熱帶海洋大氣環境典型航空材料清洗效能研究

龔雨荷，王榮祥，張博，陳逢榮，王才菀，陳荻云

（工業和信息化部電子第五研究所，廣州 511300）

引言

習近平總書記站在中華民族偉大復興的全局和戰略高度，對發展我國海洋事業、維護我國海洋權益作出重要指示。近年來，隨著我國“一帶一路”、“遠海防衛”等國家戰略的發展，越來越多航空裝備被部署在南海、遠海等熱帶海洋大氣環境區域。與內陸環境相比，航空裝備在南海、遠海地區服役時，面臨著高溫、高濕、高鹽霧、強太陽輻射等惡劣的環境特點。長期處于海水、鹽霧、高濕度環境中，如果不及時清洗，航空裝備表面會吸附、形成腐蝕電解質溶液，加速裝備腐蝕[1-3]。

近年來，我國飛機已經開展常態化駐島輪訓，部分機型的年度故障率為25 %左右，高出內陸同型號飛機一倍，在對某駐島飛機的調研中發現，短短30天所有該型號飛機普遍發生涂層開裂脫落、螺(鉚)釘生銹及復材老化等不同程度的腐蝕現象[4]。根據調研發現，2014～2018年期間，某型直升機參與護航任務，僅在一個任務周期后（約3個月），即發現在直升機底部蒙皮、緊固連接部位及發動機連接部位有大量的腐蝕現象，影響了航空裝備使用安全和國家形象[5]。據美國有關資料統計表明，美國軍用飛機現場故障中約50 %是由環境造成的。而在這50 %環境造成的故障中，溫度占40 %，振動占27 %，濕熱占19 %，沙塵占5 %，鹽霧占4 %，可見高溫、高濕、高鹽霧的南海海洋大氣環境對電子裝備的影響是不可忽視的破壞性因素，美國海軍F14飛機因為腐蝕問題，前起落架汽缸支柱上發生斷裂，導致一等事故，從而造成F14雄貓飛機全面停飛[6]。

針對上述問題，國內北京航空材料研究院張曉云等對海洋環境下飛機維護的腐蝕預防及控制進行了研究，全面介紹了AHC-1、AHC-7等清洗劑的性能及用途，突出了清洗對飛機腐蝕控制的重大意義[7,8]。石志想，何衛平等依據GJB 5974-200和7MIL-PRF-85570D兩個標準中的方法，對Delec，AHC-1，AHC-5，TFQX-1，Cee Bee 280，Calla Solve 120六種國內常見的清洗劑進行對比分析，得出結論TFQX-1和 Calla Solve 120這兩種清洗劑清洗效果最佳[9]。陳群志等分析航空裝備在沿海地區使用面臨的腐蝕問題，突出了環境對飛機的影響，根據美軍飛機腐蝕防護對策與控制措施，為我國飛機在嚴酷環境下服役制定了相應的腐蝕防護對策與措施[10]。

本文選用有實際應用基礎的典型清洗劑產品（AHC-7水基清洗劑，TFQX-1水基清洗劑，TFQX-3溶劑清洗劑，RJ-1溶劑清洗劑），以清水清洗為對照，對其在南海海洋大氣環境下的清洗效果進行試驗評價，探索不同清洗劑和清洗周期對航空裝備關鍵材料腐蝕損傷的影響，優選出清洗效果好的產品，更好地支撐航空裝備清洗保障工作。

1 試驗過程

1.1 試驗樣品

本文選用飛機機身、機翼通用鈑金件材料2A12鋁合金/III類薄膜硫酸陽極化/XMS1621環氧耐腐蝕底漆涂層件（以下簡稱2A12鋁合金涂層件）為試驗對象，樣品規格為75 mm*150 mm，樣品初始形貌如圖1所示。

圖1 試驗用2A12鋁合金涂層件

以西沙永興島試驗站為試驗地點，參考GJB 8893.2-2017《軍用裝備自然環境試驗方法 第2部分：戶外大氣自然環境試驗》，將2A12鋁合金涂層件放置在戶外暴露架上（暴露架見圖2），暴露時間為一年，以45天為周期清洗試驗件，清水清洗為對照組，考核AHC-7、TFQX-1、TFQX-3、RJ-1四種清洗劑的清洗效果，清洗劑噴涂情況如表1所示。

圖2 戶外暴露架

1.2 試驗及分析方法

1.2.1 腐蝕形貌

利用Nikon D800E單反相機拍攝試樣表面腐蝕產物的宏觀形貌。

1.2.2 電化學阻抗

利用電化學工作站，采用傳統的三電極體系。飽和甘汞電極為參比電極，20 mm×20 mm的Pt電極為輔助電極，測試試樣為工作電極，其工作面積為10 mm×10 mm。電化學阻抗測試擾動電壓為20 mV，掃描頻率范圍100 KHz ～ 0.01 Hz，測試樣品的電化學阻抗。

2 結果分析

2.1 清洗試驗結果

2.1.1 宏觀形貌

圖3為五種清洗方式下，2A12鋁合金涂層試樣初始宏觀形貌及西沙永興島戶外暴曬12、24個月的宏觀形貌。

2.2.1 電化學阻抗結果

文獻提出[11]，隨著戶外暴露時間增加，防護涂層出現缺陷，大量的電解質溶液通過涂層的缺陷到達金屬基體，并會使基體發生腐蝕反應，涂層的保護作用減弱。當涂層的阻抗值高于108Ω·cm2時，涂層對基體有較好的防護性能，當阻抗值低于106Ω·cm2時，涂層已經失去了保護能力。圖4為五種清洗方式以45天為周期清洗2A12鋁合金涂層試樣，戶外暴露12、24個月的Nyquist圖譜，表2為其對應的0.01 Hz下電化學阻抗譜模值。

表2 2A12鋁合金涂層試樣西沙永興島戶外暴露12、24個月的低頻阻抗模值

圖4 2A12鋁合金涂層試樣西沙永興島戶外暴露12、24個月Nyquist圖

2.2 結果討論

從2.1清洗試驗結果可以看出，使用清水清洗和四種清洗劑以45天為清洗周期對2A12鋁合金涂層試樣進行清洗維護，在在西沙永興島戶外暴露24個月后，所有涂層試樣并沒有發生涂層鼓泡剝離粉化等現象，但涂層變色較為嚴重；所有清洗方式下涂層的低頻阻抗模值均高于10的7次方，具有良好的防護性能。水基清洗劑清洗的樣品低頻阻抗模值高于清水清洗的，溶劑型清洗劑清洗的樣品低頻阻抗模值均低于清水清洗，其中TFQX-1水基清洗劑在24個月時涂層低頻阻抗模值最高為1.37·108，清洗防護效果最為突出。

3 結論

本研究對2A12鋁合金涂層試樣進行西沙戶外自然暴露試驗，以清水清洗為對照，以45天為清洗周期，開展AHC-7水基清洗劑、TFQX-1水基清洗劑、TFQX-3溶劑型清洗劑、RJ-1溶劑型清洗劑四種清洗劑在熱帶海洋環境下的清洗效果研究工作，得出以下結論：

1）在經過24個月的戶外暴露，除了涂層變色較為嚴重，所有涂層試樣并沒有發生涂層鼓泡剝離粉化等現象，清洗效果較為顯著。

2）所有清洗方式下涂層的低頻阻抗模值均高于10的7次方，涂層試樣在戶外暴露24個月后仍具有良好的防護性能。

3）溶劑型清洗劑

本次試驗，由于因其本身耐蝕性好，采用不同清洗劑最終清洗效果沒有明顯差距；在戶外暴露24個月后，對于涂層完好試樣的TFQX-1清洗劑表現出良好清洗效果，其清洗的涂層試樣低頻阻抗模值最高為1.37·108。因為本次試驗均為戶外暴露試驗，試樣表面未出現重油污等狀態，AHC-7作為水基清洗劑，能夠較好的對試樣進行清洗；

因為清洗劑本身對金屬基體或涂層帶有一定的腐蝕性，清洗頻率太高，不但不會使試樣腐蝕防護能力提升，甚至還會因為過清洗導致試樣涂層失效的更快。選擇適當延長清洗周期，不僅可以節約人力、物力等成本，也有助于提高清洗效率避免出現過清洗情況。