航空金屬材料腐蝕問題與防治對策

周晶

（中航西飛民用飛機有限責任公司，陜西 西安 710089）

一般來說，金屬材料存在的地方就會有腐蝕現象的發生，航空金屬材料也不例外，盡管航空金屬材料的防腐性能已經達到了最優，但是在長期使用的過程中仍然無法避免腐蝕問題的存在。要想切實的保證航空飛行的安全，降低有腐蝕問題所帶來的航空安全事故發生幾率，最大限度的減少財產損失和人員傷亡，關鍵的就在于對各種類型的腐蝕問題進行分析，通過必要的實驗和性能檢驗，對于航空金屬材料的構成、航空飛行器的結構、腐蝕原理以及抗腐蝕防治流程加以明確，就能夠比較有效的對飛行器的基礎材料以及關鍵部位進行定期的維修和養護，解決其中存在的安全隱患，提升航空金屬材料的性能和飛行器的質量。

1 航空金屬材料的腐蝕問題分析

1．1 自然性腐蝕

自然性腐蝕也可以稱為電化學腐蝕，航空飛行器作為一種適用于遠程運輸的空中飛行交通工具，在工作的過程中更加容易受到大氣中環境變化的影響。飛行器在航空飛行時經常需要跨越溫度和濕度不同的地區，而我國由于地域遼闊，存在著多種的氣候類型，這就使得組成飛行器的航空技術材料經常要在高溫或者是潮濕的環境當中工作。再加上海拔高度以及晝夜溫差所帶來的溫度變化，我都在航空技術材料上經常有水汽凝結，而空氣中的二氧化碳，二氧化硫等的氣體也會附著在航空技術材料的表層。這些氣體和水汽與航空金屬材料發生電解質反應，就會使航空金屬材料產生吸氧腐蝕問題。一旦出現腐蝕部位，就有可能會順著金屬材料的縫隙發生電化學腐蝕蔓延情況，如果不對這一類腐蝕問題加以防治，將會嚴重影響航空飛行器的安全性能。

1．2 承重應力腐蝕

航空金屬材料除了會在一定的環境當中發生自然性的腐蝕之外，還會由于受到航空飛行器自身重力的影響出現承重應力腐蝕現象。承重應力腐蝕主要就是指在一定力的作用下，使得航空材料所受到的靜應力低于材料本身的屈服強度，這就很容易使航空金屬材料發生斷裂甚至變形。一般來說在飛行器的結構當中，起落架是最為主要的受力部位，這一部位所采用的航空技術材料大多是長度比較高的合金鋼材料，飛行器在進行起飛和降落的過程中，由于壓力負荷的變化，很容易在腐蝕介質的作用下出現應力腐蝕現象。除此之外在飛行器內部的廚房以及廁所管道等區域的下方位置，由于經常要對這些區域進行清洗，使得濕氣在此處聚集，再加上受力拉伸，很容易會在金屬表面形成不同大小的蒙皮鼓包，從而加重腐蝕問題。

1．3 發動機高溫腐蝕

發動機作為航空飛行器的重要組成部分，合成發動機的航空技術材料同樣也會出現腐蝕問題，一般來說發動機的主要腐蝕主要為高溫氧化腐蝕。高空飛行航空器發動機必須要具備以下幾個特征：發動機運轉效率高、推力大、油耗低且使用壽命長。要想使航空飛行器的發動機滿足這幾個要求，最關鍵的就是要把控好發動機內部的渦輪進口燃氣溫度，這樣才能夠保持發動機內外部的壓力平衡，（具體結構如圖1所示）在降低油耗的同時又能夠延長發動機的使用壽命。但是發動機的渦輪葉在快速運轉的過程中，由于同空氣會發生劇烈的摩擦，在高溫作用下很容易出現腐蝕問題，如果腐蝕現象嚴重則會影響發動機的正常工作，這對于航空飛行器的安全帶來了極大的隱患。

1．4 其他情況的腐蝕

除了以上3種常見的、原因明確的腐蝕問題之外，航空金屬材料還會由于一些不可控的因素出現腐蝕現象。就比如在航空飛行器運轉工作的過程中，排除掉本身的結構、環境、溫度等的因素，由人為操作不當造成的機上腐蝕性物質泄漏或者在進行機身清潔、保養維修上不夠到位，從而導致一些腐蝕問題沒有被解決，致使安全隱患長期存在。

圖1 高空飛行航空器發動機結構圖

2 航空金屬材料腐蝕問題的防治對策

2．1 對航空材料的自然適應性的研究

要更好地解決航空金屬材料存在的自然性腐蝕問題，對其加以科學的防治，最關鍵的就是要針對航空金屬材料本身的性質進行自然適應性的研究。首先是可以采取戶外暴露實驗的方法，對不同種類的航空金屬材料進行戶外暴露，研究基礎材料與空氣、水分、溫度等長期接觸后所發生的化學反應，從而有效的評估不同種類材料在不同環境中的自然腐蝕程度，根據實驗結果來采取有效的防治措施。其次是為了彌補戶外暴露實驗周期性較長的不足，還可以借助實驗室研究的方法，對合成的航空技術材料的成分以及穩定性進行加速試驗，還可以采取實驗室模擬的方法，盡快的制定和完善相關資料，從而采取定期更換、添加防護涂層等方法來進行抗腐蝕防護。

2．2 對航空材料的力學分析與檢測

要想盡可能的減少承重應力對航空技術材料造成的腐蝕問題，還需要對航空技術材料進行必要的力學分析和檢測。首先就是要針對航空金屬材料特殊性來制定和完善相應的力學性能指標，對不同種類的航空技術材料表現在強度、塑性以及彈性等方面的力學特性進行明確和劃分。其次就是要通過拉伸實驗的方法來測定基礎材料的力學性能，通過比例計算、定標距試樣、物理屈服性能測試等的步驟來明確容易發生應力腐蝕的關鍵位置和敏感區域，從而針對這些特定的區域進行抗腐蝕防治。

2．3 采用新材料和涂層保護技術對抗高溫腐蝕

要解決好航空金屬材料容易發生的高溫腐蝕問題，就要從以下2個方面來進行防治。首先就是加快對新型耐高溫航空金屬材料的研發與測試，目前在航空航天領域之中比較頻繁使用到的耐高溫材料大多是鎳基超合金，這一類材料能夠對抗的高溫極限為1100℃左右。為了突破這一極限，經過科學研究發現，鈮基硅化物合金能夠對抗的最高溫度在1600℃左右，并且還能夠保證高溫運轉與低溫損傷之間的平衡，因此要想更為有效的防治航空飛行器發動機的高溫腐蝕，就可以逐漸的采用鈮基硅化物合金來進行發動機渦輪葉片的制作。其次除了在原材料上有所突破之外，還可以采用成本較低的涂層保護方法來對抗高溫腐蝕，比如采用等離子噴涂、硅化物噴涂等的方法來保護發動機的渦輪葉片，同時隨著科研技術的進步，也已經發明和生產了發動機專用涂層漿料。

2．4 健全針對航空材料的腐蝕防治體系

為了減少對航空金屬材料的人為破壞，還必須要建立健全航空金屬材料腐蝕防治體系。首先就是要針對機身不同部位的金屬材料的抗腐蝕性能作出詳細的注解和分析，編制具體的防腐手冊，明確不同的抗腐蝕維修與保養方法，使金屬材料在使用周期內能夠保持穩定的性能。其次是要建立腐蝕防治制度，搭建必要的數據資料平臺，組成專門的技術團隊，定期進行腐蝕檢查，對于檢查結果進行數據錄入，提升航空金屬材料腐蝕問題防治的專業性和有效性。

3 結語

針對航空金屬材料的腐蝕問題與防治工作研究已經進入到比較成熟的階段，相信通過對新技術、新材料的研發以及腐蝕防治體系的健全，能夠進一步提升航空金屬材料的穩定性，從而有力的助推我國航空航天事業的發展。