航空防腐涂料的研究進展

周 為，李宏偉

（武漢大學(xué) 動力與機械學(xué)院，湖北 武漢 430072）

飛機在沿海和內(nèi)陸濕熱地區(qū)等腐蝕較嚴重的環(huán)境下服役期間，結(jié)構(gòu)的一些部位會受到腐蝕而損傷，嚴重影響到飛機的正常使用。據(jù)資料介紹，腐蝕使美軍每年用于飛機維護和修理的費用高達30億美元，海軍航空用于腐蝕防護的開支也達到10億多美元[1]。就我國而言，因為航空事故造成的損失很大，就2004年一年，就有5起飛機失事事故，死亡人數(shù)近百人，直接財產(chǎn)損失不可估量。為了避免和減輕這種損失，必須找出一種方法使裝備整體或部分附件在儲存過程中同自然環(huán)境隔離，防止發(fā)生腐蝕。防止和控制飛機腐蝕的方法有：結(jié)構(gòu)設(shè)計、表面保護層、濕裝配、涂防腐劑等。本文介紹的涂層防腐是航天航空一種比較有效而且應(yīng)用較廣的一種方法。

1 飛機結(jié)構(gòu)部位的腐蝕行為和現(xiàn)狀

大量結(jié)果表明，現(xiàn)役飛機結(jié)構(gòu)腐蝕嚴重的區(qū)域主要集中在：外場無法檢查、平時無法采取防范措施的機體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，機身蒙皮鉚接處、機翼、尾翼、起落架，可檢查性較差的承力件、框架，機身密封艙等易積水的部位，一些半封閉式或密封較差的結(jié)構(gòu)部件。[2]目前，金屬材料占現(xiàn)役絕大多數(shù)飛機和外掛設(shè)備結(jié)構(gòu)材料總量的95%以上，為了質(zhì)輕和高強度，載機及其裝備的結(jié)構(gòu)件多采用高強和超高輕硬鋁合金、鈦合金，超高強鎳基合金鋼或不銹鋼精密加工而成[3]。

在腐蝕環(huán)境下，飛機鋁合金結(jié)構(gòu)連接部位緊固件周圍的縫隙處涂層最先出現(xiàn)起泡、開裂，涂層剝落后，涂層下金屬基體表面形成點蝕坑。隨著腐蝕時間的增加，點蝕向晶間腐蝕轉(zhuǎn)變，最后出現(xiàn)剝蝕。鋁合金連接處成為最容易出現(xiàn)腐蝕活性點和開始膜下腐蝕的區(qū)域，是飛機結(jié)構(gòu)腐蝕的薄弱部位[4]。

2 涂層防腐的作用與機理

涂層的保護作用是多方面的，它不僅機械地將腐蝕介質(zhì)和金屬表面隔離開來，而且由于成膜物的性質(zhì)、使用的顏料和填料以及各種助劑等各方面的因素，涂層具有物理的和化學(xué)的保護作用[5]。

（1）屏蔽作用：使介質(zhì)不能和金屬接觸。

（2）鈍化緩蝕性能：除成膜物以外，還要加入各種顏料和助劑等，有些氧化性的顏料與鋼鐵接觸（或有溫良的水存在時），能發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，形成保護性膜。

（3）電化學(xué)保護作用：涂層中一般含有大量的鋅粉，用于陰極保護。

（4）其他作用：有一些涂料具有較為特殊的保護作用，雖然與上述保護作用相關(guān)，但是主要目的在于提高被保護物體的某項性能。

3 飛機涂層防護的進展

最早的飛機蒙皮涂層以天然樹脂為原料，第一次世界大戰(zhàn)后逐步被合成樹脂所代替。第二次世界大戰(zhàn)加速了航空涂料工業(yè)的發(fā)展，使環(huán)氧涂料、酚醛涂料、丙烯酸涂料和有機硅、聚氨酯等涂料逐步得以應(yīng)用。涂層色彩由單色、迷彩色發(fā)展到多色迷彩、隱身防護等形式。為了戰(zhàn)備需要，軍用涂層由普通磁漆改為半光磁漆、無光磁漆。多功能隱身涂層軍用飛機和裝備防護涂層研究發(fā)展的方向。

徐丕坤對氟涂料（氟碳漆）在飛機上的應(yīng)用的研究[6]，通過飛機試噴飛行和正式投產(chǎn)使用，涂層質(zhì)量均完好無損，解決了飛機蒙皮表面掉漆難題，收到了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，證明了氟涂料在飛機上的成功應(yīng)用。夏成寶等人[7]研制出了可用于飛機及航空武器裝備整體防腐封存涂料，不僅可以長期整體防腐，而且封存期間無需對裝備進行維護，并且可以達到防腐的要求。Ti-Mo合金（含鉬量低的）涂層比TiN復(fù)合涂層的抗蝕能力好，比NiCrAlY涂層便宜。所以是壓氣機葉片要求抗蝕沖刷保護的最好選擇之一。它是應(yīng)用于海上飛機發(fā)動機和艦船動力機的工作需要。[8]陳志群等人[9]以典型飛機平尾大軸為例，分析了內(nèi)腔結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕的主要原因。圍繞內(nèi)腔結(jié)構(gòu)防腐改進技術(shù)措施開展深入研究，研制成功了適用于細長內(nèi)腔無氣噴涂設(shè)備。應(yīng)用SLF重防腐涂層和IMR納米復(fù)合涂層替代現(xiàn)有內(nèi)腔結(jié)構(gòu)防護涂層，提高了防腐涂層抗環(huán)境腐蝕性能。采用DL-609厭氧膠對平尾大軸進行密封處理，有效地阻隔了腐蝕介質(zhì)進入內(nèi)腔。按照所建立的方法對典型飛機平尾大軸實施了腐蝕修理與防護處理。檢查結(jié)果表明，內(nèi)腔表面防腐狀況有了明顯改善。張亞娟等人[10]針對飛機內(nèi)部典型結(jié)構(gòu)的局部腐蝕環(huán)境進行了加速腐蝕環(huán)境及加速腐蝕試驗方法研究，提出了適用于飛機內(nèi)部結(jié)構(gòu)重腐蝕區(qū)涂層的加速試驗環(huán)境譜。結(jié)果表明，與現(xiàn)役飛機所用涂層相比，AV30脫水防腐涂層的抗環(huán)境腐蝕性良好，同時總結(jié)了輕質(zhì)材料鈦合金連接結(jié)構(gòu)涂層的腐蝕失效特點。

4 飛機防腐涂層的發(fā)展前景

航空事業(yè)是一項正在發(fā)展中的事業(yè)，航空器的防腐尤為重要，這樣對飛機涂層的要求也就越來越高。緊固件是涂層失效發(fā)生腐蝕的薄弱點因而需要改進接縫處的安全。最新的飛機防腐涂層向著不含鉻酸鹽技術(shù)產(chǎn)品的方向進行，并且越來越趨向于防水、防電擊、良好的抗?jié)B透性、良好的機械強度，并且經(jīng)濟上合理這些方面。

[1]Moor.D.Naval Aircraft Material and Processes.Advanced Materials&Process，1990，（3）.

[2]孫祚東.軍用飛機典型鋁合金結(jié)構(gòu)損傷規(guī)律及加速腐蝕試驗方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2005.

[3]于翹，材料工藝.導(dǎo)彈航天叢書[M].北京：宇航出版社，1993，

[4]陳群志等.飛機鋁合金結(jié)構(gòu)連接部位的腐蝕行為[J].中國服飾與防護學(xué)報，2007，27（6）.

[5]秦國治，田志明.防腐蝕技術(shù)及其應(yīng)用實例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[6]徐丕坤.氟涂料（氟碳漆）在飛機上的應(yīng)用[J].中國表面工程，2001，（3）.

[7]夏成寶，楊蘋.飛機原位防腐處理涂料的研制及應(yīng)用[J].表面技術(shù)，2002，（8）.

[8]徐樵府.壓氣機葉片防護涂層的研究[J].航天工程與維修，2001，（1）.

[9]陳志群，黃衛(wèi)華，韓恩厚，等.典型飛機內(nèi)腔結(jié)構(gòu)腐蝕原因分析及防腐改進[J].裝備環(huán)境工程，2007，（6）.

[10]張亞娟，劉一鳴，蔣軍亮，等.AV30涂料應(yīng)用于飛機結(jié)構(gòu)件防腐性能的研究[J].裝備環(huán)境工程，2008，（3）.