隨著服役年限的增長,飛機腐蝕將日趨嚴重,致使使用壽命縮短,甚至出現零部件損壞而危及飛行安全。因此,重視和加強對飛機的檢查、維護,及時修復腐蝕部位,作好預防工作尤為重要。
一、腐蝕對裝備安全使用的影響
軍用飛機由于特殊的用途及使用環境易發生腐蝕問題,必然會在很大程度上降低裝備的安全性、戰備完好性和作戰效能的發揮,同時也可能造成巨大的經濟損失。2002年美國國會議員團在對軍用裝備例行檢查中發現武器裝備及其基礎設施存在嚴重的腐蝕問題,每年導致約200億美元的直接經濟損失。我沿海部隊的某型飛機曾由于腐蝕產生裂紋,嚴重影響部隊訓練和戰備任務。
(一)腐蝕直接影響飛機的戰備完好
軍用飛機作為特殊裝備,具有特定的使用功能、嚴格的可靠性要求、易于維修以及能夠長期儲存等特點。然而由于使用環境特殊,長期受到各種腐蝕的破壞,出現結構件嚴重銹蝕,致使機件失靈,電子元器件失效等情況時有發生。
(二)腐蝕導致嚴重的飛行事故
美國空軍F—4飛機在使用過程中,發生平尾搖臂外移,結果迫使美國1600多架飛機和其它國家600多架飛機全部停飛檢查,后經查明是材料對應力腐蝕比較敏感。1985年,日本一架波音747飛機由于構件的應力腐蝕斷裂而墜毀,造成500多人遇難。
(三)腐蝕造成重大的經濟損失
1995年美國Battelle實驗室和北美特種鋼公司(SSINA)的統計結果表明,美國平均每年腐蝕損失近3000億美元,人均1100美元。
(四)腐蝕導致腐蝕維護費用的大幅度增長
隨著軍用飛機及其附屬設施的老化,由腐蝕所引起的損害日益增加。裝備需要花費較長時間進行維修,因此導致了出勤率的降低和維修費用的增加。美空軍1997財政年度的直接腐蝕維護費用估計約為8億美元,單架飛機的平均維護費用由1990年的78832美元增加到1997年104872美元,增加了33%。造成這種現象的主要原因是隨著飛機使用年限的延長,腐蝕老化引起的維修費用增長。
二、腐蝕的表現形式及機理分析
腐蝕是指材料受環境介質的化學、電化學和物理作用引起的破壞現象。處于不同環境下的材料均會發生腐蝕。常見的結構腐蝕有以下五種形式有:
(一)飛機結構連接部位的腐蝕
飛機結構連接部位(尤其是緊固件周圍)由于存在間隙、應力水平較高而變形等因素,往往容易出現涂層開裂、鼓泡或脫落等現象,導致連接部位金屬基體產生腐蝕,鋼螺釘和鋼鉚釘周圍腐蝕最為嚴重。
(二)防護涂層老化失效的腐蝕
當前一些飛機在典型連接部位、受高溫沖擊或溫度變化梯度較大、應力水平較高及容易受摩擦磨損等結構中,都存在不同程度的涂層褪色、粉化、龜裂、起泡、開裂和脫落等老化失效現象。
(三)鋁合金結構的腐蝕
鋁合金由于強度高、剛度高和在常規環境下良好的穩定性,在現役飛機結構中特別是在一些關鍵承力結構中大量使用。但是在含有氯化物、硫化物等有害介質的潮濕環境下,飛機鋁合金結構(尤其是高強度鋁合金結構,如LC4、B9517、ч盩2和ц19)表現出很強的腐蝕敏感性。與其他材料的結構相比,鋁合金結構的腐蝕情況更為突出,迄今為止,我軍飛機的重大腐蝕故障主要發生在鋁合金結構中。就結構部位而言,腐蝕主要集中在一些半封閉式或密封較差的結構部位。
(四)鋼結構的腐蝕
鋼結構腐蝕會伴隨明顯的棕紅色或深棕色的腐蝕產物出現,腐蝕形式以點蝕和均勻腐蝕為主。當轉動結構中潤滑狀態不良時,會產生嚴重的磨損腐蝕。不銹鋼或帶有鍍層的鋼結構容易出現點蝕和晶間腐蝕。
(五)腐蝕疲勞及應力腐蝕
由于軍用飛機的服役環境比較嚴酷,不可避免地會存在腐蝕疲勞及應力腐蝕問題。某型戰斗機外翼前梁與中央翼連接交點出現的嚴重支架裂紋故障,就是腐蝕環境和疲勞共同作用的結果。某型運輸機起落架的傳力螺栓和承力支柱在大修和特檢時多次發現應力腐蝕和腐蝕疲勞等故障。
三、預防飛機腐蝕的主要措施
軍用飛機隨著使用時間的增長,零部件的老化,會出現一系列的腐蝕問題。腐蝕問題要涉及到裝備的設計制造、維護保養和使用環境等多方面的因素。因此,對于軍用飛機的防腐蝕問題要從幾個方面進行綜合考慮。
(一)飛機在研制中要加強防腐蝕設計
從系統工程學的觀點看,裝備的綜合管理必須從綜合技術經濟角度出發,以求得最佳的設備綜合效率。這就要求把裝備的論證方案、工程研制、生產部署、使用保障和退役處理各階段當作一個有機的整體加以考慮。腐蝕雖然主要出現在裝備的使用保障階段,但是其產生的原因卻隱含在各個階段之中,而解決的方法也同樣在各個階段實施,其中防腐蝕設計占有很重要的地位。防腐蝕設計是指在裝備進行設計階段,就充分考慮防腐蝕方面的要求,并進行科學設計,以大大減輕甚至消除腐蝕可能造成的危害。防腐蝕設計是裝備制造的重要環節,是決定裝備功能、質量和可靠性的關鍵環節。充分考慮特殊使用環境下的腐蝕因素,采取不同的制造工藝提高裝備的抗腐蝕能力,對易腐蝕部位和結構采用特殊的防腐蝕設計,提高其固有可靠性。
(二)日常保障中要注意飛機的防腐蝕維護
1、定期清洗。保持飛機結構表面清潔,是機體防腐蝕的基本要求。定期清洗飛機表面,清除污物,保持飛機和構件表面的清潔是一種簡便有效的防腐蝕措施。
2、定時檢查和及時修復。對飛機零、構件防護層必須要精心檢查和維護,及時修補。在沒有充分時間修復時,應考慮使用防腐劑,以使結構腐蝕的可能性降到最低程度。
3、做好防濕防潮工作。露天停放的飛機要蒙好防雨布,保持各通風口、排水口的暢通,為飛機做好除水工作,同時定期對發動機進行通電、試車以加溫除濕。
(三)更新防腐蝕技術
針對軍用飛機高強度使用的特殊性,應當根據使用環境和軍用飛機經常出現的腐蝕情況,采取有針對性的防腐蝕技術。
1、提高合金材料的抗氧化能力。鋁和銅作為制造飛機及其附屬設備主要金屬材料,如果在其制造過程中及時進行熱處理,形成Al2O3保護層,可使鋁和銅在正常環境下的抗氧化性提高80000倍,如果采用只氧化鋁不氧化銅的氣氛下進行預處理,鋁和銅的抗氧化性能將提高200000倍。
2、對于應力腐蝕的處理。應力腐蝕是導致軍用飛機損壞的重要原因之一。軍用飛機所使用的金屬材料在高空氣流及特殊介質等因素共同作用下,可導致其材料強度被破壞,直接危及飛行安全。應采取以下幾種防護措施:①選用耐蝕材料,碳鋼對應力腐蝕的敏感度很低,是一種耐應力腐蝕的材料。近年來發展了多種耐應力腐蝕的不銹鋼,其中以奧式體雙相鋼抗應力腐蝕性能最好。②在設計金屬設備結構時要科學合理,盡量減少應力集中,也可用噴丸處理使金屬表面拉應力變為壓應力。
3、防護大氣腐蝕。我軍沿海部隊處于熱帶或亞熱帶地區,軍機的大氣腐蝕尤為嚴重。處理大氣腐蝕主要有暫時性保護和長期性保護兩種。暫時性保護方法有水溶液緩蝕法和防銹油緩蝕法;長期性防腐蝕方法有電鍍、有機涂層、熱浸鍍金屬、磷化或鈍化等。
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