本刊記者| 王元 曾祥偉

 

　　近日，為了向大眾普及航空材料耐蝕性能評價及選用方面的知識。《腐蝕防護(hù)之友》記者對中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院孫志華老師進(jìn)行了一次關(guān)于航空材料防腐為主題的專訪。
 

航空材料
 

　　在一片謙和的氣氛中，孫老師對航空結(jié)構(gòu)防腐蝕重要性、防腐蝕措施、耐蝕材料選擇及防腐蝕性能評價等方面，提出了我國目前航空工業(yè)在材料及涂層防腐蝕總體思路。

 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：當(dāng)今社會航空業(yè)的飛速發(fā)展，談?wù)労娇諛I(yè)防腐蝕的重要性？

 

　　孫主任：航空工業(yè)防腐蝕日益重要。近年來，我國航空工業(yè)飛速發(fā)展，周邊區(qū)域軍事熱點(diǎn)事件頻發(fā)，我國南海主權(quán)不斷受到東南亞國家挑戰(zhàn)，在釣魚島附近海域與日本存在潛在沖突。同時我國海軍艦隊(duì)遠(yuǎn)赴亞丁灣打擊索馬里海盜等。因此海洋環(huán)境服役、航母編隊(duì)各型飛機(jī)發(fā)展迅速， 如艦載戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)、預(yù)警機(jī)等。

 

　　眾所周知，海洋環(huán)境特別是艦載飛機(jī)服役環(huán)境惡劣，面臨的環(huán)境條件包括自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境。其中，自然環(huán)境為海洋大氣環(huán)境，基本因素包括溫度、濕度、風(fēng)、雨、雪、太陽輻射、海水飛濺作用等。與內(nèi)陸環(huán)境相比，高溫、高濕及高鹽霧的特性突出， 全年平均濕度達(dá)到87%，鹽霧含量更是達(dá)到0.3694 mg/（100cm2·d），超過內(nèi)陸地區(qū)近100 倍以上。因此，海洋大氣環(huán)境中金屬的腐蝕要遠(yuǎn)高于內(nèi)陸地區(qū)，以萬寧海洋大氣環(huán)境為例，其對鋼的腐蝕是江津等內(nèi)陸地區(qū)的2 ～ 4 倍。美空軍數(shù)據(jù)表明用于腐蝕維修、維護(hù)的費(fèi)用由2004 年的15 億美元，劇增為2009 年的54 億美元；腐蝕花費(fèi)占到空軍后勤總費(fèi)用的32%；每架飛機(jī)每年因腐蝕花費(fèi)100 萬美元。腐蝕問題不僅涉及經(jīng)濟(jì)性問題，還嚴(yán)重危害飛機(jī)的飛行安全。美國空軍后勤中心（ALC ） 對20 多種飛機(jī)調(diào)查表明：腐蝕導(dǎo)致的飛行事故占總數(shù)的20% 左右。而我國亞丁灣護(hù)航任務(wù)是我國海軍迄今為止深入海洋最遠(yuǎn)、時間最久的任務(wù)，多種直升機(jī)在此任務(wù)中暴露出了嚴(yán)重的腐蝕問題，飛機(jī)不得不提前進(jìn)入大修。因此對于經(jīng)常處于海洋腐蝕環(huán)境中的飛機(jī)，腐蝕問題已成為決定其壽命、保證技戰(zhàn)術(shù)水平的關(guān)鍵因素。

 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：航空業(yè)金屬結(jié)構(gòu)防腐包括哪些方面？ 如何進(jìn)行的？

 

　　孫主任：目前參照英、美等國空軍、海軍的飛機(jī)腐蝕控制理念，我國已逐步改變了以往以修理為主的被動應(yīng)對飛機(jī)腐蝕問題的觀念，將飛機(jī)腐蝕控制研究發(fā)展為防護(hù)系統(tǒng)工程學(xué)，在飛機(jī)論證、設(shè)計、選材、制造、維護(hù)的全壽命期內(nèi)貫徹和體現(xiàn)積極的腐蝕預(yù)防與控制理念，形成系統(tǒng)的防腐蝕技術(shù)體系。

 

　　合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計

 

　　通過設(shè)計合理的密封、通風(fēng)、排水等措施改善結(jié)構(gòu)的服役條件；盡量避免異種金屬接觸或采取有效地防電偶腐蝕設(shè)計， 控制電偶腐蝕；合理選擇鍛件分模面，主應(yīng)力、流線方向和分模面匹配，提高鍛件的抗應(yīng)力腐蝕能力和承載能力，改善應(yīng)力狀態(tài)。

 

　　選用綜合性能優(yōu)良的耐蝕材料

 

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)/ 部位與使用要求，對材料的強(qiáng)度、疲勞性能、斷裂韌性、耐蝕性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行綜合對比，在滿足必要的力學(xué)、工藝和結(jié)構(gòu)要求的前提下， 優(yōu)先考慮其耐蝕性，尤其耐應(yīng)力腐蝕和氫脆性能。

 

　　采用先進(jìn)表面處理技術(shù)

 

　　根據(jù)不同的金屬材料、服役環(huán)境合理選擇鍍層、覆蓋層或沉積層，提高材料制件的耐蝕性、耐磨性、導(dǎo)電性、減摩性、隔熱性、裝飾性等。

 

　　采用高性能防護(hù)涂層體系

 

　　采用兼具有防潮拒水、高柔韌性、“三防”防護(hù)涂層體系，針對海洋服役環(huán)境飛機(jī)研發(fā)防腐涂料以及艙內(nèi)采用水基涂料等； 全機(jī)結(jié)構(gòu)孔和縫隙采用具有劑有較強(qiáng)的滲透性的滲透型緩蝕劑，增強(qiáng)抗腐蝕能力。

 

　　先進(jìn)的腐蝕控制維護(hù)/維修技術(shù)

 

　　重視腐蝕控制維護(hù)/ 維修技術(shù)，廣泛應(yīng)用飛機(jī)專用清洗劑、緩蝕劑以及快速腐蝕修復(fù)等技術(shù)控制腐蝕發(fā)生、發(fā)展。

 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：我國航空方面耐蝕材料如何選用？ 比如飛機(jī)的各個部分耐蝕材料的選用？

 

　　孫主任：航空耐蝕材料的選用原則： 針對可能出現(xiàn)的腐蝕類型選擇相應(yīng)的耐腐蝕材料，尤其在易產(chǎn)生腐蝕和不容易維護(hù)的部位應(yīng)盡量選擇耐腐蝕性能好的材料， 所選用的材料應(yīng)具有相容性；應(yīng)按材料- 環(huán)境組合體系選擇合適的材料及熱處理狀態(tài)，應(yīng)盡量避免選擇對腐蝕敏感的熱處理狀態(tài)，避免選擇會引起應(yīng)力腐蝕和氫脆敏感性的表面加工；選材時應(yīng)考慮抗老化性能，要求使用添加抗老化劑的高分子材料； 考慮材料的吸水性和透水性對腐蝕的影響以及變形導(dǎo)致的失效，應(yīng)用于電氣、燃油環(huán)境的材料考慮吸水性和透水性對阻燃性、電絕緣性、導(dǎo)熱性的影響；與其他類型材料接觸時應(yīng)具有相容性，高分子材料之間也應(yīng)具有相容性，與金屬材料接觸時應(yīng)不會引起金屬材料的腐蝕（包括化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕），高分子材料所含溶劑、逸出的氣體不應(yīng)引起金屬及鍍層腐蝕。

 

　　結(jié)構(gòu)鋼的選擇

 

　　碳鋼的耐腐蝕性都較差，所有碳鋼零件都應(yīng)進(jìn)行有效的表面防護(hù)處理；結(jié)構(gòu)鋼零件，尤其是對低合金結(jié)構(gòu)鋼零件應(yīng)選用對點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、氫脆、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞不敏感的材料及熱處理狀態(tài)，并應(yīng)注意加工過程對腐蝕性能（ 含氫脆、鎘脆） 的影響；合金鋼仍具有碳鋼的各種腐蝕傾向，需要較好的表面防護(hù)。對于高強(qiáng)度鋼零件，應(yīng)特別注意其應(yīng)力腐蝕和氫脆的敏感性，有效地防止應(yīng)力腐蝕和氫脆的發(fā)生；

 

　　不銹鋼的選擇

 

　　在強(qiáng)度滿足要求的條件下應(yīng)優(yōu)先選用具有良好耐腐蝕性能的奧氏體不銹鋼；馬氏體不銹鋼耐腐蝕性相對較差，應(yīng)盡可能選用含碳量低的馬氏體不銹鋼；對強(qiáng)度要求高的零件可選用沉淀硬化不銹鋼。

 

　　鈦合金的選擇

 

　　鈦合金特別是高強(qiáng)度鈦合金，在氯化物水溶液、熱鹽等介質(zhì)中使用時，應(yīng)采取預(yù)防應(yīng)力腐蝕措施；鈦合金應(yīng)避免和含氯介質(zhì)接觸；鈦合金不能鍍鎘或鍍銀，制造和裝配過程中不允許用鍍鎘的工具、夾具、型架、定位器等；同時應(yīng)避免鈦合金與鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼等發(fā)生接觸腐蝕。

 

　　鋁合金的選擇

 

　　結(jié)構(gòu)用鋁合金的選擇應(yīng)考慮合金的抗應(yīng)力腐蝕和剝蝕性能，盡可能地選用對應(yīng)力腐蝕和剝蝕敏感性低的合金和熱處理工藝；一般應(yīng)優(yōu)先選擇高純度、高強(qiáng)度、高韌性和高耐腐蝕性的鋁合金。對厚板、鍛件和厚截面的擠壓件應(yīng)著重考慮鋁合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。薄板和薄截面的擠壓件應(yīng)著重考慮抗剝蝕性能。

 

　　鎂合金的選擇

 

　　所有結(jié)構(gòu)金屬中，鎂合金的耐腐蝕性能最差，結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)盡量避免采用。但在良好的環(huán)境下并有良好的防護(hù)體系時， 也可使用。

 

　　《腐蝕防護(hù)之友》：航空材料的腐蝕程度如何檢測、評價的？ 哪些材料性能評價用到鹽霧箱？ 能不能列舉一個典型案例？

 

　　孫主任：航空材料、涂層以及結(jié)構(gòu)的防腐蝕性能的評價方法主要包括實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)和自然環(huán)境暴露試驗(yàn)。不同材料的防腐蝕性能檢測種類和方法不同，如鋁合金主要采用航標(biāo)、國軍標(biāo)、ASTM、ISO 以及美軍標(biāo)等進(jìn)行晶間腐蝕、剝落腐蝕、應(yīng)力腐蝕等性能的檢測與評價，而高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和鈦合金主要進(jìn)行應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等的檢測。對于表面處理及防護(hù)涂層主要采用中性鹽霧試驗(yàn)的方法進(jìn)行耐性能的評價，如高強(qiáng)度鋼無氰電鍍鎘鈦涂層的耐中性鹽霧性能應(yīng)達(dá)到500 小時不出現(xiàn)紅銹。

 

　　為了更好地模擬飛機(jī)的服役環(huán)境、進(jìn)行航空結(jié)構(gòu)環(huán)境適應(yīng)性的評價，廣泛開展環(huán)境模擬加速試驗(yàn)譜的研究，開展戶外暴曬、艦上暴曬及實(shí)驗(yàn)室模擬加速試驗(yàn)，獲得材料、防護(hù)體系、關(guān)鍵（易腐蝕）結(jié)構(gòu)件環(huán)境耐久性數(shù)據(jù)，為整機(jī)防護(hù)體系改進(jìn)提供依據(jù)；同時采用飛機(jī)腐蝕損傷及腐蝕環(huán)境的原位監(jiān)測技術(shù)，將以往的“發(fā)現(xiàn)腐蝕- 進(jìn)行修復(fù)”的模式轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;預(yù)測腐蝕- 進(jìn)行管理”的模式，根據(jù)預(yù)測結(jié)果決定飛機(jī)維護(hù)和管理策略。

 

　　結(jié)語：航空工業(yè)腐蝕問題已成為決定海洋環(huán)境服役飛機(jī)壽命、保證技戰(zhàn)術(shù)水平的關(guān)鍵因素，其腐蝕防護(hù)與控制是一個系統(tǒng)工程，貫穿設(shè)計、研制、生產(chǎn)、使用全過程。需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料篩選、表面處理、防護(hù)體系選擇、維護(hù)/ 維修、腐蝕性能檢測及評價等方面加強(qiáng)腐蝕控制。