航天用典型材料鹽霧環境適應性分析

于丹 姜玉峰 魏澤宇 高健 姜淑敏

摘 要：以某幾種航天用典型材料為例，結合實際使用的環境工況，通過鹽霧環境鑒定試驗結果分析典型材料的鹽霧環境適應性，并給出使用建議。

關鍵詞：典型材料;鹽霧試驗;環境適應性

0? ? 引言

鹽霧是指大氣中由含鹽微小液滴所構成的彌散系統。鹽霧試驗的目的主要是檢測被測產品的耐腐蝕可靠性，實際試驗時，是在鹽霧試驗箱中開展的，利用含鹽溶液，在一定的溫度和相對濕度的環境下對材料或產品進行加速腐蝕，重現材料或產品在一定時間范圍內所遭受破壞的程度。

本文以某幾種航天用典型材料為例，結合實際鹽霧鑒定試驗中出現的問題，分析問題產生的機理，并針對產品使用給出改進措施。

1? ? 試驗現象

某機電作動器在中航工業301所進行鹽霧鑒定試驗后，發現部分零件表面出現銹蝕，腐蝕部位如圖1、表1所示6處。

2? ? 腐蝕原因分析

結合鹽霧試驗工作原理，開展了零件銹蝕分析工作。導致部分零件表面腐蝕的原因共有3種，如圖2所示。下面結合問題產品分解，逐一進行分析、排除及定位工作。

2.1? ? X1：零件材料和表面處理方式抗腐蝕能力不足

據文獻查證，基本上所有不銹鋼都能耐腐蝕，主要是鉻元素氧化后可形成致密的鈍化層，能隔絕空氣和其他一些腐蝕性介質對基材的影響。同時不銹鋼制品的表面粗糙度越高，耐鹽霧腐蝕能力越強;鎳含量越高，碳含量越低，耐蝕能力越強，常見不銹鋼中1Cr8Ni9Ti和0Cr17Ni4Cu4Nb較適用于沿海地區。因此，機電作動器使用的不銹鋼制零件的材料、表面處理方式和粗糙度可以滿足鹽霧試驗的抗腐蝕能力要求（96 h），該故障模式可排除。

2.2? ? X2：零件在使用過程中表面受損

梳理發生腐蝕的不銹鋼零件，發現均為螺紋連接部位和裝配夾持面。在裝配過程中，裝配人員需使用力矩扳手工具對表2所示部位施加力矩，或者使用尖嘴鉗對開口銷進行彎折，在此過程中極易損傷不銹鋼鈍化層，產生點蝕源，形成一個自催化式局部加重的原電池反應，產生局部腐蝕，故該故障模式不可排除。

2.3? ? X3：零件防護措施不到位

由表1可知，機電作動器部分零件采用了普通碳鋼和鈹青銅材料，雖然鈹青銅具有良好的耐蝕性，但在工業大氣和高溫高濕的環境中，其耐蝕性會大大降低，試驗表明，濕度和腐蝕性大氣是引起銅合金腐蝕的主要因素。而碳鋼一般不具有耐腐蝕性。關節軸承材料屬于碳鋼，鈹青銅對高濕、高鹽綜合環境不耐受，而這幾種零件均未采取專門的防護措施，機電作動器的一處平墊圈雖然有刷涂聚氨酯清漆TS01-3的要求，但由于是在裝配狀態下刷漆，有可能存在刷漆不到位的情況，因此防護措施不到位的故障模式不能排除。

3? ? 腐蝕機理分析

鹽霧對金屬材料的腐蝕，主要是導電的鹽溶液滲入金屬內部發生電化學反應，形成“低電位金屬—電解質溶液—高電位雜質”微電池系統，發生電子轉移，作為陽極的金屬出現溶解，形成新的化合物即腐蝕物。金屬保護層和有機材料保護層也同樣，當作為電解質的鹽溶液滲入內部后，便會形成以金屬和金屬保護層或有機材料為另一電極的微電池。鹽霧腐蝕破壞過程中起主要作用的是氯離子，氯離子非常容易傳到金屬氧化層金屬內部，破壞金屬的鈍態。同時，氯離子具有很小的水合能，容易被吸附在金屬表面，取代保護金屬的氧化層中的氧，使金屬受到破壞。

除了氯離子外，鹽霧腐蝕機理還受溶解于鹽溶液里（實際上是溶解在試件表面的鹽液膜）氧的影響。氧能夠引起金屬表面的去極化過程，加速陽極金屬溶解，由于鹽霧試驗過程中持續噴霧，不斷沉降在試件表面上的鹽液膜使含氧量始終保持在接近飽和狀態。腐蝕產物的形成，使滲入金屬缺陷里的鹽溶液體積膨脹，因此增加了金屬的內部應力，引起了應力腐蝕，導致保護層鼓起。

另外，不銹鋼制零件的腐蝕機理也是如此，在海洋性氣候環境下，化學腐蝕和微電池腐蝕是不銹鋼腐蝕的主要形式，不銹鋼表面的鈍化膜可以保護內部材料，在內陸環境下，鈍化膜受損也可在空氣中愈合和再生，起到防腐蝕作用。在鹽霧氣候環境下，氯離子本身不能穿透這層氧化膜，當鈍化膜受損時，空氣中的氧氣和氯離子同時進入金屬裸露面，氯離子濃度越大，正極合金元素溶解速度越快。當鐵原子的溶解速度不足于完全消耗電解液中的滲透氧氣時，不銹鋼表面仍能形成致密的防護層，表現出一定的防銹性能;當鐵原子的溶解速度大于一定速度時，就可以完全消耗電解液中的滲透氧氣，生成Fe3O4，發生腐蝕。

4? ? 后續采取措施及驗證

4.1? ? 采取措施

如表3所示，在環境鑒定鹽霧試驗的機電作動器所用的平墊圈8×14×1、標準不銹鋼墊圈D8和螺栓M8×36處外露部分涂覆聚氨酯清漆TS01-3（津Q/HG 4946—95），其余零部件涂抹潤滑脂用于保護零件表面，隔離鹽霧環境。

4.2? ? 措施驗證情況

為驗證采取措施有效性，在中航工業301所開展機電作動器定型階段環境鑒定鹽霧補充試驗。試驗結束后，經試驗單位確認，采取措施后，鹽霧試驗通過。

5? ? 結語

機電作動器鹽霧鑒定試驗后部分零件表面腐蝕原因包括：碳鋼和鈹青銅制零部件抗鹽霧腐蝕能力不足，防護措施不到位;不銹鋼制零件則是因使用過程中鈍化層損壞，導致在鹽霧試驗時發生電化學腐蝕。因此，在后續使用過程中，在絲杠、鎖緊螺母、關節軸承和軸套部位涂抹潤滑脂，可以使材料與鹽霧環境有效隔離。

[參考文獻]

[1] 史明麗.機載設備鹽霧試驗與防護設計[J].裝備環境工程，2006，3（1）：81-84.

[2] 孫秋霞.材料腐蝕與防護[M].北京：冶金工業出版社，2001.

[3] 美國腐蝕工程師協會.腐蝕與防護技術基礎[M].北京：輕工業出版社，1987.

[4] 張冰，周麗君.針對鹽霧試驗不滿意結果糾正措施的研究方法[J].環境技術，2018（2）：45-49.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：于丹（1987—），女，陜西渭南人，碩士，工程師，研究方向：中大功率機電伺服系統。