腐蝕是飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)子及靜子葉片主要的表面失效形式。表面腐蝕的發(fā)生會使葉片的形狀尺寸產(chǎn)生變化， 如出現(xiàn)蝕點(diǎn)、蝕溝、掉塊等， 從而降低發(fā)動機(jī)性能和使用壽命。海上飛機(jī)因?yàn)殚L期在鹽霧腐蝕介質(zhì)下飛行和停放， 發(fā)動機(jī)葉片的腐蝕十分嚴(yán)重， 成為近些年來海航發(fā)動機(jī)主體結(jié)構(gòu)的多發(fā)性故障和危險(xiǎn)性故障之一。

    1.海洋大氣環(huán)境因素對發(fā)動機(jī)葉片腐蝕的影響

    海上飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片的腐蝕失效具有多發(fā)性和嚴(yán)重性， 這和海上飛機(jī)發(fā)動機(jī)的工作及停放環(huán)境為海洋大氣緊密相關(guān)。對于壓氣機(jī)葉片， 因?yàn)殚L時(shí)間處于空氣濕度大、溫度高、鹽霧重的環(huán)境里， 海洋大氣中的含鹽粒子沉積在壓氣機(jī)葉片表面， 產(chǎn)生吸濕潮解作用， 使金屬表面液膜的電導(dǎo)增大， 加上氯離子本身具有很強(qiáng)的侵蝕性， 因而加劇壓氣機(jī)葉片的電化學(xué)腐蝕。同時(shí)一些工業(yè)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)， 大氣中還含有 SO2、Cl2、CO2、CO 和氮氧化物等污染物。這些污染物的存在進(jìn)一步加劇金屬的電化學(xué)腐蝕， 其中以 SO2的影響為最大。而 NH4+、NO2含量高則容易使鋁合金葉片產(chǎn)生剝蝕。用耐熱合金制成的渦輪葉片不會發(fā)生電化學(xué)腐蝕， 但在發(fā)動機(jī)工作時(shí)會產(chǎn)生熱腐蝕以及高溫氧化。海洋大氣環(huán)境對渦輪葉片腐蝕的影響主要表現(xiàn)在熱腐蝕上，即高溫下 Na Cl 等海鹽粒子與含硫的氣態(tài)介質(zhì)作用， 生成熔鹽， 附著在葉片表面， 破壞葉片表面氧化層， 使內(nèi)層金屬的氧化速度加快。
 

飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片
 

    2.發(fā)動機(jī)葉片在海洋大氣環(huán)境中的耐蝕性及腐蝕失效形式

    2.1 點(diǎn)蝕

    點(diǎn)蝕具有很大的破壞性和隱患性， 它使葉片更容易發(fā)生晶間腐蝕、剝蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞， 點(diǎn)蝕會成為這些局部腐蝕的起源。鋁合金和不銹鋼在海洋大氣中都會發(fā)生點(diǎn)蝕。

    2.2 晶間腐蝕

    晶間腐蝕一般從表面開始， 沿著晶界向內(nèi)部發(fā)展直至成為潰瘍性腐蝕， 最后使整個(gè)構(gòu)件的金屬強(qiáng)度幾乎全部喪失，對結(jié)構(gòu)的安全危害很大。不銹鋼和鋁合金葉片在海洋大氣都會發(fā)生晶間腐蝕。

    2.3 剝蝕

    剝蝕是形變鋁合金的一種特殊腐蝕類型。硬鋁和防銹鋁對剝蝕都很敏感， 這是因?yàn)檫@兩種合金在海洋大氣中都有較大的晶間腐蝕傾向。

    2.4 應(yīng)力腐蝕

    應(yīng)力腐蝕是由拉伸應(yīng)力和腐蝕共同作用引起的破壞鋁合金、不銹鋼在海洋環(huán)境中都有較大的應(yīng)力腐蝕敏感性。

    2.5 腐蝕疲勞

    腐蝕疲勞可以使葉片在很低的應(yīng)力條件下發(fā)生破斷， 因此對發(fā)動機(jī)工作葉片的危害極大， 尤其是鋁合金和不銹鋼轉(zhuǎn)子葉片。

    2.6 熱腐蝕和高溫氧化

    熱腐蝕是金屬表面由于氧化以及與硫化物或其它污染物（ 氯化物等） 反應(yīng)的復(fù)合效應(yīng)形成 Na2SO4 熔鹽， 沉積在葉片表面， 使金屬表面正常的保護(hù)性氧化物熔解、離散和破壞， 造成高溫下葉片的氧化加速。引起發(fā)動機(jī)渦輪葉片熱腐蝕的因素是發(fā)動機(jī)含硫的氣態(tài)工作成分和海鹽粒子。

    3.壓氣機(jī)葉片的防護(hù)涂層

    3.1 鋁合金葉片的表面防護(hù)

    目前鋁合金表面障礙性防護(hù)涂層有很多種類， 應(yīng)用最普遍的是化學(xué)氧化或陽極氧化后涂漆。化學(xué)氧化是金屬表層原子通過化學(xué)反應(yīng)， 與溶液介質(zhì)中的陰離子或原子結(jié)合， 在鋁合金表面生成與鋁基材附著良好的耐蝕薄膜。陽極氧化是用鋁合金作陽極， 用鉛、碳、不銹鋼作陰極， 在草酸、硫酸、鉻酸等溶液中電解， 生成以無水γ—Al2O3為主要成分的膜層。在鋁合金表面生成陶瓷膜的防護(hù)系統(tǒng)的耐蝕性更好。但是這些防護(hù)膜都存在微缺陷（ 如裂紋、氣孔等） , 目前還不能從工藝上徹底解決。同時(shí)因?yàn)橥繉雍鼙。?生成速度過低， 距離大批量生產(chǎn)應(yīng)用還有一段距離。

    3.2 不銹鋼葉片的防護(hù)層

    表面轉(zhuǎn)化膜包括表面磷化膜和表面氧化膜， 工藝簡單， 應(yīng)用很普遍。但兩種轉(zhuǎn)化膜的使用溫度都有限制（ 磷化膜低于 150℃， 氧化膜溫度低于 200℃） , 因此不適宜發(fā)動機(jī)葉的防腐。低 Mo 的 Ti—Mo 合金涂層在氯離子含量大的海洋環(huán)境中抗蝕能力非常強(qiáng)， 完全適應(yīng)海上工作的需要， 并且耐沖刷能力強(qiáng)， 可應(yīng)用在壓氣機(jī)整流器的葉片上。陶瓷涂層有氧化鋁- 氧化鈦、氧化鉻以及搪瓷等， 涂層具有結(jié)構(gòu)致密、防護(hù)效果好、表面硬度高、耐沖刷等優(yōu)點(diǎn)。但成本較高， 生產(chǎn)工藝還不是十分完善， 距離實(shí)際應(yīng)用目前也有一段距離。金屬—非金屬復(fù)合涂層是金屬涂層覆蓋在鋼葉片表面作為犧牲型陽極， 非金屬涂層在金屬涂層上面， 起到隔離作用。這種體系克服了金屬涂層存在微孔的缺點(diǎn)， 增強(qiáng)了涂層的耐蝕性。

    4.渦輪葉片的熱腐蝕防護(hù)層

    在渦輪葉片表面施加熱障陶瓷涂層是隔絕燃?xì)狻⒎乐篃岣g發(fā)生的有效方法。其底層為MCr Al Y 粘接層， 表層為 Zr O2陶瓷層。陶瓷層可顯著提高渦輪的工作溫度， 并且涂層有較高的表面光潔度，具有較好的抗熱循環(huán)氧化性和優(yōu)異的抗高溫燃?xì)鉀_蝕性及抗熱震性能， 即使在1650℃高溫下長期使用， 其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都很好， 使用壽命也更長。陶瓷熱障涂層主要問題是熱應(yīng)力引起涂層提早剝落。在涂層材料中加稀土或其它材料、采用多層和連續(xù)梯度結(jié)構(gòu)、優(yōu)化涂層工藝是改善涂層質(zhì)量的方法。其中連續(xù)梯度涂層能實(shí)現(xiàn)基體與陶瓷層成分、性能的連續(xù)過渡， 能夠避免產(chǎn)生熱應(yīng)力， 但目前還不能在工藝上實(shí)現(xiàn)。
 

海上飛行的飛機(jī)
 

    5.防腐涂層在海上型飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片上的實(shí)際應(yīng)用情況

    目前， 鋁合金葉片普遍采用了鉻酸陽極氧化加涂防腐漆料的防腐措施， 鋼葉片一般都施加了金屬—非金屬復(fù)合涂層。有些發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片表面還進(jìn)行了噴丸強(qiáng)化， 細(xì)化了表面結(jié)構(gòu)， 在葉片表面引入了正應(yīng)力， 極大地改善了葉片抗應(yīng)力腐蝕斷裂和抗腐蝕疲勞性能。渦 輪 葉 片 的 防 護(hù) 國 內(nèi) 一 般 采 取 了 等 離 子 噴 涂 鈷 （ 鎳 ） 鋁 釔（ MCr Al Y） 的方法。隨著航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展， 一些發(fā)動機(jī)渦輪葉片開始采用高溫滲鋁包括簡單滲鋁、鋁鉻（ 鈦、鉑） 共滲和更先進(jìn)防護(hù)效果更好的 MCr Al Y 濺射涂層。MCr Al Y 粘接底層加Zr O2的陶瓷熱障涂層國外應(yīng)用已相對成熟， 國內(nèi)已取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)步， 并進(jìn)入工程應(yīng)用階段。

    6.發(fā)展海上飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片防腐涂層的幾點(diǎn)建議

    ①發(fā)展性能更好的涂層體系， 注重新的防護(hù)材料和防護(hù)體系結(jié)構(gòu)的研究。發(fā)展更新更好的涂、鍍、滲材料， 研制性能更好的覆蓋層材料，開發(fā)出適合海上飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片用的多層防護(hù)系統(tǒng)；

    ②完善涂層制備工藝。在完善現(xiàn)有工藝方法的同時(shí)， 應(yīng)努力跟蹤表面技術(shù)的最新前沿，重視對新技術(shù)和新工藝的研究；

    ③盡快建立科學(xué)合理的涂層性能評估體系。

責(zé)任編輯：李玲珊

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