直升機在海洋氣候環境下的腐蝕防護對策研究

沈軍，魏榮俊，邊英杰，李健

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直升機在海洋氣候環境下的腐蝕防護對策研究

沈軍1，魏榮俊1，邊英杰2，李健1

（1.陸軍航空兵研究所，北京 101121；2.66347部隊裝備部，河北 保定 071000）

針對海洋氣候環境特點，分析了直升機執行海上飛行任務易遭受的腐蝕問題，給出了直升機在海洋鹽霧大氣環境下幾種比較典型的腐蝕形態，針對腐蝕防護工作開展現狀，給出了腐蝕防護研究總體思路，為相關單位開展陸軍直升機海上飛行腐蝕防護研究提供了借鑒與參考。

海洋環境；直升機；腐蝕防護

在海洋環境條件下飛行的直升機不同于陸基直升機，其所遭受的鹽分、飛濺海水、浪花以及持續的干/濕交替循環環境的侵蝕對直升機容易造成很大的腐蝕危害。如艦載直升機長時間處于高濕和高鹽霧等惡劣的海洋大氣環境中，并受大風、海霧、潮汐、海水飛濺等多環境因索的影響，使艦載直升機機體、發動機、機載設備等產生大量腐蝕，從而直接影響艦載直升機的飛行安全，顯著降低其服役期限，同時還會給機務維修工作帶來很大負擔和昂貴的維護費用。海軍某型飛機因42框腐蝕疲勞裂紋導致近50%的飛機停飛維修；某型殲轟飛機裝備海軍部隊僅3~4年就出現防護涂層脫落，部分機件材料開始腐蝕，大大增加了裝備維護成本的同時，裝備的完好率卻不能得到有效的保障[1]。

1 腐蝕因素分析

直升機在海洋氣候環境下所面臨的腐蝕因素主要有以下幾個方面。

1.1 海水以及海洋大氣

直升機在低空飛行時容易遭受飛濺海水的侵蝕，海水中含有大量的鹽分、微生物以及其他污染物，極易造成直升機的腐蝕。海洋大氣的腐蝕性則主要取決于其中的氯化物含量、相對濕度、溫度，對機體材料起腐蝕作用的物質中，水是最主要的，即空氣的相對濕度。在一定的條件下，水還原成氫：2e+2H2O→ H2+2OH，而氫對絕大多數的金屬材料是陰極性的，因此水既是一種電解質更是一種腐蝕劑。

1.2 溫度、濕度

空氣中相對濕度（RH）的大小對金屬在空氣中的腐蝕速度有較大的影響。當RH>65%時，物體表面上附著0.001~0.01 μm的水膜，這層水膜的厚度與金屬腐蝕速率之間的關系在一定的范圍內成正比[2]。在海洋大氣環境下，這層水膜中會溶解大量的酸、堿、鹽等物質，將加速金屬的腐蝕。溫度對于直升機的影響主要表現在兩個方面，首先是溫差的變化，當溫差變化大時，容易引起金屬表面的凝露導致腐蝕。空氣溫度在5~50 ℃范圍內，當氣溫劇烈變化達到6 ℃左右時，只要相對濕度達到65%~75%左右，就會發生凝露現象。另外一個方面是直升機在低空沿海飛行，溫度較高，而溫度越高則腐蝕發生的速度就越快。

1.3 海洋生物污染

海洋生物的污染主要是珊瑚塵、海洋生物尸體以及鳥糞等。特別是在熱帶地區，珊瑚塵與海鹽混合在一起，加上溫度效應對直升機的腐蝕性特別大。

1.4 人為因素

現階段機務人員缺乏系統的腐蝕防護知識培訓，在使用維護方面缺乏相關腐蝕防護手段。一線機務人員普遍認為腐蝕是一個長期的、緩慢的發展過程，在短時間內對裝備的完好率和安全性沒有太大的影響，所以對直升機腐蝕問題的重視程度普遍較低。在裝備的日常維護中，主要還是以保持裝備外觀上的清潔度為主，對于一些不可及或者是平常不易察覺的部位則維護不夠。

近年來筆者調研與跟蹤檢測結果表明，直升機的腐蝕現象已經普遍存在，部分腐蝕問題已經發展到了不容忽視的地步，特別是部分沿海地區裝備的腐蝕情況更加突出。

2 典型的腐蝕現象

根據統計，現役直升機飛行高度小于1500 m的飛行時間占總飛行時間約70%，地面停放時間占全部日歷時間的90%以上。沿海地區的裝備則常年面臨著惡劣的使用環境和停放環境。曾有學者對不同停放環境下的直升機構件腐蝕發生日歷年限做過統計，見表1[3]。

表1 不同環境下的日歷壽命 a

2.1 機身外部部分半封閉區域蒙皮的腐蝕

筆者曾對直升機的腐蝕問題開展專題調研工作，發現沿海地區使用的直升機腐蝕現象嚴重，部分區域蒙皮腐蝕接近穿孔，特別是某型直升機中機身外掛油箱安裝區域。由于結構的特殊性和所處沿海高溫高濕高鹽霧的環境氣候因素，導致該區域的腐蝕情況特別嚴重，如圖1—4所示。其中圖2所示為某型直升機機身左側拆卸外掛油箱后發現機身蒙皮部分的多處腐蝕現象。圖3—5是具體部位的腐蝕現象，圖5為圖4去除腐蝕產物之后，所測得深度為0.8 mm的腐蝕坑，表明該處蒙皮已經接近腐蝕穿孔（機身蒙皮厚度為1.0 mm）。

圖1 機身左側10-11號框間多處腐蝕及鼓包現象

圖2 某型直升機機身左側7號框附近蒙皮上漆層大面積鼓包

圖3 8號框鉚釘附近的腐蝕狀況

圖4 鉚釘周邊的腐蝕坑

2.2 部分內部結構件的腐蝕

直升機內部結構的腐蝕形式多樣，常見的易腐蝕部位有部分附件的安裝座、鎂合金構件、貨艙地板內部、電瓶艙等區域[4]。

機身各種部附件的安裝座產生腐蝕和銹蝕的主要原因是由于異種金屬之間存在的電位差導致的電化學腐蝕，如圖5所示。

鎂合金構件發生的腐蝕主要是由于鎂合金自身是極活潑的金屬，而海水和鹽霧中含有大量的氯化鈉，其水解形成的氯離子是吸附力很強的活性離子，可破壞鎂合金的鈍化膜，并造成基體金屬的快速腐蝕。同時海水蒸汽在結構表面冷凝形成含海鹽粒子的水膜，造成不連續的電解質溶液分布，從而加劇腐蝕。某型直升機中機身頂部風扇艙鎂合金圍框的腐蝕情況如圖6所示。

貨艙地板內部以及電瓶艙等區域由于其結構的特殊性，特別是貨艙地板內部，由于排水設計不合理、局部環境密閉且內部常年有積水，加之沿海地區空氣濕度大溫度高導致其內部結構的腐蝕速度特別快，如圖7所示。

圖6 某型直升機頂部風扇艙鎂合金圍框腐蝕

圖7 貨艙地板內部積水腐蝕

3 腐蝕防護研究總體思路

3.1 開展易腐蝕部位分析

對主戰直升機的易腐蝕部位進行分類，主要的分類方式有以下幾種：按防護對象基體材料和表面材料的不同類別分類；按防護對象所處外部腐蝕環境的不同進行分類；按防護對象不同的維護方式進行分類；按防護對象比較容易遭受的腐蝕或其他損傷模式進行分類。見表2。

3.2 開展腐蝕防護手段研究

對腐蝕防護手段進行研究，主要的腐蝕防護手段包括以下三個方面：外表面污染物的清洗，針對不同污染物采用不同的清洗劑對直升機進行局部和整體的清洗；已腐蝕部位腐蝕產物的去除與腐蝕部位的恢復；易腐蝕部位的防護，主要是針對防護對象的具體情況使用各型緩蝕劑進行腐蝕防護。

對部分腐蝕防護手段開展地面環境加速試驗，主要試驗對象為各型緩蝕劑的適用性、基本的防護性能指標、緩蝕性能等。對國內幾個廠家主要的緩蝕劑開展性能對比試驗，優選防護性能好、對基體材料二次損傷小的緩蝕產品。

表2 易腐蝕部位分析歸類

3.3 針對具體部位研究具體防護措施

將3.1節中對主戰機型的易腐蝕部位的各種分類結果與3.2節中所掌握的腐蝕防護技術手段進行對照，對每一易腐蝕部位的各種腐蝕和損傷形態推薦各種不同的腐蝕防護技術手段，特別是在我陸軍直升機開展海上飛行訓練時，可能遭受的高溫、高濕、高鹽霧環境下的腐蝕情況，提供具有針對性的腐蝕防護措施。

4 結語

近年來，隨著直升機在海洋環境下的大量使用以及部分直升機服役年限的不斷增長，導致在直升機進廠大修時以及日常維護中發現了大量的腐蝕現象，特別是在沿海地區服役的直升機裝備腐蝕情況日趨嚴重，這逐步引起了各級裝備機關的重視，同時增加了在直升機腐蝕防護方面的投入，取得了一定的研究成果。直升機的腐蝕防護工作是一項長期的基礎性工作，其投入周期長、成效慢，需要大量基礎技術的積累。相關單位應借鑒國內外其他先進的腐蝕防護經驗，結合直升機的具體使用特點和環境特點，加大投入與研發力度，特別是要加強機務人員的腐蝕防護意識教育與技能培訓，增加外場直升機腐蝕防護手段建設，提高直升機在海洋氣候環境下的腐蝕防護能力。

[1] 穆志韜. 飛機結構的腐蝕修理及防護控制技術[J]. 飛機制造工程, 1995, 12(5): 212—214.

[2] 劉振崗, 唐有才, 王占勇, 等. 沿海地區飛機腐蝕問題及控制[J]. 航空科學與技術, 2005(2): 34—36.

[3] 柳文林, 穆志韜, 段成美. 現役直升機結構腐蝕原因及控制[J]. 腐蝕科學與防護技術, 2005, 17(5): 358—359.

[4] 沈軍, 李健, 魏榮俊, 等. 某型直升機內部結構腐蝕防護與修理對策研究[J]. 裝備環境與工程, 2016, 13(1): 45—50.

Corrosion Control of Helicopter in Environment of Marine Climate

SHEN Jun1, WEI Rong-jun1, BIAN Ying-jie2, LI Jian1

(1.Army Aviation Institute, Beijing 101121, China; 2.Unit 66347 Equipment Department, Baoding 071000, China)

Aiming at characteristics of marine climate and environment, this paper analyzes corrosion problems of helicopters in carrying out offshore missions, and gives some typical corrosive forms of helicopters in the atmospheric environment of marine salt spray, and overall thinking on researching corrosion protection based on current situations of corrosion protection. It offers references for relevant institutions in corrosion prevention research of army helicopters over marine environment.

marine environment; helicopter; corrosion control

10.7643/ issn.1672-9242.2017.03.014

TJ85；TG174

A

1672-9242(2017)03-0071-04

2016-12-14；

2017-01-17

沈軍（1988—），男，浙江江山人，碩士，工程師，主要研究方向為直升機綜合保障、腐蝕防護等。