚀——也叫浓差腐蚀,这类腐蚀是水分进入缝隙后,由于缝隙口处与位于缝隙中间及底部的水分含量不同形成电位差.在含氧量高的缝隙口处,金属就成为正极而被腐蚀.该类腐蚀一般出现在飞机的登机门门槛结构,飞机的货舱地板结构,以及飞机客舱,厨房,卫生间下部.当发现这类腐蚀,

5. 点状腐蚀

金属表面产生的针状、点状、小孔状的一种极为局部的腐蚀状态，或称为孔腐蚀，俗称"麻坑"。点腐蚀通常产生在金属表面的保护膜不完整或破损处，当保护膜损伤后，这种腐蚀最容易发生在晶粒边界、夹杂物或缺陷处。常见于结构螺栓光杆上极容易成为疲劳源，使螺栓迅速疲劳断裂。

6. 微生物腐蚀

霉菌繁殖所产生的分泌物对构件的腐蚀称为微生物腐蚀。影响油箱微生物繁殖的主要因素是：霉菌孢子、燃油、水和湿度。霉菌在燃油和水的交界面上繁殖，呈长丝状，相互交织在一起形成网状物或球状物，看上去很黏，呈褐色或黑色。这种霉菌分泌物能破坏或穿透油箱铝合金结构保护层和密封胶，从而腐蚀铝合金结构。

7. 摩擦腐蚀

两个相连接结构件，由于振动造成的相对运动使结构件磨损，新的磨损表面暴露在环境中，摩擦所产生的微粒反过来又加速磨损和腐蚀。常见于承受高频振动的地方，如起落架的轮轴和操纵系统活动面的连接轴上。

4.正确去除腐蚀的方法

在飞机结构修理和日常维护工作中，根据SRM手册、常规理论及经验，一般有以下几种腐蚀的修理原则。

(1)因去除腐蚀而加工过的铝合金表面，首先确认腐蚀已经被完全去除掉，并且加工表面光滑、清洁，不允许有金属削、油污等污染物滞留在修理区域内;恢复其原有的表面涂层，必要时再增加一层面漆，然后根据手册要求喷涂防腐蚀抑制剂。

(2)安装修理件的配合表面均应涂密封胶隔绝，必要时紧固件也应涂密封

胶湿安装，所有止裂孔要涂底漆并用软铆钉或密封胶堵住。

(3)修理件、孔壁、埋头窝等处，均应做表面防护处理，并喷涂底漆。

(4)修理件材料尽量选取与相邻结构相容的材料，尽可能电位相当;复合材料与合金材料之间也要相容，碳纤维树脂板与铝合金材料不能直接接触，必要时可共固化一层玻璃纤维-环氧树脂绝缘层;碳纤维树脂板与钛合金直接接触时，不需要进行特别防护处理。

(5)在腐蚀环境下，被连接件与紧固件之间尽量相容。如果不相容，则应该使用绝缘套筒、垫圈、涂刷密封剂等方法绝缘，而且，绝缘层要有足够的厚度和覆盖面。

(6)修理用加强板尽可能选取带包铝层材料。

(7)安装钢、钛合金的零件，其配合表面应涂密封胶湿安装。

(8)钢修理件一般应局部镀镉或恢复原涂层;或涂两道底漆。

5.维护预防措施

除飞机制造工厂在设计制造方面采取措施外，使用部门在维护工作中也必须采取相应措施。

航空机务人员外 场维护要特别 注意以下几点 ：

2.3.1要防止各种油料、酸等溶液洒在金属机件表面上以免金属机件或保护层产生腐蚀。油漆层遇到各种油料酒精等溶剂会被溶解脱落如果不慎使金属机件表 面沾上了这些液体。应及时清除干净，并立即恢复破坏了的保护层。金属机件的保护层很薄，容易损伤，机务人员在外场飞机维护中要特别注意避免与工具 、砂石和其它较硬物体碰撞、摩擦 。

2.3.2要做好防潮工作，注意飞机及其机件的防水和通风。在机务维护中，尽可能地改善飞机的总体环境与局部环境，保护防腐涂层在寿命期内完整有效。做到勤通风。防止潮气、水分或其它腐蚀性介与机体结构件长期接触没有保护层的金属机件表面。对有氧化膜保护层、油漆保护层和铬保护层的属机件，要防止水分长时间留在机件表面上。在雨、雪、雾 、霜之后，应打开舱口通风，使飞机内部的气散发。

2.3.3对镀铬层的金属机件要经常涂润滑脂。镀铬保护层硬度较大且耐磨，但有许多小孔，并有肉眼看不见的网状裂纹，如果有电解液进入其中，由于铬的电位比钢铁的高，所以被保护的钢铁就容易腐蚀，这是铬保护层的弱点。当润滑脂渗入铬保护层后，一方面提高了铬保护层的耐磨性，另一方面可防止水分进入铬层，

从而提高了铬保护层的防腐能力。所以，飞机的镀铬零件要经常涂润滑脂，使其渗入铬层的小孔和网状裂纹，然后将机件表面的润滑脂擦去，以免沾上砂粒、尘土等使零件磨损。

2.3.4重视镁合金零件的防护。镁合金的电位很低，极易电化腐蚀，因而镁合金零件的防腐问题特别重要。严禁镀银、 镀铜的零件与镁合金零件接触，凡是与镁合金零件相接触的钢质或铜质零件必须镀锌，铝合金件必须氧化处理。在镁合金上安装螺栓、螺钉时，必须在螺孔内涂亚硒酸，在螺杆上涂工业凡士林，螺钉上则蘸漆。如果由于安装搭铁线而破坏了零件螺孔周围的保护层，装好后应当恢复好。镁合金机件裂纹后应更换，不允许钻止裂孔。因为钻止裂孔后，孔内不易喷镀保护层，且不好检查腐蚀物侵入孔内会加速机件的电化腐蚀。

2.3.5水上飞机、舰载机长时间停放或者执行任务后，要及时按照规定清洗机体和发动机。换季维护时要及时对机体结构、关键部位进行探伤。

6.结论

腐蚀带来了昂贵的维护问题，并将产生严重后果。随着飞机的老龄化，以及运行环境的变化，腐蚀问题必须提到每个航空公司的日程上来。腐蚀是一个自然现象，最好的办法是采取完善的腐蚀防护与控制措施，将腐蚀破坏的速率降低到最小，使飞机实际寿命达到或超过设计寿命，确保飞机安全和经济运行。

第3篇：