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1、第13章 机电装备的腐蚀与控制 13.1 航空器的腐蚀与控制 13.1.1 航空器及其结构特点 13.1.1.1航空器的种类 航空器属于飞行器中的一种。所谓飞行器是指所有能离开地面，在大气层内或空间飞行的器械的总称。以不同的飞行环境、飞行原理为依据，飞行器可分为三大类：航空器、航天器、火箭和导弹。 图13.1飞行器分类图 在大气层内飞行的飞行器称为航空器，如气球、飞艇、飞机、直升机等。在大气层外飞行的飞行器称为航天器，如人造地球卫星、航天飞船、航天飞机、行星探测器等。火箭是指以火箭发动机为动力的飞行器，如探空火箭、地球物理火箭等，而导弹既有主要在大气层
2、之外飞行的如远程弹道导弹，也有装有翼面在大气层之内飞行的如空—空导弹、巡航导弹等。航空器属于航空研究领域，而航天器、火箭与导弹则通常归于航天研究领域。飞行器分类如图13.1所示。 飞机是飞行器中品种最多、用途最广、数量最大、服役状态最复杂，失效事故最严重的飞行群。 飞机根据不同情况，可按用途、构造特点、布局状况、质量大小、速度范围、适航要求等来分类。 1．按用途分类:可将飞机分为两大类，即军用飞机和民用飞机。军用飞机又可主要分为歼击机、轰炸机、运输机、侦察机、预警机、教练机、舰载机等，而民用飞机的分类如图 13.2所示。军用和民用飞机中均还有在水上起降的水上飞机。
3、 2. 按适航要求分类：该分类方法用于航空器签证方面，是指根据航空器的预期使用或使用限制所进行的分类。可分为运输、普通、通用、特技、特殊用途、限用和临时使用的飞机等。 图13.2 民用飞机按用途分类 由于飞机、直升机及其动力装置的腐蚀与控制问题是航空领域倍受关注的重要问题，因此本书仅讨论飞机、直升机和航空发动机的腐蚀与控制问题。为了便于读者更好地认识飞机和航空发动机的腐蚀特点，下面首先对飞机和航空发动机的结构作简要介绍。 13.1.1.2飞机的典型结构 除极少数特殊型式外，大多数飞机都是由机身、机翼、尾翼、起落装置和动力装置等五个主要部分组成的。图13.3给出了法国“阵风”战斗
4、机的主要组成部分。 图13.3 法国“阵风”单座战斗机 1-前缘缝翼；2-主起落架；3-副油箱；4-铝—锂翼身连接板；6-机炮；7-右册进气道口；8-前起落架； 9-前鸭翼；10-机翼多梁结构，整体油箱；11-机翼碳纤维复合材料蒙皮；12-垂直安定面碳纤维蒙皮； 13-方向舵复合材料结构；14-垂直安定面铝—锂附件接头；15-内外侧升降副翼（蜂窝芯子结构） 机身常分为前机身和后机身。对大型飞机而言，机身还可分为机头、前机身、机身中段、后机身、机身尾段。 机翼常细分为中翼、中外翼、外翼和翼尖。机翼是飞机借以产生升力并协同尾翼作飞行姿态控制的重要部件。 传统飞机主要使用金属结构材
5、料，而现代飞机则大量使用复合材料，乃至各种智能材料。 13.1.1.3 航空发动机简介 航空发动机是飞机的心脏，其类型包括活塞式发动机、火箭式发动机和空气喷气发动机。空气喷气发动机又分为冲压式喷气发动机和燃气涡轮发动机。目前使用最多的是燃气涡轮发动机。燃气涡轮发动机主要包括涡轮喷气、涡轮螺旋桨、涡轮轴、涡轮风扇等发动机，其中以涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机应用范围最广。下面仅以涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机为例，说明发动机的基本结构和工作原理。 图13.4 涡轮喷气发动机示意图 1-进气道；2-压气机；3-燃烧室；4-涡轮；5-尾喷管 图13.4为涡轮喷气发动机的示意图。它由进气
6、道1、压气机2、燃烧室3、涡轮4、尾喷管5等部件组成。空气是涡轮喷气发动机的工作介质，进气道用来将外界的空气引进发动机内。压气机是专门用来使空气增压的部件。因为只有在高压下加入热量而在低压下放出热量所组成的热力循环才能获得机械功。因此，在喷入燃油进行燃烧前，必须先提高工作介质(空气)的压力。气流从压气机流过时，压气机工作叶片对气流作功，使气流的压力、温度升高。从压气机流出的高压空气，在燃烧室中和喷入的燃油混合、燃烧，成为具有很大能量的高温高压燃气。燃烧室是使燃油燃烧放出热能而对空气加热的部件。从燃烧室流出的高温高压燃气，流入与压气机装在同一轴上(或两根轴连接在一起)的涡轮。燃气的部分热焓，在涡
7、轮中转变为机械能，带动压气机旋转。燃气在涡轮中的膨胀比远小于压气机中的增压比，所以涡轮出口处气流的压力和温度，都比压气机进口高得多。从涡轮中流出的高温高压燃气，在尾喷管中继续膨胀，以高速沿发动机轴向从喷口向外喷出，这一速度比气流进入发动机的速度要大得多，使发动机获得了反作用推力，此力即飞机需要获得的推动力。带有加力燃烧室的涡轮喷气发动机的示意图。为了进一步提高涡轮后燃气的温度，可在涡轮后增添加力燃烧室，在加力燃烧室中再一次喷人燃油燃烧，这样气流在尾喷管中膨胀时，排气速度将更大，发动机推力也进一步增大。这种发动机称为复燃加力式涡轮喷气发动机，或简称为加力式涡轮喷气发动机。 图13.5 涡轮
8、风扇发动机示意图 1-进气道；2-压气机；3-燃烧室；4-涡轮；5-风扇；6-尾喷管 图13.5所示为涡轮风扇发动机的示意图。图中的2、3、4分别为压气机、燃烧室和涡轮，组成燃气发生器。在燃气发生器的涡轮后面，增加一级或几级涡轮，和风扇5相连接。在前风扇后，气流分为两路：第一路(或称为内涵道)气流在前风扇后流人燃气发生器；第二路(或称为外涵道)气流在前风扇后流经燃气发生器周围的气流通道。流过第二路的空气流量和流过第一路的空气流量之比，称为涵道比。两股气流可以分别排出或混和后排出。由于第一路的气流要在燃气发生器后面的涡轮中继续膨胀以带动风扇，气流的温度压力要进一步降低，会使第一路的排气速度减
9、小，推力减小。但是由于燃气发生器的一部分能量通过涡轮传给风扇，使流过第二路的气流的压力升高，流过涡轮风扇发动机的总的空气流量增大，这第二路气流在外涵管道中膨胀，也产生推力。发动机的推力是这两部分推力之和。这种发动机由于它的经济性好，已成为目前高亚音速运输机用发动机的基本形式。涡轮风扇发动机也可以带有加力燃烧室，称为加力式涡轮风扇发动机。 图13.6 压气机转子叶片的几种安装方法 通过上述介绍可以看出，压气机、燃烧室和涡轮是发动机的核心，而压气机和涡轮又是出现失效事故最多的部件。图13.6给出了压气机转子叶片与压气机盘的几种连接方式，而涡轮则多以枞树型榫头和盘榫槽连接。 13.1.1.
10、4 航空器受载与结构特点 航空器的腐蚀破坏除与环境条件有重要关系外，还与其受力状况和结构特点密不可分。表13.1给出了飞机的主要受载情况。 表13.1 飞机主要受载情况 分 类 受 载 情 况 飞行载荷 平衡机动，俯仰机动，对称垂直突风，鸟撞滚转机动，不对称垂直突风，偏航机动，发动机失效偏航，横向突风，发动机扭矩，发动机侧向、陀螺力矩，增压舱 着陆载荷 水平最大垂直，水平最大起转，水平最大回弹，尾沉着陆，单轮着陆，侧向载荷，回跳着陆，应急着陆 地面操作载荷 飞滑跑，滑行刹车，倒行刹车，转弯，侧偏，回转，牵引，千斤顶 水载荷 着水，起飞 航空器设计为了达到
11、高性能、长寿命、高可靠性和适修性，采用了一切先进的结构技术，以保证航空结构的轻（低重量）、强（强度高）和刚（刚性好）。由此使得飞机结构表现出如下的特点： （1）设计安全系数小，结构大都承受很大载荷。由此易促进应力作用下腐蚀破坏的发生。 （2）比强度高材料的普遍应用，使耐蚀性能降低。为了减轻重量，飞机绝大部分结构材料选用比强度高的铝合金、钛合金、镁合金、超高强度钢等，这些材料要么耐蚀性低，要么对应力作用下的腐蚀敏感。 （3）飞机大部分为薄壁结构，面积大、厚度小，轻微腐蚀便对结构强度有很大的影响。 （4）为充分利用各种材料的性能，飞机使用的材料品种多，异类金属材料接触易因电偶作用而产生电偶
12、接触）加速腐蚀。 （5）为求结构的“轻、强、刚”组合，并充分利用有限空间，飞机构造比较复杂，内部不开敞，通分不良，易引起水分积聚，促进腐蚀。 13.1.2航空器腐蚀环境及特点 飞机等航空器结构的腐蚀是构件在使用环境中随着时间的推移而发生的化学或电化学累积性损伤，由飞机的使用环境（外因）和飞机自身耐蚀性特点（内因）所决定。 由于航空器无论在飞行中还是地面放置时均有遭受腐蚀侵害的可能，因此与腐蚀相关的航空器的使用环境包括飞行环境和停放环境。民用飞机的停放期约占其日历寿命的70%，而军机的停放期则占其日历寿命的90%以上。飞机的使用环境表现出下述若干特点。 （1）复杂的气候条件：无论
13、军用飞机还是民用飞机，均经受风吹、日晒、雨淋、雪打和夜露等外部环境的作用。尤其象我国海岸线长，沿海地域辽阔，大部分地处热带、亚热带、温带，气候普遍潮湿。民用航空四通八达，民机会遇到世界各地复杂的气候环境。 （2）苛刻的大气环境：飞机飞行时常经过工业区上空，而工业区上空聚集有大量的腐蚀性物质，如SO2、H2S、Cl2、HCl、NO2、NH3、CO、CO2等腐蚀性气体，以及NaCl、CaCO3、氧化物等腐蚀性固体颗粒，由此导致工业大气区的雨水和露水的酸度值（pH）可达4.0，较一般农村大气环境（pH≈6.5）腐蚀性明显增加。海洋上空及沿海地区上空聚集有含盐水蒸汽，腐蚀性很强，如果再有污染性大气的
14、联合作用，腐蚀性则更为苛刻。此外，在雨水中飞行的飞机外壳还遭受雨水的冲刷侵蚀。 （3）较大的温差变化：飞机在飞行时，从地面到高空，温度可从40℃剧降到零下50℃（一万米高空），爬高下降过程温度变化很快；机场停放时，日夜温差很大。上述较大的温差变化易使潮气在飞机内外表面凝结水膜，内部积聚水分。 （4）局部高温环境：飞机许多零、部件要在高温下工作。不仅动力系统如燃气涡轮发动机燃烧室、涡轮盘、导向叶片（高于900℃），活塞式发动机气缸活塞、排气管（900℃左右）在高温下工作，超音速飞行因气流加热，机体表面温度也明显升高。例如在30km高空，当马赫数为3时，机体表面温度可达300℃，马赫数为5时，
15、可达900℃。此外，靠近发动机部位以及军用飞机炮舱部位，机体结构也在较高温度下工作。 （5）其他特殊的腐蚀因素：对水上飞机、舰载飞机和直升飞机，与海水经常接触；对于民用客机，在厨房、厕所等特殊舱内，环境湿度大，生活水、污水等难免外溢或溅到飞机舱壁或地板；空运牲畜和海鲜产品造成飞机货舱较强的腐蚀环境（如牲畜饲料和排泄物、海盐、微生物等）；飞机在起降过程中，地面上卷起的含盐、碱沙土，冲刷和加速起落架及机体的腐蚀；飞机上仪表中水银（Hg）、零部件上的低熔点金属材料等则可能引起飞机零、部件液态金属腐蚀或低熔点金属致脆破坏；飞机零、部件在加工过程中因接触切削液、除油剂、酸洗液、电镀液、清洗剂，甚至手汗
16、等，均会导致腐蚀产生，尤其是高强度钢和钛合金等零构件，在这些腐蚀过程中还会因基体吸氢而构成氢脆隐患。 腐蚀环境通常是指结构件所遭受的介质、温度、湿度、应力和时间等的联合作用的环境条件。通常按涉及的范围大小将航空器的腐蚀环境分为三种类型：（1）总体环境，即整机所处的外部大环境，多为自然环境；（2）局部环境，即航空器不同部位、不同部件、不同组合件所处的特殊工况条件环境；（3）细节环境（或具体环境），指影响仅涉及结构细节设计范围或某个零部件的具体部位所承受的腐蚀环境条件，如接头、接触面等。细节环境常常直接影响航空器结构的腐蚀行为，而总体环境、局部环境对细节环境则有重要影响。另外，航空器的零部件在加
17、工过程中，也会引入腐蚀破坏隐患，如酸洗、电镀过程中工件基体析氢，则会造成氢脆隐患。 13.1.2.1 航空器的总体环境 除水上飞机和舰载飞机外，无论军机还是民机，其总体环境一般均为大气。具体影响因素包括：大气湿度、降雨量、风、雾、雪、凝露、温度、盐分、工业污染量、灰尘、太阳辐射等。不同地区，大气状况不同，对航空器的腐蚀情况也有明显的差异。如某一型号的直升机使用的发动机，在美国本土服役时，涡轮叶片的寿命可以长达12000小时，而在越南热带海洋气候气候条件下使用，寿命平均仅有1200小时，当用于海上石油平台时，因叶片发生热腐蚀，其平均寿命不到300小时。不同的机型如运输机、歼击机、强击机、直升
18、机、水上飞机、海上平台或舰载飞机等可能遇到的总体环境会有很大的差异。 （1）大气湿度与雨量：大气湿度与降雨量和季节有密切的关系，在下雨期间，大气的相对湿度RH可达90%以上。由于我国幅员广阔，地理环境和气候条件都很复杂，不同地区降雨量和湿度也存在很大的差异，如海口、广州、台北等地年降雨量可达1600～2000mm，平均相对湿度也高达82～85%；而呼和浩特、拉萨、兰州、西宁、银川等地年降雨量只有330～450mm，因此平均相对湿度均在60%以下，拉萨则低到45%。另外，大气相对湿度随高度增加而降低，如地面处最高相对湿度达95%，而6000m高空处的最高相对湿度降低到66%以下。在我国长沙市以
19、南的南方各个机场，几乎全年的平均相对湿度多在80%以上，即机场上停放的飞机成天处于80%RH的大气之中。 （2）大气温度：大气温度既可以直接影响腐蚀电极过程的扩散和反应速率，也可以因温差变化导致凝露，从而产生间接促进腐蚀的作用。在一般湿度范围内（RH=65～75%），空气温度在5～50℃时，温度6℃时即可凝露，并且温差愈大，出现凝露所需湿度愈低。我国夏天最高气温超过40℃的地区很多，如新疆的吐鲁番、河北的保定、安徽的蚌埠、河南的南阳、福建的福安和漳州、湖南的株县、江西的长山、广西的百色等地，其中吐鲁番的最高气温曾达到47.6℃，上述地区的地表温度均在70℃以上。因此，飞机在这些地区服役时，在
20、腐蚀介质条件相同的情况下遭受腐蚀的倾向高于其他地区。同时，大气温度在一天24h中也会发生明显的变化，中午的气温通常要高于夜间5～10℃以上。高度对大气温度有重要影响，图13.7给出了我国部分地区6～10月份气温随高度变化的情况，可以看出，当地面温度在10℃左右时，10000m的高空处的温度通常低于50℃。因此，飞机由地面飞到高空时出现很大的温差变化，由此易使潮气在飞机内外表面凝结水膜，内部积聚水分。 （3）大气含盐量及污染状况：我国拥有18000多公里的海岸线、6500多个沿海岛屿、37万平方公里的领海、300万平方公里的管辖海域。因此，无论军机还是民机均有在海洋气候条件下服役的可能。海浪和
21、海风将海水浅起后带入大气，使沿海地区大气含有相当多的盐份。一般海洋大气含盐量为月平均值0.11～0.74mg/m3。沿海地区的飞机处于潮湿的含盐大气之中，大气经反复凝结——蒸发，水份逐渐减少，含盐浓度不断增加，由此加速飞机结构表面的腐蚀破坏。我国目前不少地区大气污染十分严重，大气中的SO2、H2S、Cl2、HCl、NO2、NH3、CO、CO2等腐蚀性气体不仅可以溶入航空器表面水膜中加速腐蚀，而且会溶入雨水中形成酸雨，直接腐蚀航空结构。表13.2给出了我国几个典型地区的雨水酸度pH值监测统计结果。 图13.7 我国部分地区气温随高度的变化（6～10月份） 对于水上飞机和舰载飞机，其腐蚀环
22、境更为苛刻。水上飞机机身及机翼两端浮筒均在起降滑行中接触或浸入海水；舰载飞机则常常经受海浪溅起的海水喷淋。这些因素均促进飞机的腐蚀。海水中约含2.7%的NaCl，另外还含有MgCl和硫酸盐等成分，其总含盐量约为3.5%。因此，在模拟海水对航空结构的腐蚀实验中，通常选用3.5%NaCl水溶液作为腐蚀介质。 表13.2 我国几个典型地区的雨水酸度pH值监测统计结果 地 区 福 建 湖 南 湖北宜昌 江苏南京 上 海 四川重庆 雨水pH值 4.15～7.33 4.0～5.6 3.62～8.61 3.2左右 5.6左右 3.96～4.18 酸雨频率（%） 8
23、9 75～85 47～49 41～46 30～40 93～100 13.1.2.2 航空器的典型局部环境 图13.8 我国华南某机场气温与驾驶舱内温度一昼夜变化 （1）飞机舱内局部环境 由于温室效应的结果，飞机舱内温度高于舱外，同时，舱内温度随昼夜的变化也显著大于舱外机场的温度变化，如图13.8。舱内湿度同样会随舱内温度变化而改变，夜间舱内相对湿度可高达90～98%，而白天舱内相对湿度在43～80%。对于民航旅客机客舱，乘员的呼吸和出汗不仅会排出水气，而且呼吸还会吐出CO2，因此，客舱内为弱酸性腐蚀湿气氛。飞机起飞后，随着飞行高度的上升，机内温度逐渐下降，舱内潮气就
24、会凝结成水分，停留在隔音层和蒙皮表面之间，成为腐蚀飞机的主要介质。飞机降落到潮湿空气的地面上，在高空冷却了的表面极易再次出现冷凝水份。例如一架装有乘客100人的民航客机，在潮湿的夏天，从广州起飞，抵达武汉，在返回广州，结果在低舱出水口汇集处可收集到40～60公斤的冷凝水。由于中短程飞机起降频繁，凝水机会多，因此比远程飞机腐蚀严重。 空运活牲畜、海鲜、瓜果蔬菜等会增大飞机货舱内结构的腐蚀倾向，因为牲畜的排泄污物、海鲜的盐份、瓜果蔬菜释放的水分以及这些货物产生的热量，均会提高舱内环境腐蚀的苛刻程度，有时还会引起生物腐蚀的发生。 厨房、厕所专用舱处湿度大，用水不可避免会溅到舱壁、地板上，下水排污
25、也难免外逸泄漏，若飞机地板密封不严，极易造成地板梁等结构的腐蚀。 非金属材料（包括油漆）挥发出来的气体（如聚氯乙烯塑料释放出的盐酸、酚醛树脂漆等释放出的甲酸、乙酸等），有可能使一些金属及镀层（如Zn、Cd层）产生气氛腐蚀。 （2）飞机舱外局部环境 飞机起降过程中，跑道上卷起的砂石、泥土、除冰用NaCl盐、雨水等，不仅冲刷、腐蚀起落架，而且损伤机体表面防护层，加速机体的腐蚀。民航客机飞行中厕所污水排除后散布在机体表面，使机体及舱门转轴接头等处严重腐蚀。飞机高速飞行时气动加热使飞机机体的头锥、机翼和尾翼等部位驻点处温度明显升高，航空发动机和军械工作时则使其附近区域温度升高，如发动机尾锥附近的
26、持续温度可达500℃左右。 （3）航空发动机环境 图13.9 典型单轴轴流式涡轮喷气发动机气流参数沿流程变化 在涡轮发动机的工作循环过程中，空气流或“工作介质”接受并放出热量，从而引起其压力、体积、温度及速度的变化。图13.9给出了典型单轴轴流式涡轮喷气发动机压力、温度和介质速度沿流程的变化情况，表13.3给出了涡喷7乙型发动机工作时，在标准大气状态下，发动机处于最大状态和全加力状态时，沿流程各特征截面的气压Pt、温度Tt和速度变化的情况。当飞机在海洋大气和工业污染大气中飞行时，发动机压气机吸入的都是腐蚀性气体，尤其是涡轮进口处吸入的则是高温高压腐蚀性气体。目前不少型号的发动机，为提
27、高起飞推力，采用喷水加力系统（即在压气机进口处喷入水或水与甲醇也可以是乙醇的混合液，降低气温，提高压气机效率，增加质量流量，可增大推力。另外，也可在燃烧室进口处喷液，或在进气道处喷液），进一步使发动机的腐蚀环境苛刻化。 表13.3 涡喷7乙型发动机气流参数沿流程变化 特征截面 压气机 进口 压气机 出口 涡轮进口 涡轮出口 加力扩散器出口 加力筒体出口 喷口出口 Pt (MPa) 最大 0.1013 0.9015 0.8113 0.2492 / 0.2296 0.2296 全加力 / 0.2482 0.2216 Tt (K) 最大 2
28、88 610 1288 1006 1006 1006 1006 全加力 1850 1850 C (m/s) 最大 208 216 201 289 / / 574 全加力 / / 780 13.1.2.3 航空器的典型细节环境 （1）缝隙普遍存在：无论飞机结构还是发动机结构，机械连接十分普遍，如铆接、螺栓连接、耳片-销轴连接、榫头-榫槽连接、花键连接等，这些连接结构的缝隙因毛细吸附作用，极易引入和滞留腐蚀性水介质，从而为缝隙腐蚀的发生创造了条件。另外，飞机结构和发动机的特殊工况条件，使名义上静止的机械连接实际上处于微动环境之中，因此缝隙结构的
29、存在为微动腐蚀的产生也提供了必要条件。 （2）异类金属接触不可避免：航空结构追求轻、强、刚等综合指标，为了充分发挥各种金属材料的优势，异类金属的接触在航空器中十分普遍，如飞机中利用钛合金或高强度钢铆钉或螺栓将铝合金板与飞机钢梁结构等连接在一起，发动机中用钢制锁片或卡环将压气机或涡轮叶片与盘连接起来等。异种金属材料的接触使电偶腐蚀的发生难以避免。 （3）其他环境：蓄电池逸出的腐蚀性化学介质。为了绝热、隔音、绝缘、装饰等目的，在航空结构中存在金属与非金属材料的接触。非金属材料常常会挥发出腐蚀性气氛，与水介质结合会直接对金属结构产生腐蚀。不仅仪表的非金属材料壳体释放的腐蚀性气氛对仪表产生气氛腐蚀
30、而且含有水银的仪表挥发出的水银气氛或逸出的液态水银还会直接使铝合金产生汞齐化，导致液态金属腐蚀或低熔点金属致脆失效。在航空结构中还存在有温度梯度的结构，如发动机涡轮盘因采用吹风冷却等措施，使轮盘边缘与轮心存在数百度的温度差。此外，航空器中许多零部件承受着大小不一的应力，包括外载所致应力、残余应力、热应力和装配应力等，如涡轮盘上承受的应力有盘转动中的离心力、温度梯度引起的热应力、残留的内应力等。 13.1.2.4 航空器制造过程中的典型工作环境 航空器零部件的制造过程复杂，经历备料、机加工、热表处理，直至总装、整机喷涂装饰等多种工序，这些过程中均会有腐蚀因素的影响。制造过程中典型的腐蚀环境
31、有如下一些。 （1）板金成型用润滑剂、机械加工用切削液； （2）焊接助剂及焊接气氛； （3）热处理加热过程中的炉内介质、冷却介质； （4）表面处理过程中的除油、酸洗、电镀、化学镀、钝化、除氢等工艺过程用介质； （5）质量检验所用探伤技术的介质，如超声探伤用的耦合剂、渗透探伤用的渗透液等； （6）工作人员接触零部件时留下的手汗； （7）零部件及整机用清洗剂； （8）零部件接触到的低熔点金属污染物质等。 13.1.3 航空器的典型腐蚀类型、部位及级别 实践表明，航空器结构上几乎会发生所有类型的腐蚀。然而从结构完整性、可靠性和耐久性等方面考虑，局部腐蚀和应力作用下的腐蚀对航空
32、器的腐蚀破坏更为严重和重要。 13.1.3.1 飞机的腐蚀类型和常见部位 （1）常见腐蚀类型 ① 全面腐蚀； ② 缝隙腐蚀与丝状腐蚀； ③ 异类金属或金属与碳纤维复合材料间的电偶腐蚀； ④ 点蚀； ⑤ 晶间腐蚀与剥蚀； ⑥ 冲蚀与微动腐蚀； ⑦ 应力腐蚀、氢脆与腐蚀疲劳； ⑧ 氧化； ⑨ 微生物腐蚀； ⑩ 非金属材料的老化、鼓疱、剥离等。 （2）飞机结构常见腐蚀部位 ① 蒙皮接缝、紧固件连接处、铆钉孔； ② 起落架； ③ 蓄电池区； ④ 折叠、襟翼和铰链的凹槽处； ⑤ 整体油箱； ⑥ 旅客机的厕所、厨房、座椅轨道等； ⑦ 其他易积水区域等； ⑧ 发动机
33、排气影响区、战斗机的火箭和机枪的射击爆发区等。 13.1.3.2 发动机的腐蚀类型和常见部位 （1）发动机构件的常见腐蚀类型 ① 异类金属间的电偶腐蚀； ② 晶间腐蚀与剥蚀； ③ 点蚀； ④ 应力腐蚀； ⑤ 腐蚀疲劳； ⑥ 冲蚀； ⑦ 高温氧化和热腐蚀； ⑧ 微动腐蚀； ⑨ 低熔点金属致脆等。 （2）发动机结构常见腐蚀部位 ① 风扇和压气机叶片； ② 燃烧室； ③ 导向和涡轮叶片； ④ 发动机包皮等。 13.1.3.3 航空器的腐蚀级别 从现代航空维修工程的角度，按照飞机结构腐蚀的严重性和对承运人机队持续适航性的潜在影响，通常将飞机的腐蚀分为以下三个级别。
34、 （1）一级腐蚀：是指在两次检查之间发生的、局部的损伤，这些损伤在制造厂规定的允许限度内，可以按照制造厂提供的结构修理手册（SRM）、服务通告等修复或去除腐蚀。 （2）二级腐蚀：是指在两次检查之间发生的超出局部的损伤，它超出制造厂允许的修复或去除腐蚀限度，要求特殊修复或完全/部分更换主要结构元件（按制造厂的规定）。 （3）三级腐蚀：是指在初次或后续检查中发现的大范围的损伤，由承运人判定为需要迅速行动的潜在适航问题。由于三级腐蚀级别最高，且和结构设计有关，因此需要制造厂参与判定。同时需要对整个机型采取紧急的特别措施（如颁发适航指令等）。 13.1.4飞机机体结构的腐蚀与控制 13.
35、1.4.1 飞机机体结构的腐蚀 从前面关于航空器的结构特点及其所处的环境的讨论可以看出，腐蚀是航空器难以避免的重要失效形式之一。飞机机体不同部位其具体或细节环境不同，因此，可能发生的腐蚀类型也有所差异。表13.4列出了飞机机体（此处讨论的是以铝合金为主要结构材料机体）不同具体部位可能发生的腐蚀类型和产生的原因。图13.10～图13.14则给出了典型的腐蚀事例。 表13.4 飞机机体不同部位的腐蚀类型及其产生的原因 飞机部位 腐蚀类型 腐蚀产生的原因 1．外机身 （1）铝合金蒙皮 （2）门、 检查口盖 （3）蒙皮上铆钉孔 铆钉或焊点处出现点蚀及丝状腐蚀等 缝
36、隙腐蚀、晶间腐蚀和剥蚀等 微动腐蚀与应力腐蚀 埋头窝处的蒙皮与铆钉头之间存在缝隙，蒙皮与长桁胶接点焊处存在缺陷或缝隙，表面油漆剥落等。 门的梁、框架、加强接头和板结构间存在缝隙，人为因素、维修等引起检查口盖处保护层损伤等。 缝内吸水，铆钉与孔壁及孔口表面间存在微动作用 2．机头 （1）机头雷达罩 （2）前起落架舱 （3）风挡框 （4）电池组及通风区 （5）隔框 （6）热交换器门 （7）控制电缆 钢紧固件与铝合金结构间的电偶腐蚀，铝合金晶间腐蚀 同上 晶间腐蚀、剥蚀 电化学腐蚀 表面及晶间腐蚀 晶间腐蚀及剥蚀 表面磨耗及老化 水
37、分及使用引起的油漆剥落 舱门驱动、使用引起油漆剥落和跑道污染空气及赃物侵蚀的联合作用 因密封材料失效而使水分进入 电池失效 缝隙渗入水分、维修等引起油漆损伤 水分渗入 化学作用 3．前机身 （1）大梁、框、桁条 （2）地板、盥洗间、厨房区域 （3）军机炸弹舱 表面及晶间腐蚀 表面腐蚀、剥蚀 铝合金结构与钢紧固件的电偶腐蚀 水分进入绝缘物中 使用引起油漆脱落，污水与马桶除臭液浸渍 舱门开关与装卸引起的油漆脱落 4．中机身 （1）机翼中央段与机身连接角铁及上板条 （2）地板结构 （3）机身与机翼的“环”接头 （4）民机座椅轨道 表
38、面腐蚀、晶间腐蚀及钢紧固件与铝结构电偶腐蚀 表面腐蚀、剥蚀 应力腐蚀 表面腐蚀与磨蚀 机翼弯曲及机身增压引起的油漆层破坏，封闭空舱内易于积留潮气和雨水 使用引起的油漆故障 机翼弯曲及水分渗入 污物、灰尘、凝结水分及磨损的联合作用 5．后机身 （1）登机梯及舱区 （2）地板结构 （3）厕所区域 （4）货舱侧壁及地板 （5）承压隔框 表面及晶间腐蚀 表面腐蚀、剥蚀 表面腐蚀、剥蚀 表面腐蚀、剥蚀 应力腐蚀、腐蚀疲劳 使用引起的保护层损伤 使用引起的油漆故障 使用引起油漆层破坏，污物、污水、除臭剂等溅泼 使用引起的油漆故障，污物
39、海鲜、蔬菜等释放的水分与盐分等 搭接头与加强条的紧固件受外力和积水的联合作用 6．尾翼 （1）铝合金板、梁缘条及腹板结构 （2）操纵面及调整片 （3）雷达罩销子 （4）方向舵上的扭管接件及下肋条 晶间及应力腐蚀开裂 内外蒙皮的剥蚀及表面腐蚀 钢紧固件与铝结构间的电偶腐蚀，铝结构晶间腐蚀 表面腐蚀、剥蚀，钢紧固件与铝结构间的电偶腐蚀 飞行中机身弯曲和振动引起的油漆及密封材料故障，应力因素与积留的潮气或雨水的联合作用 吸潮，飞行中弯曲和振动引起的油漆及密封材料故障 使用引起的油漆层故障 吸潮，飞行中弯曲和振动引起的油漆及密封材料故障
40、7．机翼 （1）前、后梁缘条及腹板装配件，上下壁板 （2）整流包皮舱门螺帽孔 （3）检查门凸起部 （4）系统设备接头 （5）襟翼舱壁板、机翼后缘 （6）机翼上、下翼面蒙皮外表面 晶间腐蚀、剥蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳 晶间腐蚀，钢紧固件与铝结构电偶腐蚀 表面腐蚀、晶间及应力腐蚀 表面腐蚀、剥蚀及钢接头与铝结构间的电偶腐蚀 表面腐蚀、蒙皮剥蚀 丝状腐蚀 缝隙积水，保护层损伤，机身弯曲和振动应力 吸潮，机身弯曲和振动引起的油漆故障 维修引起的油漆层故障 吸潮 吸潮，飞行中机身弯曲和振动引起的油漆及密封材料故障 表面油漆局部剥落
41、8．短舱（内外侧） （1）主起落架舱 （2）短舱接头 （3）齿轮箱 （4）下部大梁 钢紧固件与铝结构间电偶腐蚀及铝合金晶间腐蚀 晶间腐蚀 表面腐蚀与晶间腐蚀 铝挤压件与不锈钢腹板之间的电偶腐蚀，铝结构晶间腐蚀 舱门驱动引起油漆层损伤 振动引起的油漆损伤 吸潮 吸潮 图13.12 桁条剥蚀形态 （a）示意图(剖视) （b）实物形貌(俯视) 图13.10 钢紧固件与铝合金板结构间的电偶腐蚀 图13.11铝合金板件应力腐蚀开裂形貌 腐蚀对飞机结构的完整性的影响可以
42、概括为三个主要方面：（1）直接影响—腐蚀造成金属材料的直接损失，从而影响构件的强度和断裂韧性，降低了零件的 结构完整性；（2）静载荷和腐蚀的协同作用，导致应力腐蚀和氢脆开裂现象，破坏飞机结构的强度，导致飞机结构件的失效；（3）动载荷和腐蚀的联合作用导致的腐蚀疲劳或微动腐蚀，大大加速飞机结构的提前失效。由于飞机无论在机场停放还是飞行均会遭到腐蚀破坏，因此近年来腐蚀（地面停放时所发生）和疲劳（飞行中产生）的非同步交互影响，即“先腐蚀—再疲劳”的互相促进，互相迭加，造成飞机结构的提前破坏，已引起了人们的极大关注。 图13.14 飞机整流罩与蒙皮连接处微动腐蚀形貌 图13.13 舱门框腐蚀
43、形貌 13.1.4.2 飞机结构的腐蚀控制 飞机结构产生腐蚀的实质主要是带污染的潮湿空气的冷凝水、进入机体内的雨水等在机体结构表面形成水膜，而导致的各种类型的电化学腐蚀，包括点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、剥蚀、丝状腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆和微动损伤等。飞机结构的腐蚀与所用材料的自身耐蚀性、设计方案、制造工艺、使用、维护、维修及服役环境等诸多因素密切相关，因此控制飞机结构腐蚀的技术途径也必须从上述各个环节入手进行全面考虑，从对飞机结构的完整性、可靠性、稳定性、耐久性、适应性及维修性等的作用和影响来展开，通过系统工程的方法来综合治理，其中防腐蚀设计对飞机结构的腐蚀控制是最为重要的一
44、环。当今发达国家对飞机防腐蚀设计提出了很高的要求，如美国军机已在研制F-15时确定飞机使用十年无需因腐蚀损伤而进厂维修；波音公司对民机的设计目标定位为二十年使用期中无重要腐蚀损伤。为贯彻这种设计目标，在其“腐蚀预防与控制大纲（Corrosion Prevention and Control Program，简称为CPCP）”等文件中作了具体的规定。 防腐蚀设计主要包括：（1）防腐蚀结构设计；（2）异类金属接触相容性设计；（3）应力作用下腐蚀的控制设计；（4）耐蚀材料的恰当选用；（5）防护涂层的合理选择；（6）加工过程的精心控制等。 （1）防腐蚀结构设计 ① 进行结构密封,防止雨水进入、驱
45、入；② 安排合适的通风结构(通风气窗、通风口盖),甚至引入去湿机,排出机内潮湿空气；③ 作好结构外形设计,防止水份阻流停滞，进入缝隙凹槽；④ 在易形成凝露、进入雨水的部位,设计导流槽和必要的排水孔将水分汇集到排水处及时排除（图13.15）；⑤ 在易凝露的表面上喷洒憎水防锈缓蚀剂；⑥ 根据环境的恶劣状况，腐蚀的严重性等，安排好各个部位材料选择和保护体系的选用。 图13.15 飞机内部典型积水部位和排水孔 （2）异类金属接触相容性设计 表13.5 金属材料的电化学腐蚀分类 阳极 电 位 由 低 到 高 阴极 Ⅰ 镁及镁合金 Ⅱ 镉、锌、铝及其合金 Ⅲ
46、铁、钢（不包括不锈钢）、铅、锡及其合金 Ⅳ 铜、黄铜、青铜、铜-铍、铜-镍、银、金、铬、镍和镍基合金、钴基合金、不锈钢、石墨、钛及钛合金 按照电化学腐蚀电极电位的高低可以将航空用金属材料划分为表13.5所示的四种类型。当两种不同类型的金属材料相接触时，如果存在电解质溶液，则因电偶腐蚀的作用，电位较低的结构件就会受到加速腐蚀。两类金属的序号相差越大，低电位的金属被加速腐蚀的倾向越大。为控制异类金属接触造成的电偶腐蚀，飞机结构设计中要注意下列原则：①尽量采用同种金属或电位差小的同类金属相互连接；② 在阴极性零件表面镀覆一层与阳极性零件相容的金属镀层，如钛合金螺栓表面离子镀铝后与铝合金结构
47、连接；③ 在两种金属之间垫入不吸水的非金属（如聚四氟乙烯）垫圈、衬垫或涂覆密封胶；④ 与电解液隔离,例如定期或不定期地在需保护的表面上喷洒薄膜或厚膜缓蚀剂,或全面涂漆或密封剂；⑤ 当上述措施难以采取时，使连接部分中阳极性零件的面积明显地大于阴极性零件的面积；⑥ 金属螺钉或螺栓在装入异种金属前,接触面均涂敷密封胶或有机涂料,并在连接面的所有边缘进行密封。 我国军用标准GJB1720-93《异种金属的腐蚀与防护》中则提供了在海水、海洋大气和工业大气中相连接的二十类金属或合金相容性与否的全面数据，可供航空结构的防腐蚀设计人员参考，对于其中不相容的连接，应采用施加保护层、绝缘密封等防护措施。 表1
48、3.6给出了不同金属材料和镀层相互接触时的电偶腐蚀等级，各等级的具体意义为：0级—不引起电偶腐蚀（可安全使用）；1级—引起电偶腐蚀，但影响不严重（在大多数场合下可使用，热带海洋条件除外）；2级—引起严重电偶腐蚀（在人工调节的干燥室内或设备密封良好的条件下可使用）。凡属于1级的接触偶，如在活动零件的接触部位涂油，或在不活动零件接触部分涂油，可提高其使用的安全性。凡属于2级的接触偶，如不能避免采用时，必须用绝缘垫将金属隔离开，如果需要导电时，则应另选一种与这两种材料电偶腐蚀敏感性均较低的金属作为镀层或中间垫片。超出表13.6所列范围的金属材料，应尽量选择电位差小的（一般认为电位差不大于0.25V）
49、不同材料作为接触偶。对于控制碳纤维复合材料与金属材料之间的电偶腐蚀，可以采取碳纤维复合材料表面涂环氧底漆和聚氨酯瓷漆、表面使用共固化玻璃纤维-环氧绝缘保护层、边缘进行嵌缝密封处理。然而，当碳纤维复合材料 表13.6 不同材料和镀覆层相互接触时的接触腐蚀等级 与钛合金接触时，因电偶腐蚀敏感性小，不需要进行特别的防护处理。 （3）防止应力腐蚀的设计 引起飞机结构件提前失效的应力腐蚀或腐蚀疲劳是合金材料在环境介质和拉伸应力(或交变应力)系统作用下的结果,为了防止这类破坏的出现,设计控制的原则是:① 隔离环境介质；② 选择在该环境介质中对应力腐蚀不敏感或抗腐蚀疲劳性能优异的合金；③ 采取严格
50、的消除残余拉伸应力,甚至有意引入表面压应力处理的措施,例如:喷丸强化、孔挤压强化、干涉配合等工艺；④ 所设计的工作应力应当小于应力腐蚀门槛值（或临界值）σSCC，对于存在裂纹缺陷或等效缺陷的构件，设计应力强度因子KI应当小于应力腐蚀门槛应力强度因子KISCC，即处在不出现应力腐蚀的安全区,而且要视零部件在飞机上所处的位置和重要程度,给予足够的安全系数，同时必须充分重视在机械加工、成型、焊接、铆接、热处理、表面处理和装配等工艺过程中引入的残余应力的影响，应将各种残余应力计入设计应力之中；⑤ 在装配中,应充分分析设计误差和工艺误差,搞好加垫设计和加垫装配,防止强迫装配,控制装配应力。 （4）耐蚀
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