B-52“同溫層堡壘”（Stratofortress）轟炸機(jī)是冷戰(zhàn)時(shí)期美國(guó)的核轟炸主力，最后一架B-52H于1962年出廠，原本預(yù)定在服役30年后的1992年退役，如今美國(guó)空軍決定該機(jī)得繼續(xù)服役到2040年，屆時(shí)服役時(shí)間將逼近80歲，堪稱(chēng)是爺爺級(jí)的古董機(jī)。

而于1961年進(jìn)入美國(guó)空軍服役的T-38“禽爪”（Talon）噴氣教練機(jī)，原設(shè)計(jì)服役壽命為7000飛行小時(shí)，但經(jīng)過(guò)數(shù)次性能提升延長(zhǎng)服役壽命后，在2013年時(shí)的實(shí)際飛行時(shí)數(shù)已達(dá)15000飛行小時(shí)，等到預(yù)計(jì)的2026年退役時(shí)，實(shí)際飛行時(shí)數(shù)將達(dá)23000小時(shí)，為原本設(shè)計(jì)值的3倍多。

延長(zhǎng)飛機(jī)使用年限固然可以省下采購(gòu)新飛機(jī)的經(jīng)費(fèi)，但伴隨著飛機(jī)使用時(shí)間的增加，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞及腐蝕問(wèn)題也會(huì)隨之一一浮現(xiàn)。

根據(jù)一份1997年發(fā)表的研究報(bào)告，從1954年到1995年這40年間，全球共約發(fā)生2800次飛機(jī)失事，其中由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題導(dǎo)致的有67件，原因及百分比為：其它及設(shè)計(jì)不良各占10.4%、維修不良占7.5%、超負(fù)荷占28.4%、疲勞及腐蝕占百分之43.2%。結(jié)構(gòu)問(wèn)題中疲勞及腐蝕危害最烈，幾乎占了一半，可見(jiàn)要維持老飛機(jī)的飛行安全，必須對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞及腐蝕有正確的認(rèn)知及處置，而這也是目前各國(guó)空軍現(xiàn)正面對(duì)的首要課題。

疲勞是指在低于材料極限強(qiáng)度的應(yīng)力長(zhǎng)期反復(fù)作用下，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)終于破壞的一種現(xiàn)象。由于總是發(fā)生在結(jié)構(gòu)應(yīng)力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)容許最大應(yīng)力的情況下，因此常能躲過(guò)一般人的注意而不被發(fā)覺(jué)，這也是疲勞最危險(xiǎn)的地方。

疲勞破壞大致分為兩類(lèi)︰低周期疲勞（low cycle fatigue）及高周期疲勞（high cycle fatigue）。一般而言，發(fā)生疲勞破壞時(shí)的應(yīng)力周期次數(shù)少于十萬(wàn)次者，稱(chēng)為低周期疲勞；高于此次數(shù)者，稱(chēng)為高周期疲勞。低周期疲勞的作用應(yīng)力較大，經(jīng)常伴隨著結(jié)構(gòu)的永久塑性變形；高周期疲勞的作用應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)變形通常維持在彈性范圍內(nèi)，所以不致有永久變形。

材料疲勞破壞的進(jìn)程分為三階段︰裂紋初始（crack initiation）、裂紋成長(zhǎng)（crack growth）、強(qiáng)制破壞（rupture）。材料表面瑕疵或是幾何形狀不連續(xù)處，材料晶格在外力作用下沿結(jié)晶面相互滑移，形成不可逆的差排移動(dòng)，在張力及壓力交替作用下，于材料表面形成外凸及內(nèi)凹，造成初始裂紋。

這些初始裂紋在多次應(yīng)力周期的拉伸應(yīng)力連續(xù)拉扯下逐漸成長(zhǎng)，并使材料承載面積縮減，降低材料的承載能力。當(dāng)裂紋成長(zhǎng)到臨界長(zhǎng)度時(shí)，材料凈承載面積下的應(yīng)力已超過(guò)材料的極限強(qiáng)度，此時(shí)的材料強(qiáng)制破壞也就無(wú)法避免了。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞破壞最常發(fā)生于幾何形狀不連續(xù)處，因此在維護(hù)延長(zhǎng)服役年限的老飛機(jī)時(shí)，對(duì)一些幾何面積變化較大的位置，如R角、鉚釘孔邊等，都需要特別留意。比較麻煩的是有些結(jié)構(gòu)件在原本的設(shè)計(jì)負(fù)載下，預(yù)期使用期間不會(huì)有疲勞破壞的顧慮，因此未留下檢查進(jìn)手空間，或是結(jié)構(gòu)需大部拆解后才有辦法檢查，這些位置在延長(zhǎng)服役期間如果未能檢查，就會(huì)有相當(dāng)?shù)臐撛陲w行安全風(fēng)險(xiǎn)。

腐蝕是個(gè)存在已久的老問(wèn)題，亞熱帶高溫潮濕的環(huán)境更有利于腐蝕的發(fā)生。本質(zhì)上，腐蝕是個(gè)無(wú)法避免的過(guò)程，只能以適當(dāng)?shù)奶幹脕?lái)延緩其發(fā)生或降低帶來(lái)的損害，明白了常見(jiàn)的腐蝕及其預(yù)防或處置方式，對(duì)飛行安全或節(jié)省維修經(jīng)費(fèi)，都會(huì)有莫大的幫助。

廣義來(lái)說(shuō)，腐蝕是指材料受到環(huán)境介質(zhì)預(yù)期外的侵襲所造成的材料性質(zhì)退化。不論是金屬、聚合物、或陶瓷等等皆難逃腐蝕。這是因?yàn)樵谧匀唤缋铮牧弦缘V石中硫化物或氧化物型態(tài)存在的情況最穩(wěn)定，一旦經(jīng)由各種精煉過(guò)程成為純物質(zhì)或合成物質(zhì)的型態(tài)，就成為不穩(wěn)定狀態(tài)，而腐蝕就是材料恢復(fù)穩(wěn)定的一種方式。

例如：自然界的鐵是以氧化鐵的形式存在于礦石中，經(jīng)過(guò)提煉之后成為純鐵或合金鋼，但在歲月的侵襲下，終究會(huì)恢復(fù)到生銹的氧化鐵。

一般人都有個(gè)錯(cuò)誤的觀念，認(rèn)為腐蝕與空氣濕度有直接的關(guān)系，因此潮濕的東南亞地區(qū)較容易發(fā)生腐蝕，而干燥的北美或歐洲大陸，則較不會(huì)有腐蝕的困擾。事實(shí)上，腐蝕的發(fā)生與空氣絕對(duì)濕度關(guān)系甚微，與空氣相對(duì)濕度則密不可分。

此處的空氣絕對(duì)濕度就是一般人所認(rèn)知的空氣濕度，它是指在某一溫度下，空氣中所含的水蒸氣含量；而空氣相對(duì)濕度則是指在某一溫度下，空氣中的水蒸氣含量與該溫度下空氣所能容納的水蒸氣最大含量之比值。

當(dāng)空氣相對(duì)濕度到達(dá)某一臨界值時(shí)，水蒸氣會(huì)在金屬表面形成水膜，促使電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，進(jìn)而加快腐蝕速率，因此東南亞地區(qū)的年平均空氣絕對(duì)濕度固然高于北美或歐洲大陸地區(qū)，但兩地區(qū)的年平均空氣相對(duì)濕度則未必一定如此。

所謂的電化學(xué)反應(yīng)，是指金屬在常溫下與水或其它電解質(zhì)間，由于電子的轉(zhuǎn)移而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。要完成此反應(yīng)需具備四個(gè)要素︰釋放電子的陽(yáng)極、接收電子的陰極、與電子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的電解質(zhì)、連接陰陽(yáng)極的電路。

以最常用的干電池為例︰干電池的外殼為鋅（陽(yáng)極），正中央為石墨碳棒（陰極），處于鋅外殼與石墨碳棒間的，是以氯化銨（NH4Cl）為反應(yīng)主體的糊狀物電解質(zhì)，由于鋅的活性較石墨來(lái)得大。

因此會(huì)釋放電子變成鋅正離子，電子與氯化銨產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成的電子流通過(guò)外導(dǎo)線可提供1.5 V的電壓，而鋅正離子則與電解質(zhì)中的其它物質(zhì)形成穩(wěn)定的化合物，故干電池使用一段時(shí)間后，鋅外殼就會(huì)逐漸稀薄被“腐蝕”，形成常見(jiàn)的干電池外殼烏黑生銹現(xiàn)象。

腐蝕會(huì)減損材料的承載面積，使結(jié)構(gòu)無(wú)法承受原先的設(shè)計(jì)負(fù)載，不但造成飛行安全顧慮，而且處理腐蝕也并不便宜。根據(jù)美國(guó)國(guó)防部2012年的一份研究報(bào)告，2008到2009年間，美國(guó)空軍每年在處理腐蝕上的花費(fèi)接近50億美元，占美國(guó)空軍年度維護(hù)經(jīng)費(fèi)近四分之一，腐蝕所導(dǎo)致的巨大經(jīng)濟(jì)損失，由此可見(jiàn)。

某些金屬在大氣環(huán)境下，表面會(huì)形成一層薄膜而失去相對(duì)的化學(xué)活性，使腐蝕行為變?nèi)酰朔N現(xiàn)象稱(chēng)為鈍化，如不銹鋼、鋁、鉛、鈦等合金均具有此特性。麻點(diǎn)腐蝕專(zhuān)發(fā)生于具有鈍化膜的金屬表面上，其中以不銹鋼最容易發(fā)生。

麻點(diǎn)腐蝕是一種局部的腐蝕現(xiàn)象，金屬表面呈現(xiàn)多處點(diǎn)狀的銹蝕，直徑可由0.002 mm到0.2 mm，腐蝕方向?yàn)榇怪毕蛳虑治g，發(fā)生原因是由于環(huán)境或金屬表面的性質(zhì)不均勻（如表面缺陷、成分不均等），導(dǎo)致環(huán)境中的氯離子被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，使鈍化膜破壞生成微小的孔洞，孔洞底部因空氣不流通缺氧而形成陽(yáng)極，孔洞外圍則因氧氣充足形成陰極，在陰陽(yáng)兩極的電化學(xué)反應(yīng)下，金屬表面就發(fā)生麻點(diǎn)腐蝕。

不銹鋼表面的麻點(diǎn)腐蝕

金屬表面的小刮痕或刻痕，很容易導(dǎo)致麻點(diǎn)腐蝕的發(fā)生，因此要防止此種腐蝕，金屬表面鏡面處理是一種相當(dāng)有效的方式。

異電位腐蝕的現(xiàn)象可以說(shuō)是電鍍的逆過(guò)程，電鍍時(shí)兩根金屬棒分別接于直流電源的陽(yáng)極和陰極，并置于電解液中形成電導(dǎo)通狀態(tài)，陽(yáng)極的金屬棒在電解液中會(huì)溶解成金屬正離子和電子，金屬正離子會(huì)被陰極金屬棒所吸引，和其電子結(jié)合成金屬附著沉積于表面上；電子則在直流電源的驅(qū)動(dòng)下去補(bǔ)充陰極金屬棒所失去的電子。在這個(gè)過(guò)程中，陽(yáng)極的金屬棒因持續(xù)溶解而逐漸被“腐蝕”。

同樣的道理，當(dāng)兩種或兩種以上不同的金屬材料搭接成電導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，因?yàn)楸舜碎g的電位不同，材料間就會(huì)有電流通過(guò)，加上潮濕的環(huán)境有類(lèi)似電解液的功用，致其中某一材料會(huì)產(chǎn)生坑洞狀的腐蝕，并有硫化物、氯化物、氧化物等的沉積。

鎂金屬表面與不銹鋼件接觸面產(chǎn)生的電位腐蝕

下表是幾種常見(jiàn)金屬的相對(duì)活性比較，位置越往上的材料其電位越高，活性也越大，容易被腐蝕；位置越往下的材料其電位越低，惰性也越大，有免于被腐蝕的保護(hù)作用。

如果必須使用不同類(lèi)型的材料，可以用不導(dǎo)電的分隔物把兩種材料分開(kāi)，讓彼此完全絕緣，一般也可以用鉻酸鹽或環(huán)氧樹(shù)脂涂裝做阻隔，但前提是這些涂層不會(huì)受到機(jī)械性的破壞。若實(shí)在無(wú)法解決，就得先防患未然，將活性零件做得大一些，或是做成容易更換的零件。

在以往飛機(jī)工業(yè)未使用先進(jìn)復(fù)合材料之前，所使用的材料主要是鋁和經(jīng)過(guò)鈍化處理的不銹鋼，異電位腐蝕較不常見(jiàn)，但隨著對(duì)性能及隱身性的要求，新一代戰(zhàn)機(jī)已廣泛采用此種強(qiáng)度高、重量輕、雷達(dá)不易探測(cè)的新材料。

顧名思義，鱗落腐蝕的外觀會(huì)有如魚(yú)鱗片般的迭層剝落，這種腐蝕具有明顯的方向性，通常會(huì)平行于滾制或射出成形的面，侵蝕被拉長(zhǎng)的材料晶粒，造成表面結(jié)構(gòu)的脫層或形成多層面。

環(huán)境因素是造成鱗落腐蝕的主因，例如環(huán)境中有氯化物和溴化物離子的存在、高溫、酸性的環(huán)境、間歇性的干和濕等等，后者尤其會(huì)產(chǎn)生不可溶解的腐蝕物，加快腐蝕速率。

在材料表面涂裝底漆及化學(xué)保護(hù)膜可改善鱗落腐蝕抵抗力，不過(guò)這只能延緩鱗落腐蝕發(fā)生的時(shí)間，無(wú)法完全防止，且一旦此保護(hù)層被腐蝕，則底下的材料將處于無(wú)保護(hù)狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)會(huì)被腐蝕而破碎。

應(yīng)力腐蝕是材料在化學(xué)侵蝕環(huán)境下與機(jī)械性拉伸應(yīng)力同時(shí)作用下的結(jié)果。一般的腐蝕是以材料被剝蝕的型態(tài)出現(xiàn)，而應(yīng)力腐蝕則以裂紋的型態(tài)出現(xiàn)，且表面幾乎沒(méi)有任何腐蝕物堆積的現(xiàn)象，因此很容易被忽略，形成潛伏的危險(xiǎn)因素。造成應(yīng)力腐蝕的四個(gè)基本條件是：敏感性合金、侵蝕環(huán)境、施加或殘余拉伸應(yīng)力，以及時(shí)間。

應(yīng)力腐蝕廣見(jiàn)于多種材料及環(huán)境中，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)力腐蝕損壞最常出現(xiàn)于低合金鋼、鋯、黃銅、鎂及鋁合金。這些材料應(yīng)力腐蝕損壞的外表及行為都不相同，不過(guò)一般而言都具有一些共同的特性：

(2) 拉伸應(yīng)力和環(huán)境同時(shí)作用的結(jié)果，輪流作用不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，且應(yīng)力大小沒(méi)有絕對(duì)的關(guān)系。應(yīng)力大，環(huán)境的因素就比較小；應(yīng)力小，環(huán)境的因素就比較大。

(3) 材料表面的氧化膜受到機(jī)械或化學(xué)外力的破壞形成小凹洼，應(yīng)力腐蝕初始裂紋就由小凹洼的根部開(kāi)始成長(zhǎng)，這段期間應(yīng)力的影響很小，腐蝕是主要的原動(dòng)力，裂紋方向和主應(yīng)力方向一致，與一般疲勞裂紋和主應(yīng)力方向垂直的情況大不相同。

(4) 裂紋走向會(huì)在沿著晶粒邊界或穿透晶粒中二選一，全看材料、環(huán)境、應(yīng)力大小這三者的組合而定。在不銹鋼材里，裂紋通常會(huì)穿透晶粒，且會(huì)造成一特別的晶體面，但在某些介質(zhì)中，特別是腐蝕性溶液或是高氧化物漂白劑中，裂紋會(huì)沿著晶粒邊界。在高強(qiáng)度合金鋼中，裂紋會(huì)沿著晶粒邊界；鋁合金基本上亦是如此。

(5) 裂紋成長(zhǎng)的過(guò)程本身就有自我催化的作用，正在成長(zhǎng)中的裂紋尖端局部的成長(zhǎng)速率至少為疲勞裂紋的百倍以上，所以一旦發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋后就需要盡快處置。

(6) 形成裂紋需要特定的合金和環(huán)境，雖然許多環(huán)境都能產(chǎn)生相近的腐蝕速率，但不同的合金對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感度差異很大。

應(yīng)力腐蝕裂紋必需在腐蝕表面上有拉伸應(yīng)力，此拉伸應(yīng)力可以是外加，也可以是殘余應(yīng)力，其中殘余應(yīng)力更是問(wèn)題的所在，因?yàn)樗请[藏的，在設(shè)計(jì)時(shí)常會(huì)被忽略。殘余應(yīng)力的來(lái)源可能來(lái)自制造過(guò)程，如冷加工時(shí)變形不均勻、熱處理后退火冷卻速率不同；或是來(lái)自裝配時(shí)的緊配，鉚釘、螺栓變形等。

由于應(yīng)力腐蝕必須是應(yīng)力、敏感性合金以及特定環(huán)境下三者同時(shí)作用才會(huì)產(chǎn)生，故若要防止應(yīng)力腐蝕，可從改變這些因素來(lái)著手：

降低應(yīng)力：這有好幾種方法，如增加材料厚度或降低負(fù)載都是可行的方式。如果零件因重量關(guān)系無(wú)法增厚，可在表面上用珠擊或滾壓的方式加上壓縮殘余應(yīng)力。

改變環(huán)境：抹去結(jié)構(gòu)表面上沉積的水氣、污物、清潔劑殘痕等，都是很有效的預(yù)防措施。

更換材料：這是最方便的做法，若無(wú)法改變應(yīng)力和環(huán)境，這也是唯一的對(duì)策。一般是改用不同熱處理方式以增強(qiáng)抗腐蝕能力的同型號(hào)材料，但若改用其他材料，如鋁合金改用鋁鋰合金，鋼改用鈦合金等，就需要一并考慮更改材料后全機(jī)重心改變、震動(dòng)模態(tài)變更、與鄰近材料的異電位腐蝕等相關(guān)問(wèn)題。

表面處理：陽(yáng)極化或陰極化表面處理都會(huì)在材料表面形成保護(hù)膜，降低外界的腐蝕作用，但此種處理會(huì)降低鋁合金的疲勞強(qiáng)度，且陰極化處理也不能用在高強(qiáng)度鋼材，或是對(duì)氫脆敏感的材料，因?yàn)楸砻骊帢O化會(huì)增加氫侵入的速度。若表面有裂紋，局部處理的效果也不好。

由于經(jīng)濟(jì)因素的考慮，軍用飛機(jī)延長(zhǎng)服役年限是一個(gè)不可避免的趨勢(shì)，而如何維持這些老舊飛機(jī)的飛行安全，則是一個(gè)嚴(yán)肅的課題。由于老舊飛機(jī)都已經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的服役生涯，影響其飛行安全的最大因素自然來(lái)自疲勞與腐蝕。

疲勞是外力長(zhǎng)期作用下的結(jié)果，因此當(dāng)飛機(jī)服役時(shí)間越久，就越容易受到它的影響；而由于材料的天性，腐蝕終究是個(gè)無(wú)法避免的過(guò)程，美國(guó)空軍在2005年修訂的飛機(jī)結(jié)構(gòu)剛性計(jì)劃需求中，因此新增了對(duì)腐蝕的預(yù)防、控制、評(píng)估工作項(xiàng)目，可見(jiàn)在未來(lái)的一段時(shí)間，腐蝕應(yīng)該還是會(huì)繼續(xù)困擾著飛機(jī)結(jié)構(gòu)。

要維持軍用飛機(jī)延長(zhǎng)服役期間的飛行安全，在經(jīng)費(fèi)考慮下，一般采取的方式是對(duì)容易發(fā)生疲勞裂紋的位置執(zhí)行定期檢查。舊式軍用飛機(jī)的結(jié)構(gòu)安排簡(jiǎn)單、寬松，少有無(wú)法檢查的區(qū)域，縱然有疲勞或腐蝕，經(jīng)由擇要檢修后很容易發(fā)現(xiàn)并排除，因此不至于對(duì)機(jī)隊(duì)安全造成困擾。

現(xiàn)代軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝備安排非常緊密，在提升維修效率的考慮下，擇要檢修也逐漸被機(jī)隊(duì)管理所取代，依據(jù)單機(jī)追蹤分析結(jié)果決定定期檢查的位置與檢查時(shí)距，如果某些重要結(jié)構(gòu)件因此完全沒(méi)有檢查，就會(huì)有潛在飛行安全風(fēng)險(xiǎn)，美國(guó)空軍F-15C事件就是教訓(xùn)。

現(xiàn)行最佳方式是在機(jī)上安裝傳感器，即時(shí)探測(cè)并回報(bào)機(jī)上發(fā)生的疲勞與腐蝕損傷，老飛機(jī)的結(jié)構(gòu)安全將更有保障。只是目前的傳感器僅能追蹤疲勞及異電位腐蝕損傷，且飛機(jī)會(huì)延長(zhǎng)使用年限通常是因?yàn)榻?jīng)費(fèi)拮據(jù)，這種方式與節(jié)省經(jīng)費(fèi)的初衷背道而馳，要獲得實(shí)行并不容易。