1.3.3.1船舶

 

    近年來我國造船事業迅猛發展，各種新型船只日益增多。考慮到造船成本和船舶的性能，大多數船舶都采用高強度的鋼鐵材料做外殼。鋼鐵在海洋環境中腐蝕較為嚴重，腐蝕破壞船體結構造成嚴重損失，有時甚至會對船員的生命造成威脅。因此需要對船舶進行腐蝕檢測和防腐處理，延長船舶的使用壽命。船舶本身結構復雜龐大，嚴酷的海洋環境使船舶極易腐蝕。船舶易腐蝕部位主要有船殼、船體上層建筑、管路、壓載艙等。每個部分因其所處腐蝕環境的不同，腐蝕特性也有所差別，腐蝕類型呈多樣性。

 

    船舶腐蝕存在的主要問題：

 

    1）緊固件腐蝕問題

 

    在非耐壓殼體區域及內艙底部，部分緊固件出現比較嚴重的銹蝕，部分已喪失強度，急需更換。原因可能為目前使用的緊固件大多仍為滲鋅或鍍鋅防護處理的碳鋼緊固件，其在海洋環境中的防護壽命較短，不能滿足干濕交替及高溫高濕工況的長效防護需求。

 

圖1-5 緊固螺栓腐蝕狀況

 

    2）防腐涂層剝落

 

    船體上層建筑部位防腐涂料出現剝落現象，尤其是在導軌兩側與上層建筑區域銅合金管路外壁，另外在甲板的焊接部位，防腐涂層也出現剝離現象，非耐壓殼體出現大量銹蝕，原因可能為仍采用氯化橡膠系列防腐涂料，防腐壽命較差，另外在出海期間經常補涂，沒有及時清理基體，導致結合力不高。

 

           圖1-6 甲板以及非耐壓殼體的銹蝕與剝落

 

    3）犧牲陽極材料及優化布置問題

 

    調研發現，船上使用的部分陽極仍然為三元鋅陽極，其在上建及內艙等干濕交替環境工況下的溶解性能較差，容易結殼，影響再活化，會造成局部欠保護。

    4）海水系統用犧牲陽極壽命短

 

    調研發現，海水系統尤其是冷凝器系仍采用三元鋅陽極對銅制海水系統進行防護，選用的鋅不到兩個月內都消耗完畢，完全達不到防護要求。

 

圖1-7 消耗情況

 

    5）內艙及管路系統

 

    大部分船體底艙有不少積水，潮濕環境加速了艙底鋼制管路及其緊固件的腐蝕，而且發現在多處通海閥杯形管節法蘭處發生嚴重腐蝕。

 

 

圖1-8 海閥杯形管節腐蝕狀況

 

    由于艦船裝備的特點，空間的局限，環境條件的影響等因素限制，艦船裝備在防腐蝕監測方面，很多監測技術手段的應用難以開展。但隨著機械、電子、材料學科、傳感器、換能器技術、信號處理技術、缺陷識別技術等多項技術的發展與融人，正在不斷得到新的發展和應用。結合艦船裝備防腐蝕監測的迫切需求，當前，在艦船裝備防腐蝕監測技術研究和開發領域，當前主要集中在新型傳感器的開發應用、傳統監測技術手段的改進、多種傳統監測技術手段的融合、監測設備的便攜和智能化等。

 

    船體的防腐蝕監測的內容包括兩個方面：一是船體腐蝕狀況監測：另一個是船體腐蝕防護效果監測。這類監測技術有船體陰極保護狀態監測（船體電位監測）、船體腐蝕狀況監測（超聲波測厚技術測量船體鋼板平均厚度，X射線或超聲波腐蝕測試儀，鋼板表面腐蝕坑深度監測）、水下電視監測系統（船體水下腐蝕及污垢狀況監測）、熱波成像檢測系統等。

 

    與此同時，艦船防腐也存在一些問題，這些問題主要包括：

 

    （1）艦船腐蝕監測技術開發、投入較少

 

    由于前期對艦船腐蝕監測的重要性重視程度不夠，致使經費投入不足，科研立項渠道狹窄，嚴重滯后艦船腐蝕監檢測技術的發展和應用。腐蝕監檢測技術在石油化工、核工業領域得到了重視而獲得了長足的發展，但是由于市場推動作用，大量的腐蝕監檢測探針、監測系統和評判標準方法等均掌握外國外公司手中，國內少有完全自主開發能力。隨著我軍艦船的快速發展，艦船體積大，內部結構復雜，艦船關鍵部位的腐蝕問題得到軍隊和總體所的高度重視，艦船腐蝕監檢測技術亟待大力投入，快速發展以適應新形勢下艦船發展的需求。

 

    （2）艦船腐蝕監檢測技術的實際應用偏少

 

    目前絕大多數艦船不具備腐蝕監檢測裝置。除了前期對腐蝕監檢測技術的重視不夠外，另一方面是艦船腐蝕監檢測技術發展嚴重滯后，還不能針對典型的腐蝕問題建立有效的監測系統，無法滿足實際艦船工況下的腐蝕監檢測需要，也限制了艦船腐蝕監檢測技術在實船上的應用。艦船的腐蝕檢測目前仍以人工目視檢查為主，往往在裝備腐蝕失效時才發現問題。前期已經發生的事件顯示，腐蝕問題均是在已經穿孔泄露時才會被人工勘驗發現，這不但損失巨大，更重要的是嚴重影響艦船的戰備狀態。艦船腐蝕監測技術提高需要一個使用的平臺以檢驗監測效果，在設計、制造和后期服役過程中強化腐蝕監檢測在其中的應用，在應用中并不斷完善提高技術水平，才能逐漸形成更為適用的腐蝕檢測系統。

 

    （3）國內艦船腐蝕監檢測技術水平仍然偏低

 

    國內艦船腐蝕監檢測技術缺少自動化、智能化的實用檢測產品和裝置。還沒有形成系統、完整的全船智能監測系統。腐蝕監測系統包括前端的監檢測傳感器，數據采集和傳輸，上層的數據集中分析和決斷等。目前國內在多次環境上均不足，如傳感器技術嚴重滯后，只有集中腐蝕探針達到國際先進水平，大多數探針還依賴進口。雖然監測軟件系統容易建立，但是腐蝕數據的評判需要系統科學的判據，這方面也非常缺乏，國內中船重工七二五所、中科院金屬所等單位經過多年研究雖然建立了一些材料腐蝕數據和相關標準等，但是對于艦船全船龐大而復雜的結構，一個自動、智能的腐蝕監檢測平臺的建立還需要大量的前期工作。

 

    （4）艦船腐蝕狀態評估與壽命預測嚴重不足

 

    腐蝕評估與壽命預測工作在我國尚處于探索研究的起步階段，理論體系尚不健全，技術方法相對落后，嚴重依賴國外，而且缺乏相關標準和依據。民品中對于管道腐蝕疲勞，海管腐蝕評價等研究工作多依賴DNV等國外現有標準方法軟件逐漸發展起來。但是，艦船腐蝕評估與壽命預測，可借鑒的資料和方法不多。目前國內主要采用加速腐蝕的方法進行研究，如金屬所、北科大、七二五所等單位搭建了加速材料腐蝕的各種平臺，建立材料腐蝕評估模型。但是這方面的工作還遠遠不夠。

 

    （5）缺乏艦船全壽命周期內的腐蝕與防護整體規劃和完善的成套技術

 

    艦船全壽命周期腐蝕的整體規劃，仍需要下大力氣，聯合總體所、國內腐蝕研究實力雄厚的科研單位等形成合力進行大力公關，建立艦船的腐蝕防護頂層設計，結合艦船腐蝕監檢測技術和評估方法，形成艦船全壽期腐蝕防護方案、腐蝕監測技術、腐蝕控制方法、標準規范等一系列措施，實現艦船腐蝕問題有效控制。

 

    船舶上普遍使用多種金屬材料，如鋼質船體、銅質、鈦合金、不銹鋼及鋼質管道，鋁質上層建筑等。它們之間不可避免地要進行相互連接，如鋼管要固定在船體上，不銹鋼管路可能與銅質閥門連接，鈦合金管道也可能與鋼質船體或銅質閥門連接等。如果這些不同金屬之間未加電絕緣，當管路、設備的內部或外部有海水時，就會發生電偶腐蝕。致使負電位的金屬遭到快速腐蝕溶解。因此，在船舶上，采用防腐蝕電絕緣連接方式，避免此類問題的發生。

 

    海水中有些生物和微生物，它們容易附著在船體及海水管道表面，而形成船體海生物污底。它對船體的腐蝕起到復雜的影響作用。雖然一方面，有些海生物死亡后留下的石灰質殼體，當它們覆蓋滿金屬表面時，能起到一定的保護作用，減緩腐蝕；但是，起主要作用的是另一方面，附著在船體表面的海生物生命活動中釋放的CO，使周圍海水呈酸性，死亡的海生物分解放出H2S，又會使金屬的腐蝕速度增加；有些海生物能夠穿透和破壞涂層，使金屬腐蝕加速。船體海生物鈣化的污底會加速涂層系統失效，因此增加船體結構對腐蝕的敏感性。

 

    （節選自《我國船舶腐蝕成本調查報告》）

    1.3.3.2軌道交通

    在我國，鐵道行業是各種材料、特別是金屬材料鋼鐵的主要用戶之一，目前鐵路車輛的車廂結構以耐大氣腐蝕鋼為主，一般橋梁以鋼筋混凝土結構為主，大型或特大型橋梁則以鋼橋為主要形式，材料主要為16 Mn。這些金屬材料在使用中遇到的一個主要問題就是腐蝕，近年來部分鐵路事故（故障）很可能與腐蝕有關。由于金屬材料及防護措施的改進，相對20世紀90年代以前，腐蝕問題顯著減輕，突出的表現就是車輛等鋼結構設施的使用壽命和維修周期延長，鋼材因腐蝕引起的截換量大大下降。如客車的段修期由過去的1.5年提高到2年，廠修由4～6年延長到6～8年；貨車廠修由6～8年延長到8～10年。鐵路運輸在國民經濟發展中有極其重要的作用，在我國運輸市場中占據很大份額，其中貨運已占到運輸市場的54.6 %。

    鐵路車站對火車進站及站內位置的準確監控，是確保鐵路安全營運的重要環節，目前大型車站主要是通過鐵軌與車輪之間的電導通來監測火車在站狀況的。然而，目前大多數車站鋼軌都常年暴露在大氣雨水環境下，受到嚴重的腐蝕，特別是對于工業污染嚴重的城市，酸性降雨使鋼軌大氣腐蝕更為嚴重，由此導致使用率較低的站臺鋼軌表面常常會積累一層較厚的鐵銹，這將嚴重影響鐵軌與車輪之間的電導通，從而容易形成監測盲區，破壞鐵路系統對于火車監控的有效性和準確性，不僅會大幅度增加火車調度的工作難度，而且還可能導致火車相撞的危險。解決這一問題的有效方法之一是采用耐蝕更好的鋼軌材料，但是這將明顯提高鐵路的成本。

    1）火車鐵軌的腐蝕

 

    由于鐵軌常年暴露在露天情況下，在大氣雨水、酸性降雨，以及各種濕熱環境，冷暖交替環境下，受到嚴重的腐蝕，在鐵軌的緊固螺栓處，很容易出現大量銹蝕。

 

      圖1-9環境以及腐蝕狀況

 

    鐵路鋼軌的腐蝕主要發生在海濱、鹽湖地區及潮濕的隧道中。由于受潮濕氣氛的影響，加上有害氣體使水膜的pH降低和含鹽量較高，為腐蝕提供了充足的條件，部分地區或路段鋼軌腐蝕十分嚴重，有些短時間內即開始成片狀脫落。對于鋼軌的腐蝕問題，較為常用的解決辦法是將鋼軌降低一個等級使用，如P75軌按P60普通軌使用，并定期（或定運量）強制換軌；另一個方法是進行保護，如采用外加電流保護或進行表面涂覆（油漆）等。

    軌道扣件和接觸網金具的腐蝕，在四川、重慶等某些潮濕地區也是非常嚴重的，熱鍍鋅接觸網金具的使用壽命最短僅一年多，而由耐大氣腐蝕鋼制成的產品在裸用的情況下其壽命反倒可以稍長一些。從理論上說，鍍鋅產品、特別是熱鍍鋅在通常的大氣環境條件下會有不錯的表現，壽命有幾年甚至幾十年，但在嚴重空氣污染、特別是酸雨地區并不適用。

    2）火車車廂的腐蝕

    車廂腐蝕又大體可以分為兩部分：（1）車廂內部腐蝕；（2）車廂外部腐蝕。車廂內部腐蝕主要集中在車廂內部的洗漱間內。由于水分的存在，導致洗漱間內的鋼板焊接處，緊固件連接處等出現銹蝕。

 

    車廂外部腐蝕主要為車廂廂體表面腐蝕，車體外部部件等，外部部件主要為車輪的腐蝕，由于車輪長時間處于運轉狀態，導致受到疲勞應力，加上處于暴露環境下，很容易發生大量銹蝕以及應力疲勞裂紋，給火車運行造成危害。

 

圖1-10車輪處腐蝕

 

    3）鐵路設施的腐蝕

 

    不僅僅是鐵軌以及車廂存在腐蝕情況，各種與之相對應的設施也遭遇著各種腐蝕。如鐵路橋梁，支架，隧道設施等等。鐵路橋梁的鋼結構常年暴露室外，我國幅員遼闊，鐵路線拉的很長，鋼橋所處的環境條件很不相同，涉及了我國幾乎所有的氣候類型，如東北、華北、中原的鋼橋分別處于寒冷、高溫、溫暖、干燥性的氣候條件下，華北、華南的鋼橋處于亞濕熱、濕熱、含有鹽霧的海洋性氣候條件下，西北的鋼橋處于風沙性的氣候條件下，西南的鋼橋處于濕熱、酸雨性的氣候條件下，新建的青藏線上的鋼橋處于強紫外線的照射條件下。由于所處的外部環境不同，鋼橋的腐蝕特性、嚴重程度也就不盡相同。對鋼鐵橋梁的防腐，早在1 8 世紀末歐洲一些國家就已意識到進行保護性涂裝的重要性。多年來我國在鋼橋防腐蝕涂裝方面也投入了大量人力、物力，現在武漢長江大橋鐵路橋面系縱梁因銹蝕而更換的事實，使我們更加清醒地認識了鋼橋防腐蝕涂裝的重要性。

 

           圖1-11 鐵路設施設備腐蝕

 

    由于隧道處于地表以下，地層中砂層的地下水對混凝土結構具中等硫酸鹽腐蝕、弱鹽類結晶型腐蝕，對鋼筋混凝土結構中鋼筋在長期浸水中具弱腐蝕、在干濕交替中具強腐蝕，對鋼結構具中等腐蝕性。

 

    鋼筋的腐蝕是結構破壞的重要因素，在腐蝕性地下水的環境，尤其是在Cl- 離子含量較高時，鋼筋的防腐蝕措施極為重要。

 

    現有主要的鋼筋保護方法有：

 

    （1） 采用環氧涂層鋼筋造價高，施工要求高，現階段在地鐵車站混凝土結構中，尚無條件廣泛采用。

 

    （2） 鋼筋陰極保護，造價高，在地鐵車站結構中采用尚有技術問題沒有解決，同時長期維護費用大，難以在地鐵車站混凝土結構中采用。

 

    （3） 摻入鋼筋阻銹劑，造價較低，是比較可行的方法。

 

    當火車經過山脈或者河流時，橋梁便成了溝通的介質，因此鋼結構橋梁也存在巨大的腐蝕問題。影響橋梁的腐蝕因素有很多，主要有溫度、濕度以及大氣中SO2的含量等，通常情況下產生的腐蝕類型有三種：

 

    均勻腐蝕：均勻腐蝕是在金屬整個表面上發生均勻減薄的腐蝕，橋梁上的鋼結構基本發生此類腐蝕。

 

    點蝕：鋼材在適宜的環境介質中，經過一定的時間大部分表面未受腐蝕，但在個別的點或微區內，由于金屬的選擇性腐蝕而出現蝕孔或麻點。隨著時間的增加，蝕孔向縱深方向發展，這種腐蝕形態稱為點蝕。點蝕的產生一般是由于Cl-吸附在金屬表面膜中某些缺陷處引起的，如廣東某斜拉橋于1988年12月建成，1995年一根鋼索上段突然斷裂，經分析其腐蝕產物發現含有0.1 % Cl-和0.1 % SO42- ，其斷裂原因主要是由于Cl-點蝕造成的。又如北京西直門立交橋建于80年代初，因冬天使用防冰鹽來防止結冰，Cl-滲入鋼筋混凝土，破壞鋼筋表面鈍化膜，產生點蝕，使立交橋提前失效而不得不整體拆除重建。

 

圖1-12 鋼結構鐵路橋梁腐蝕

 

    縫隙腐蝕：金屬鉚接、螺栓連接、螺釘接頭等金屬與金屬間的連接結構（或非金屬材料的法蘭墊圈與金屬材料間）不可避免地存在縫隙，當具有縫隙的這種金屬結構暴露在腐蝕介質中時，在縫隙的局部范圍內常產生嚴重的腐蝕。如重慶綦江彩虹橋倒塌的主要原因之一是吊桿上部鉚接處水泥灌漿不滿，鉚接處縫隙發生腐蝕，造成吊桿斷裂。

 

    腐蝕幾乎無處不在，包括生產工藝、技術措施、材料選擇、監測和防腐管理各個環節，因此本課題將選取有代表性的單位和部門通過實地調研，綜合分析從防腐蝕工作設計到生產管理各環節對腐蝕控制的影響，探討這些因素與腐蝕成本控制之間的關系。分析腐蝕失效的表現形式、失效帶來的直接經濟損失、失效帶來的次生危害及經濟損失。最后結合政策調研以及行業的未來發展狀況，針對不同的腐蝕控制目標，提出最優化的腐蝕防護策略的實施方案。

 

    （節選自《我國軌道交通行業腐蝕成本調查報告》）

 

    1.3.3.3飛機

 

    飛機防腐在國民經濟建設中具有重大意義。采用腐蝕與防護技術可以有效控制材料失效，達到延長材料使用壽命，減少材料提前失效所引發的事故，提高材料使用的可靠性、安全性、經濟性和耐久性，有力地節約資源、節能減排、發展低碳經濟、支持國家可持續發展。

 

    從飛機設計和制造來看，不同金屬的零部件相接觸，造成不同金屬之間的電位差和導電通路，各個部件組裝在一起時，縫隙會存水和臟物形成電解質，會造成電化學腐蝕；有些結構由于受力的需要又處于高應力狀態形成應力腐蝕的根源；在飛機制造過程中，由于生產工藝不當，保護性涂層做得不好，缺乏腐蝕控制措施等等原因，都可能帶來腐蝕的隱患；在飛機使用過程中，飛行環境的惡劣，飛機表面涂層損壞，運輸易產生強電解液體的貨物都會使機結構產生腐蝕問題；不恰當的飛機維修和勤務，也會使飛機面臨更多的腐蝕問題。飛機的腐蝕按其成因來分，主要可分為電化學腐蝕、表面銹蝕、應力腐蝕三大類，而電化學腐蝕是目前飛機最普遍和最嚴重的結構腐蝕之一。飛機的結構腐蝕如果不能得到有效的預防和控制，會造成結構修理工作量加大、修理周期延長、結構件大面積的加強和更換，由此導致很大的直接和間接經濟損失，并造成飛機自身的不安全隱患。

 

    縫隙腐蝕：發生在相似金屬交接的地方，如果有水分進入，縫隙口的含氧量和縫隙內的含氧量不同，形成電位差，含氧量高的縫隙口處金屬被腐蝕。一般出現在登機門門檻和貨艙門檻處。縫隙腐蝕也叫濃差腐蝕，這類腐蝕是水分進入縫隙后，由于縫隙口處與位于縫隙中間及底部的水分含量不同形成電位差。在含氧量高的縫隙口處，金屬就成為正極而被腐蝕。

 

    微生物腐蝕：霉菌繁殖所產生的分泌物對構件的腐蝕稱為微生物腐蝕。影響油箱微生物繁殖的主要因素是：霉菌孢子、燃油、水和濕度。霉菌在燃油和水的交界面上繁殖，呈長絲狀，相互交織在一起形成網狀物或球狀物，看上去很黏，呈褐色或黑色。這種霉菌分泌物能破壞或穿透油箱鋁合金結構保護層和密封膠，從而腐蝕鋁合金結構。

 

    摩擦腐蝕：兩個相連接結構件，由于振動造成的相對運動使結構件磨損，新的磨損表面暴露在環境中，摩擦所產生的微粒反過來又加速磨損和腐蝕。常見于承受高頻振動的地方，如起落架的輪軸和操縱系統活動面的連接軸上。

 

圖1-13飛機壁板腐蝕

  圖1-14飛機壁板腐蝕

                        圖1-15飛機壁板腐蝕

圖1-16飛機座椅滑軌腐蝕

    應力腐蝕：是材料在化學侵蝕環境下與機械性拉伸應力同時作用下的結果。一般的腐蝕是以材料被剝蝕的型態出現，而應力腐蝕則以裂紋的型態出現，且表面幾乎沒有任何腐蝕物堆積的現象，因此很容易被忽略，形成潛伏的危險因素。造成應力腐蝕的四個基本條件是：敏感性合金（susceptible alloy）、侵蝕環境、施加或殘余拉伸應力、以及時間。一般出現在承受大載荷的飛機結構部位，如地板龍骨梁上，桁條，機翼前后翼梁上，下桁條等處。

 

    異電位腐蝕：異電位腐蝕的現象可說是電鍍的逆過程。當兩種或兩種以上不同的金屬材料搭接成電導通狀態時，因為彼此間的電位不同，材料間就會有電流通過，加上潮濕的環境有類似電解液的功用，致其中某一材料會產生坑洞狀的腐蝕，并有硫化物、氯化物、氧化物的沉積。要防止異電位腐蝕，相互搭接的各結構零組件得挑選電位相近的材料，如果非得使用不同類型的材料，可以采用鉻酸鹽或環氧樹脂等進行涂裝，進行腐蝕防護。

 

    隨著飛機先進復合材料等的應用，如石墨纖維和鋁，兩者的電位差很大，交界面有發生異電位腐蝕的風險，需采取相應的防護措施進行防護。

 

    近期，我們對中國民航波音機隊腐蝕情況進行了調研。對腐蝕分布圖的簡要分析，可以得知腐蝕以機身下半球為，主龍骨梁/輪艙區域的腐蝕發生次數并不突出。腐蝕區域主要有客艙區域、客艙門區域、廚房、衛生間結構、前貨艙區域、前貨艙門區域、后貨艙區域、后貨艙門區域、龍骨梁/輪艙區域、蒙皮等部位。

 

    各種飛機的多數關鍵零部件都出現過腐蝕故障，重大腐蝕事故多由發動機零部件引發；各種腐蝕類型都出現過，尤以腐蝕與應力協同作用發生的腐蝕類型（應力腐蝕、氫脆、鎘脆、腐蝕疲勞）導致的故障危害最大；各種材料都發生過腐蝕，尤以高強度材料腐蝕及其與應力協同作用發生的故障危害最大。腐蝕故障引發過一、二、三等重大事故，造成過重大損失。

 

    按材料分析，所重大腐蝕故障件中，最危險的腐蝕事故多發生在受力較大的高強度材料（超高強度鋼、高強度鋼、滲碳氮鋼等），是應力與腐蝕協同作用的結果。

 

    從技術責任分析，重大腐蝕故障的發生，那個部門當負主要責任，有調查表明，以電鍍、熱處理和機械加工造成的過失造成的事故居多，我國航空制造的決定權在設計，只有經過設計部門批準的制造工藝才可以使用，所以，制造工程中的責任也應該是設計負責，或者說設計與制造共同負責，可見，航空腐蝕故障的頻頻發生，制造的不科學當負責任，更應該負責的是設計。設計師和制造工程師沒有責任、不擔責任、無知和疏忽是造成航空腐蝕事故的主要責任人。

 

    按材料分析，所發生的重大材料失效故障案例種，最危險的腐蝕事故多發生在受力較大的高強度材料（超高強度鋼、高強度鋼、滲碳氮鋼、彈簧鋼和不銹鋼等），是應力與腐蝕協同作用的結果。表現在高強度材料制件上，典型材料失效案例中，強度較高的鋼材引發的事故所占比例最高。可見，材料失效以高強度鋼材引發的事故占據明顯的位置。

 

    按腐蝕分類分析，重大材料失效故障，多發生在受力與腐蝕協同作用出現的腐蝕和疲勞類型上，例如，應力腐蝕、氫脆、鎘脆、腐蝕疲勞等。國際運輸機協會的綜合報告指出，飛機失效的主要因素是腐蝕和疲勞，而純粹的疲勞是沒有的，因為沒有那個制件能擺脫環境的作用，都是在環境作用下發生的失效，所謂疲勞失效實質上就是腐蝕疲勞失效。事實證明，腐蝕是引起飛機失效的最主要因素。

 

    各航空企業存在的腐蝕情況一般或較輕，各單位均有腐蝕防護的相關規范要求，但尚不完善，執行的標準主要有企業標準、行業標準和國家標準，且各企業內部均提供專業的腐蝕防護技術相關培訓，有相應的腐蝕工作記錄，并用于指導企業中的腐蝕防護相關工作。

 

    航空裝備具有高減重、高可靠、長壽命等嚴格的使用要求，各主機所在制定整體設計方案時就把防腐蝕問題考慮在內，并將腐蝕防護的措施貫穿于制造、運行、維護等裝備全壽命周期。各單位對于腐蝕防護專業技術人才、新型腐蝕防護技術、腐蝕防護解決方案等都有迫切的需求，在選擇腐蝕防護對策時，有限考慮防腐技術的先進性和長效防腐性，其次考慮防腐技術的成本價格。各單位認為，建立材料腐蝕、損傷數據庫以及材料選定數據庫，建立和使用全壽命成本評估方法（LCCLCA），使用或改進防腐蝕監測和維護管理方法，使用腐蝕剩余壽命評價技術、監測技術，使用新材料，維護中使用新型防腐修復技術，建立腐蝕行為模型等對于提升企業整體防腐蝕水平有重要的作用。

 

    航空發動機零部件長期在具有高溫、高壓、油霧、氧化等復雜、嚴酷的環境中服役，因此其腐蝕狀況普遍較機體嚴重，且維護成本較高。隨著國際形勢的不斷變化以及國產大飛機的研制加速，艦載飛機、遠程寬體客機等對于飛機的耐海洋腐蝕能力提出了更高的要求，這有助于促進航空裝備腐蝕防護技術發展，保障航空裝備服役的可靠性、安全性。

 

    由腐蝕造成的損失存在于設計、制造及運行、維護各個階段，且發動機的腐蝕成本明顯高于機體。如果沒有采用現有的防腐蝕措施，由腐蝕產生的損失可能會增加10 % ~ 30 %，因此先進的腐蝕防護技術對于降低總體腐蝕成本有重要作用。

 

    未來航空武器裝備對功能性、長壽命等要求很高，特別是艦載機的發展及我國海洋大國戰略定位，需研究海洋環境下材料的腐蝕與防護性能，使飛機能夠適應濕熱海洋環境，從而保障飛機的出勤率和戰斗力，降低維護修理費用，延長服役壽命。近年來，我國周邊區域軍事熱點事件頻發，我國南海主權不斷受到東南亞國家挑戰，在釣魚島附近海域與日本存在潛在沖突。從我國海軍艦隊遠赴亞丁灣打擊索馬里海盜等舉措可以看出我軍的建軍思想從之前的近海防御正在轉變為距海岸線中遠距離作戰，沖出第一島鏈的訴求不斷強烈。在這種局勢下，如何保證我軍武器裝備在較為陌生的地域、海域和空域仍然有效的發揮戰斗力就成了擺在眼前的問題。

 

    我國軍用飛機已經發生的嚴重腐蝕問題已經證明了目前飛機尤其是海洋飛機腐蝕設計的局限性。以往的腐蝕設計技術主要針對的是內陸環境服役飛機，是基于經驗的研究方法逐步建立并完善起來的。在形成過程中，已有大量的飛機處于不同的服役狀態，從生產狀態、服役狀態、大修狀態、再到服役狀態直至退役狀態。這些不同狀態的飛機，為腐蝕防護設計提供了大量的、豐富的宏觀經驗和教訓，在設計中目標和狀態明確，針對性強，效果好。然而，由于我國尚沒有海洋飛機長期服役，缺乏可直接借鑒的經驗，其腐蝕防護系統研究剛剛起步。因此目前在腐蝕防護設計上只能以內陸飛機腐蝕防護設計為主，局部進行完善，雖然加強了在裝配過程中防護設計，但整體提升有限。隨著海洋飛機大規模長時間服役，腐蝕現象將日益嚴重，影響我軍戰斗力的發揮。

 

    因此，完全以內陸飛機的使用維護經驗為基礎，已經無法解決海洋飛機服役過程中的腐蝕問題，無法滿足我國海洋飛機腐蝕防護發展的需求。因此，面對惡劣的使用環境，亟需開展海洋大氣環境飛機腐蝕防護研究，積累典型材料、涂層及易腐蝕結構、機載電子產品在海洋大氣環境下的腐蝕數據并研究變化規律，建立海洋大氣環境的實驗室加速試驗方法及裝置并開展驗證和應用研究，以滿足在研和新一代海洋飛機的腐蝕防護要求。

 

    （節選自《我國飛機腐蝕成本調查報告》）

 

    1.3.3.4汽車

 

    隨著全球經濟的不斷發展，汽車的使用也越來越普及，已經成為現代社會重要的運輸工具。特別是我國，進入21世紀后以每年超過10 %的速度在增長，目前保有量已達到2.8億。汽車的主體是金屬材料，如：鋼材、鋁材等。這些金屬材料在使用過程中會逐漸的發生腐蝕，不但影響外觀裝飾性，也會影響到功能和安全，都會導致用戶對主機廠的抱怨，影響品牌形象，給汽車產業帶來經濟損失。在汽車發展中，各國追求的目標之一是提高汽車質量，延長汽車服役壽命。

 

    金屬材料作為現代工業社會的主要支柱之一，在汽車工業中更是起著非常重要的作用，其主要應用于汽車的車身和底盤、動力和傳動系統等。對于金屬構件而言，腐蝕是材料失效的主要方式和機制之一，而且腐蝕失效通常代價是很昂貴的。汽車作為現代工業的產物已歷經百年的發展歷史，期間各個國家無不從安全和經濟的角度出發，追求如何延長汽車的服役壽命，同時降低汽車的使用和維護的成本。據統計，汽車的損壞主要有三種形式，即事故損壞、摩擦損壞和腐蝕損壞。其中，腐蝕損壞最為普遍，主要是由于汽車制造所采用的材料一直以金屬為主（鋼鐵材料在汽車總重量中占比約為72 % ~ 88 %）。

 

    當今汽車工業在中國仍處于蓬勃發展時期，2015年全年中國汽車市場的銷量為2, 459.8萬輛，再一次毫無懸念地摘得全球第一。同樣我國所承擔的汽車腐蝕問題造成的經濟損失也是最大的。據統計，我國每年汽車腐蝕造成的經濟損失達1000億以上（來源：中國腐蝕與防護網）。因此，汽車用材中金屬腐蝕保護的重要性是顯而易見的。

 

    我國汽車行業起步較晚，自主品牌沒有明確的整車動態腐蝕試驗方法和評價方法，基本以海南熱帶氣候試驗有限公司編制的汽車行業標準《QC/T 732-2005 乘用車強化腐蝕試驗方法》為基準，進行整車動態腐蝕試驗和評價。試驗周期為3~6個月，能夠對新車型開發設計和批量防腐質量控制提供較為有效的方向性指導。因此，整車動態腐蝕試驗是汽車廠進行開發設計、批量質量控制的必要有段之一。

 

    汽車腐蝕不僅造成巨大的經濟損失、材料和能源的浪費，而且還帶來環境污染、交通事故。據報道，世界每年每輛汽車腐蝕的平均損失為150～250美元，各國汽車腐蝕的年損失為：美國2, 000億美元，原西德20億馬克，英國2～5億英磅，瑞典5億克朗，前蘇聯25億盧布。在我國，粗略估計80年代初全國汽車腐蝕損壞進行維修的材料費即達l0億元人民幣。上海公交車輛車身腐蝕損失每年可達2, 490～2, 550萬元。

 

    中國汽車工業協會數據顯示，我國汽車銷售逐年加速增長；2013年，我國產銷2, 211.68萬輛和2, 198.41萬輛，同比增長14.76 %和13.87 %；中國已成為全球第一大汽車市場。

 

    汽車的腐蝕頻率與車齡和運行里程有關。所謂的腐蝕頻率是指出現腐蝕的車輛占被調查車輛的百分數。可見，汽車腐蝕頻率分別隨著車齡和運行里程的增加而增加。

 

    汽車常見的腐蝕類型包括斑狀腐蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕等。

 

    斑狀腐蝕是汽車車身通常發生的一種腐蝕，表現為面漆或涂層鼓泡和脫落、露出基體金屬、出現均勻腐蝕或蝕坑。 腐蝕原因是多方面的，有的是因為基體金屬陰極反應導致氣體鼓泡剝離；有的是因基體金屬的陽極溶解導致涂層脫落；有的是因為沙石飛濺使漆層分離；有時候是多種因素同時存在造成腐蝕。

 

    汽車縫隙腐蝕有著許多特殊形式，如穿透腐蝕、絲狀腐蝕、沉積（垢下）腐蝕等。這些腐蝕的表現形式不同，但究其發生原因，都是由于存在縫隙，而縫隙內外氧含量、離子組成濃度以及pH值不同，均導致腐蝕發生。縫隙腐蝕是汽車腐蝕最嚴重的腐蝕形態，也是造成汽車損壞的最重要原因。

 

    汽車局部腐蝕還有點腐蝕、雙金屬腐蝕、晶間腐蝕。點腐蝕常發生在不銹鋼、鋁及鋁合金、鋅合金構件以及鍍錫、鍍銅、鍍鉻鎳零件表面。特別是有氯離子的環境， 即在有防凍鹽的道路上和海洋大氣中，汽車點腐蝕最為嚴重。雙金屬腐蝕是發生在電位不同的異金屬連接件中電位較負的金屬，如與鋼件連接的鋅、鋁及其鍍層，由于電位差作用易發生腐蝕。晶間腐蝕是不銹鋼、鋁合金等汽車零件常發生的腐蝕。引起晶間腐蝕的原因是在制造中由于加熱、焊接，從而引發晶粒與邊界化學成分的變化。

 

    汽車中的一些承載構件，在潮濕腐蝕環境下，若受靜載則易發生應力腐蝕破裂；若受周期動載則易發生腐蝕疲勞；若受微小周期振動則發生微動腐蝕。汽車構件受載下腐蝕的危險在于構件承受遠低于材料的屈服極限的載荷下發生零件斷裂。該種腐蝕的隱密性、突發性是汽車安全行駛的隱患。

 

    汽車的腐蝕部位主要為車身、車架附近、熱交換器、發動機系統等。路上的沙子等打在汽車的外表面，引起涂層脫落，導致汽車底部材料生銹，則引起局部腐蝕。車底盤遇到碎石、泥沙撞擊等，極易破壞汽車表面的防護層，當接觸到水和空氣中的氧，就會引起化學作用而腐蝕。

 

    我們還需要認識產生嚴重腐蝕的部位，通過對車身不同部位穿孔腐蝕比率的統計，若車身某部位發生穿孔腐蝕的比率較高，說明該部位是進行白車身防腐蝕設計的關鍵區域。故，這些區域需在防腐蝕設計中需密切關注。

 

    對各部位產生穿孔腐蝕的比率進行排序，這與各部位的所經受的腐蝕強度成正比例關系：

 

    側圍裙邊≥翼子板≥側圍其他部位（A、B、C柱下部）≥底盤≥輪眉≥四門≥后備箱≥發倉=頂蓋≥機蓋≥后備箱行李蓋≥備胎盆

 

    上述分析結果表明，白車身腐蝕的重點區域，主要集中在由側圍裙邊、翼子板、側圍ABC柱、輪眉、底盤組成的車身框架內，但四門部位也不能忽視。

 

    從投訴的數量看翼子板與發倉、大頂相當，但從腐蝕的強度看翼子板更容易受到破壞，在防腐蝕設計中更應該關注類似部位，應做到“有的放矢”，特別注意腐蝕強度高的部位。

 

    車門面板和框架在近地面區受到沙石飛濺和防凍鹽影響腐蝕相當重。由于折疊焊接處涂層不完整，密封不嚴使水、氣極易進入，故常發生自內向外的穿透腐蝕。窗框、裝飾條附近，由于膠條密封不良或年長老化常引發縫隙腐蝕。車身骨架與面板之間也常出現縫隙腐蝕，在用鋁合金作頂蓋骨架、鋼作頂蓋外護面時，在含氯離子的環境中連接處常見到雙金屬腐蝕。

 

    影響汽車腐蝕的因素有汽車服役環境、設計、材料選擇、制造工藝、維修保養等都影響汽車腐蝕發生役壽命的長短。在我國，汽車腐蝕在大氣含SO2和Cl－高的青島最嚴重，溫濕度高、潮濕時間長的成都其次，較輕的是廣州，而在干燥低溫的北京和烏魯木齊最輕。汽車設計中采用防護設計，腐蝕將大為減輕。若避免了袋狀結構和滯留，就可以防止泥沙雨水的積存、從而減輕垢下腐蝕。所有部件連接采用封閉設計、堵塞縫隙，防止縫隙腐蝕。北京公共汽車由上下手搖開啟改為左右推拉開放，大大減輕了窗角和面板的腐蝕。廣州、成都公共汽車后期采用鋁板做車身面板，青島車有些采用玻璃鋼制作，有些載貨車用鍍鋅板制作燃油箱、擋泥板、腳踏板，有些車用不銹鋼制作裝飾物，這些都大大提高了汽車耐蝕性能。

 

圖1-17 汽車底部受到泥漿飛濺

圖1-18 汽車底部連接部位腐蝕

 

    汽車車身上漆之前，采用嚴格的除銹、脫脂、磷化與鈍化預處理工藝，將大大提高油漆附著力，從而提高汽車耐蝕性能。我國早年汽車制造中，有些廠家只采用簡單的人工打磨除銹一道工序即上漆，油漆性能又不好，涂漆工藝也落后，致使汽車服役后短時間如半年至一年就出現面漆鼓泡、脫落、銹斑多處可見。

    從環境介質看，引起汽車腐蝕破壞的主要介質是大氣環境，其中的二氧化硫和氯離子在汽車腐蝕中扮演者重要的作用。影響汽車腐蝕的因素主要是大氣環境，空氣中的相對濕度、二氧化硫、氯離子和灰塵，以及寒冷地區防冰鹽。金屬材料腐蝕與環境因素息息相關，溫度、濕度、光照等因素都會引起表面防護層的變化，從而導致金屬基體腐蝕。我國幅員遼闊，涵蓋了從寒帶至熱帶、海洋性至沙漠性等近10種氣候分布，腐蝕情況極為復雜。對于汽車廠商來說，整車防腐是產品最重要的質量特性之一。但是整車腐蝕是長期使用過程中，在環境、使用習慣、停放存儲等多種因素影響下才會發生的。通過用戶車輛信息反饋來收集腐蝕數據，周期太長，通常要3~6年以上，無法對新車型開發和批量車型的監控形成有效的指導。為了解決實際腐蝕的時效性和起到預警作用，全球的汽車集團根據各自的市場份額、重點區域氣候情況、用戶使用及抱怨情況等，開發了各自的整車動態腐蝕試驗方法及評價方法，可以在3~12個月內體現大多數在極端地域會出現的問題，提前通過開發設計、生產改進等手段進行解決，降低售后腐蝕風險。

 

    汽車腐蝕環境的研究是腐蝕工程正向開發過程及體系建立當中的首要環節。而汽車腐蝕環境包含了兩方面的因素，第一方面是氣候腐蝕環境的影響，其中包含的腐蝕因子有降雨/雪，空氣中氯離子等。通過數學建模，可以形成中國腐蝕氣候強度圖。另一方面是汽車使用環境的影響，其中包含冬季路面除雪用的鹽，車身及零部件在行駛工況下的應力，行駛過程中飛濺到車身上的碎石、泥污、水漬等因素。根據中國腐蝕氣候強度圖，選取典型的不同地區，通過在汽車上搭載標準的coupon樣片，可以通過標準的coupon樣片的腐蝕情況， 表征出在這些地區行駛環境下的腐蝕強度。往往在汽車上發生的腐蝕現象是這兩方面環境因素的綜合作用表現。通過實際的行駛環境腐蝕表現的強弱，對中國腐蝕氣候強度圖做進一步的修正，可以繪制出中國汽車腐蝕環境強度圖，同時再結合國內客戶對汽車腐蝕防護的期望及廠家的質保需求，可以制訂出中國腐蝕環境的等級分類。

圖1-19 汽車面臨的泥漿環境

圖1-20 汽車面臨的雨雪低溫環境

    對于汽車腐蝕的評價尚沒有一個統一的標準，各國之間及各車企之間所采用的評價方法均不同。此外，目前所采用的評價方法測試所需周期長，不能對汽車及其零部件的耐蝕性能進行快速評價，這大大限制了新車的研發及試驗周期。需要通過分析汽車零部件實際使用過程中出現的腐蝕損傷形式及特征，建立整車與零部件之間腐蝕失效關系，確定兩者的加速倍率，實現可通過汽車零部件的腐蝕情況預測整車腐蝕行為，大大簡化整車使用壽命測試流程。

 

    （節選自《我國汽車腐蝕成本調查報告》）