飛機繼電器腐蝕防護與控制要求

王希彬，郁大照，王琳，楊飛

（1.海軍航空大學 航空基礎學院，山東 煙臺 264001；2.解放軍91213部隊，山東 煙臺 264001）

繼電器，尤其是電磁繼電器，作為飛機上各系統(tǒng)的重要元件，用于實現(xiàn)電信號的傳遞、電路的轉(zhuǎn)換和電機的啟停等，其可靠性直接影響到各系統(tǒng)能否穩(wěn)定地工作以及飛機的飛行安全。影響繼電器故障的一個重要因素是腐蝕，如圖1所示。我國濕熱海洋環(huán)境最大的特點就是高溫、高濕、高鹽霧，繼電器長期處于這種惡劣大氣環(huán)境中，如果防護措施不到位，溫度、濕度和鹽分沉積率等因素都將對元器件耐腐蝕性產(chǎn)生較大的影響[1]，造成內(nèi)部元器件的快速污染、腐蝕，直接影響了繼電器的接觸電阻、絕緣電阻和吸合/釋放電壓等電參量的改變，進而使其品質(zhì)快速下降，大大縮短使用壽命，嚴重威脅到電氣設備的安全運行[2-5]。

圖1 某型飛機繼電器腐蝕 Fig.1 Corrosion of relay in an aircraft

目前，飛機繼電器所用的設計和制造工藝，對嚴酷的腐蝕環(huán)境考慮不足。在熱帶海洋氣候環(huán)境下，面臨夏季等炎熱潮濕的氣候環(huán)境，使用維護人員對繼電器的腐蝕檢查和修理無章可循，缺少繼電器的腐蝕檢查維修手冊和操作規(guī)范等技術指導文件。

國內(nèi)在飛機結構腐蝕方面的研究相對比較成熟[6-10]，而在機載繼電器等電氣元件的腐蝕失效機理與防護控制研究方面，還處于起步階段，技術基礎較薄弱。目前國內(nèi)外對于繼電器腐蝕行為的研究尚采用傳統(tǒng)的大氣腐蝕研究方法和思維模式[11-13]，未考慮電應力對于繼電器腐蝕的影響。在繼電器等電氣元件的腐蝕防護方面缺少技術指導，在使用控制方面缺少必要的三防漆、緩蝕劑和清洗劑等防腐用品，嚴重制約了行業(yè)發(fā)展和質(zhì)量提升，極大地影響了飛行安全。

1 飛機繼電器腐蝕防護與控制一般要求

海軍飛機電磁繼電器常見的腐蝕失效模式包括觸點腐蝕、線圈腐蝕、引出端腐蝕、殼體腐蝕等[14]。應對電磁繼電器采取腐蝕防護措施，以保證飛機繼電器滿足耐久性要求，使腐蝕、脫層、磨損及由腐蝕導致的其他損傷減至最低限度。另外，應結合制造和使用維護中的腐蝕控制措施，保證飛機繼電器在正常使用環(huán)境下，不出現(xiàn)危及飛行安全的腐蝕損傷。

1.1 腐蝕防護

腐蝕防護一般應滿足如下要求[15]：采用合理的結構設計，防止腐蝕介質(zhì)的進入和積留；根據(jù)不同的結構型式和使用環(huán)境條件，設計有效的結構防腐蝕密封形式；在綜合考慮材料力學性能、耐腐蝕性能、經(jīng)濟性以及施加保護層的可行性等的基礎上，合理選用材料；從繼電器外部結構表面到內(nèi)部原件的選型，都應盡可能選用耐腐蝕性能好的防護體系。

1.2 腐蝕控制

腐蝕控制一般應滿足如下要求[15]：采取適當?shù)墓に囍圃旆椒ǎ嗅槍π缘胤乐够驕p緩腐蝕；在考慮防護層經(jīng)濟性以及防護層與被防護零件材料之間的相容性或限制使用要求的基礎上，合理選擇防護層；采用緩蝕劑或隔離保護膜等改善局部腐蝕環(huán)境條件的措施，在表面防護和裝配完成后，宜使用緩蝕劑進行防護處理；避免裝配過程中不同材料接觸而產(chǎn)生電偶腐蝕。

2 腐蝕防護設計要求

2.1 材料選擇

材料選擇應滿足如下要求[15-18]：

1）根據(jù)繼電器不同的類型、使用部位、使用條件、使用環(huán)境及結構，綜合考慮材料的耐腐蝕性、工藝性和經(jīng)濟性等。

2）針對可能出現(xiàn)的腐蝕類型選擇相應的防腐蝕材料，尤其在易產(chǎn)生腐蝕和不容易維護的部位，應盡量選擇耐腐蝕性能好的材料，同時所選用的材料應具有相容性。

3）選用的金屬應耐腐蝕，也可經(jīng)過電鍍或加工處理達到耐腐蝕要求。如磁鋼，可采用鍍鎳、陽極氧化或噴漆等防腐蝕技術。

4）當不同的金屬相互直接接觸使用時，應具有防止電解和腐蝕的措施，能導致活性電解腐蝕（特別是黃銅、紫銅或鋼與鋁或鋁合金的接觸使用）的不同金屬不允許接觸使用。

5）觸點簧片應采用耐腐蝕材料（如鈹銅）或應經(jīng)過適當?shù)碾婂儯ㄈ珏冦y或鍍金處理）達到耐腐蝕要求。

6）外用標準件（螺母、平墊圈、彈簧墊圈等）應盡量選擇不銹鋼等耐腐蝕材料。

7）金屬外殼應按規(guī)定配有接地裝置，接地裝置應盡量選擇耐腐蝕材料。

8）禁止使用汞或汞化合物。除觸點外，禁止使用鎂或鎂合金。

9）非金屬材料，包括保護性表面材料應滿足耐潮濕和防霉菌要求，焊接密封式外罩內(nèi)的材料不作要求。

10）盡量避免選擇對腐蝕敏感的熱處理狀態(tài)。

2.2 表面防護

表面防護應滿足如下要求[16,18]：

1）為了達到耐腐蝕要求，金屬要求經(jīng)過鍍覆或加以處理。在焊接密封式產(chǎn)品的內(nèi)部零部件上，不應采用鋅、鎘或非熔化純錫鍍層，以防止金屬發(fā)生表面腐蝕。

2）外用標準件（螺母、平墊圈、彈簧墊圈等）應鍍鎘，并鈍化表面處理。

3）為防止外部腐蝕，產(chǎn)品裸露在外部的引出端應采取鍍鎳等表面處理工藝。如焊接引出端應鍍錫，插入式引出端應鍍金。

4）所有外露的陶瓷表面應做上釉處理，防止霉菌腐蝕。

2.3 密封設計

對于密封式電磁繼電器，防腐蝕密封設計應滿足如下要求[16]：

1）為達到防腐蝕要求，應將電磁機構部分裝在外罩內(nèi)，采用玻璃或陶瓷與金屬封接或采用金屬與金屬熔焊的方法將外罩完全密封。

2）氣密封繼電器應經(jīng)過干燥、排氣，再充入保護氣體，并按GJB 1461A—2017規(guī)定的要求進行熔焊密封。

3）為達到防腐蝕密封要求，環(huán)境密封封裝應采用氣密封封裝之外的任何結構，以達到規(guī)定的密封等級。環(huán)境密封繼電器應在清除所有空氣后，再填充合適特性氣體。

4）為保證密封性，繼電器中應充滿適當?shù)亩栊詺怏w，所充氣體的露點應至少低于產(chǎn)品最低溫度5 ℃。

3 腐蝕控制要求

3.1 制造過程中的腐蝕控制

3.1.1 零件加工

零件加工過程中的腐蝕控制應滿足如下要求：

1）零件制造過程是防腐蝕控制的重要一環(huán)，應制定合理的制造工藝，確保零件的抗腐蝕能力不會下降。

2）為滿足防腐蝕要求，工序間應進行清洗，清洗后的所有零件表面應無任何腐蝕產(chǎn)物、油污和其他外來物，并按HB/Z 68—1981進行防銹處理[19]。

3）在保證產(chǎn)品和結構壽命的前提下，應提出合理的熱處理方法及工藝規(guī)程，以保證材料在特定環(huán)境中具有最佳抗腐蝕能力。

4）不銹鋼零件在制造過程中應避免在敏化溫度范圍內(nèi)長時間停留或緩慢冷卻，因為停留過長易產(chǎn)生晶間腐蝕。

5）為達到防腐蝕要求，金屬宜在退火狀態(tài)下進行彎曲、加工和成形，且每一道工序都應使殘余應力水平最低。金屬（特別是含碳和氮的金屬）變形冷加工產(chǎn)生的缺陷，容易造成局部腐蝕和增加腐蝕速率，應進行消除應力熱處理。

6）為避免產(chǎn)生缺陷而加快腐蝕，某些零件表面要通過加工硬化（如在表面采用噴丸強化、磨光、拋光等）來增加殘余壓應力。零件在淬火、機械加工硬化或電鍍后，應用有機涂料涂覆其表面，改善應力腐蝕開裂性能。

7）經(jīng)電鍍的零件，公差應預制合理，避免強迫裝配產(chǎn)生損失而導致腐蝕。

8）選擇保證焊縫質(zhì)量完好的焊接工藝，減少焊接缺陷，提高抗腐蝕能力。

3.1.2 裝配工藝

裝配工藝的腐蝕控制應滿足如下要求[15]：高強度材料零（部）件在加工、組裝和裝配時，應使其殘余拉伸應力減至最小，以防止由于應力腐蝕開裂而導致的提前破壞；重要結構裝配時，可采用工藝墊片減少裝配應力，以防止應力腐蝕；不可拆卸去裝（定期檢查和使用過程通常不拆卸）的緊固件，要采用緩蝕劑等進行濕裝配。

3.2 腐蝕檢查要求

繼電器腐蝕檢查和修理的一般流程如圖2所示。

圖2 繼電器腐蝕檢查和修理一般流程 Fig.2 General flowchart of relay corrosion inspection and repair

檢查準備：一般在外場進行檢查和修理時，應將繼電器及安裝用的標準件從飛機上拆下；檢查時，應注意檢查到產(chǎn)品外表面和外部標準件的所有腐蝕情況；用清潔抹布擦拭產(chǎn)品外表面，去除灰塵或污染物。

檢查程序：對產(chǎn)品進行目視檢查；當外殼或引出端發(fā)生腐蝕時，必須拆開產(chǎn)品，用放大鏡檢查內(nèi)部腐蝕情況；如有腐蝕，確定腐蝕類型和損傷程度，如腐蝕嚴重，更換產(chǎn)品，輕微腐蝕按照3.3節(jié)要求進行腐蝕修理；按HJB 609—2015規(guī)定登記相關腐蝕信息[20]。

檢查標準：外殼和引出端應無污垢、變形、銹蝕或電鍍層脫落，型號字跡應無污垢、清晰可辨；非密封產(chǎn)品拆開后，產(chǎn)品內(nèi)部應無化學侵蝕、腐蝕、銹斑、裂縫、內(nèi)部結晶和磨損；觸點應無積碳、露銅、發(fā)黑、銹蝕、鍍層脫落等缺陷，周圍應無金屬粉末；觸點彈簧片和連接片應無明顯腐蝕，觸點連接線應無燒焦的痕跡，觸點引線片周圍應無裂紋、鼓泡、燒焦等現(xiàn)象；線圈漆包線應無明顯腐蝕；銜鐵組合體、鐵心、導磁殼體等部分，應無銹蝕和污物；螺母、平墊圈、彈簧墊圈等外部標準件應無腐蝕、磨損；膠木座應無龜裂、明顯掉塊、氣泡等缺陷。

為確定繼電器腐蝕是否影響了其電氣性能，一般應做如下電氣性能檢查。

1）檢查觸點壓降。將繼電器觸點閉合，并通以額定電流，測量在觸點兩端產(chǎn)生的電壓降。

2）檢查接觸電阻。將繼電器觸點閉合，測量觸點兩端的電阻。

3）檢查線圈電阻。對部分有線圈電阻要求的繼電器，用直流毫歐表檢查繼電器線圈兩端的電阻。

4）檢查吸合電壓。剛能使繼電器吸合時，測量加在繼電器線圈兩端的電壓。

5）檢查釋放電壓。處在吸合狀態(tài)的繼電器剛釋放時，測量加在繼電器線圈兩端的電壓。

6）檢查繼電器吸合電壓和釋放電壓時，允許只在冷狀態(tài)下進行。

3.3 腐蝕修理要求

3.3.1 人員

腐蝕修理人員應滿足如下要求：經(jīng)過飛機繼電器的腐蝕識別、檢查處理、腐蝕防護和適當?shù)奈募蟾娴认嚓P培訓；掌握繼電器的材料性質(zhì)、檢查技術要求、腐蝕處理和防護方法；掌握所使用清洗劑、防護用品及耗材的性能、用途、適用范圍及使用方法；能正確使用檢查、清潔、修理及防護工具；掌握型號飛機技術文件中有關腐蝕防護與控制和安全等方面的要求。

3.3.2 工具和耗材

為檢查和修理繼電器腐蝕，通常用到以下工具及耗材，使用中應符合潔凈、完好、安全、可靠的要求：繼電器拆裝配套工具、萬用表、直流毫歐表、毛刷、烘箱、整形挫、金相砂紙、砂紙、無水乙醇、6101環(huán)氧樹脂、洗滌劑、緩蝕劑、綢布、麂皮。

3.3.3 緩蝕劑

在腐蝕處理完畢后，應采用緩蝕劑減緩腐蝕，緩蝕劑[21-26]應滿足如下要求：緩蝕劑應適用于繼電器的腐蝕處理與防護；應按說明書要求使用緩蝕劑，不得使用超過有效期的緩蝕劑，使用閃點低于60 ℃緩蝕劑時，不應使用易產(chǎn)生靜電的材料制成的抺布進行擦試；緩蝕劑應遠離火源及易產(chǎn)生電弧光處，不同種類的緩蝕劑不得混合使用，以防止產(chǎn)生爆炸。

3.3.4 修理后防護

修理后要做好防護工作。防護處理方法：修理步驟完成后，檢查受污染區(qū)域是否有殘留物、表面薄膜或水，如果受污染區(qū)域仍然不干凈，重復進行清理操作；使用電氣設備專用緩蝕劑，按使用說明對已清洗干凈的部位進行防護，噴涂后用電吹風熱風吹干或自然風干；使用聚氨酯膠帶對殼體、引出端等進行密封包扎[27]。

3.3.5 保存

防腐蝕保存方法：對不能及時清理完成的產(chǎn)品，應按規(guī)定進行正確的封蓋和存放，防止其二次污染和腐蝕；對僅包含觸點、線圈等小型元件，使用塑料袋進行短期貯存，長期貯存時，使用泡沫塑料包裝材料和干燥劑，以防潮濕和碰撞產(chǎn)生腐蝕或損傷。

3.3.6 腐蝕處理信息的收集和管理

建立完善的飛機繼電器腐蝕數(shù)據(jù)庫，以便對繼電器腐蝕信息的統(tǒng)計分析和信息反饋工作。

4 結語

隨著飛機在海洋環(huán)境下的大量使用，在飛機進廠大修以及日常維護中，發(fā)現(xiàn)了大量的繼電器腐蝕現(xiàn)象，特別是在沿海地區(qū)服役的飛機繼電器腐蝕情況日趨嚴重。為減少腐蝕故障和降低腐蝕維修成本，從飛機繼電器的腐蝕設計、制造、檢查和修理等方面提出要求，對保障飛行安全具有重要意義。另外，應加強人員的腐蝕防護意識教育與技能培訓，增加腐蝕防護手段建設，提高海洋氣候環(huán)境下的腐蝕防護能力。