飞机防腐剂的适航与施工

彭华乔，李林，叶李薇，张亚博，李开宇，王强，张帆，苏正良

（中国民航局第二研究所，四川 成都 610041）

飞机若在周围环境因素(如大气、水分、化学物质、温湿度变化、空气中的颗粒、航空油料等)的影响下发生结构腐蚀，将严重影响飞行安全。2000年5月27日，台湾华航的一架波音747飞机由于金属腐蚀疲劳造成尾翼裂纹，飞机坠入南中国海，225人丧生[1]。在航空史上，因腐蚀问题引起的飞行事故屡屡发生，这不仅影响到飞行安全，而且给飞机维护工作带来沉重负担，同时还产生巨大的维修费用，缩短了飞机的服役寿命。因此，积极采取预防措施，防止飞机产生腐蚀显得尤为重要[2]。我国民航局颁发的《运输类飞机适航标准》(CCAR-25)[3]就对飞机防腐提出了具体要求。

飞机防腐剂作为一种航空化学产品(以下简称“航化产品”)，主要由缓蚀剂、成膜剂、表面活性剂、溶剂、染色剂等组成，可有效控制腐蚀的产生和扩展，在民用航空领域和军事领域的需求量巨大。飞机防腐剂的工作原理是利用其快速渗透和固化能力，将材料空隙中的水和腐蚀介质置换出来，并在表面形成保护膜，通过膜层防止腐蚀介质与材料表面直接接触[4]，降低飞机金属材料的化学腐蚀和电化学腐蚀。

1 飞机防腐剂的适航

航化产品直接使用于民用航空产品(指民用航空器、发动机、螺旋桨、机载设备、零部件及航空材料)，影响其性能，甚至飞行安全。不合格的航化产品会腐蚀民用航空产品，缩短其使用寿命。因此，航化产品的适航管理是民用航空安全管理的重要环节。所谓适航，是指航空器(包括部件及子系统)的整体性能和操作特性在预期运行环境和使用限制下都得到安全和物理完整。

为此，民航局于2004年制定并颁发了《民用航空用化学产品适航规定》(CCAR-53)[5]，规定了航化产品的适航要求主要包括两个方面：一是质量保证体系，二是产品技术要求。

1.1 质量保证体系

航化产品在飞机制造和维修保养中是必不可少的，其质量直接关系到航空安全，因此控制质量是至关重要的。质量保证体系的控制要素至少应涵盖CCAR-53第十五条规定的全部内容，包括人、机、料、法、环等方面，以确保生产的航化产品能够持续符合相应技术标准的要求，并处于安全可用状态。

这些质量体系要求主要依据ISO 9000、AS 9100的相关要求制定，并特别增加了“向局方(在CCAR-53中是指民航总局及民航地区管理局，但现在的做法是向民航局和航油航化适航审定中心报告)报告的程序”，以确保航化产品生产商发生重要变更、产品存在质量事故等情况时，得到局方的有效控制和妥善处理。

1.2 产品技术要求

目前，飞机防腐剂的技术要求主要依据国外军方、行业协会和主机厂发布的技术标准来制定。

1.2.1 MIL标准

1.2.1.1 MIL-DTL-85054 D

美国军方 2010年发布了 MIL-DTL-85054 D Corrosion Preventive Compound, Water-displacing,Transparent，该标准规定了一种透明的水置换型防腐剂，其施工可以采用刷涂或喷涂，相关技术要求见表1[6]。

一般来说，符合MIL-DTL-85054 D要求的防腐剂由异丙醇、石脑油、钡盐等组成，可涂覆于未涂漆的金属表面，包括紧固件、接缝等，但不能用于运动部位处的防腐。代表性产品有LHB公司的SO SURE系列的部分产品。

表1 MIL-DTL-85054 D防腐剂技术要求Table 1 Technical requirements of corrosion inhibitors according to MIL-DTL-85054 D

李斌[8]针对MIL-DTL-85054 B(AS)的要求，采用酚醛树脂、脱水添加剂、多种有机缓蚀剂、汽油溶剂、醇类助剂等原料研制了YTF-1飞机硬膜脱水防锈剂，对飞机用的铸镁ZM5、锌Zn-3、镉Cd3、铝合金LY12、铜T3、黄铜H62等多种金属均能起到良好的缓蚀作用。YTF-1具有良好的喷涂性能以及极强的渗透能力和水置换能力，施加在被防护结构上，可自动去除表面及缝隙中的水分和盐分，并很快形成一层透明的膜[9]。

1.2.1.2 MIL-PRF-81309 G

美国军方 2014年发布了 MIL-PRF-81309 G Corrosion Preventive Compound, Water-displacing,Ultra-thin Film。该标准将防腐剂分为3种类型，其中III型属于航空电子型防腐剂。该类防腐剂一般由石脑油、钡盐、四氟乙烷等组成，黏度较低，固化后形成的膜层非常薄，适用于电子元器件的防腐。

该标准在MIL-DTL-85054 D的基础上，针对飞机上电子元器件的工作环境，比如材料的绝缘性、阻燃性等，对航空电子型飞机防腐剂增加了一些特殊的技术要求，比如绝缘强度不低于25 000 V，电子元件的电阻变化小于5 mΩ，抛射剂不应使火焰扩展，闪点大于60 °C等[10]。代表性的产品有LHB公司的SO SURE系列的部分产品，Corrosion Technologies公司的NavGuard系列产品。

1.2.2 SAE标准

SAE AMS 3077 Compound, Corrosion Preventive, Soft Film, Thixotropic, Cold Application规定了一种触变型飞机防腐剂，可喷涂或刷涂。该标准将防腐剂分为两类，I类为未染色防腐剂，II类为染色防腐剂，技术要求见表2[11]。

表2 SAE AMS 3077飞机防腐剂的技术要求Table 2 Technical requirements of aircraft corrosion inhibitors according to SAE AMS 3077

SAE标准增加了很多防腐剂与飞机材料相容性的试验要求，以确保防腐剂不会对飞机材料产生腐蚀。这些相容性试验包括全浸腐蚀(ASTM F 483)、低脆镉腐蚀(ASTM F 1111)、氢脆(ASTM F 519)、对漆层的影响(ASTM F 502)、聚丙烯酸酯银纹化(ASTM F 484)等。其中，全浸腐蚀和低脆镉腐蚀主要验证防腐剂对飞机常用金属材料的腐蚀程度；氢脆主要验证防腐剂是否会使飞机用的高强度钢在应力作用下产生脆性断裂；对漆层的影响主要验证防腐剂是否会引起飞机用的涂层产生鼓泡，硬度降低等；聚丙烯酸酯银纹化主要验证防腐剂是否会令飞机用的有机玻璃产生银纹。

该类防腐剂一般由石脑油、钡盐、9～11个碳的烷烃、16～20个碳的烷烃等组成，可用于飞机涂漆和未涂漆表面，代表性产品有Chemetall公司的Ardrox®AV30。

1.2.3 波音标准

1.2.3.1 BMS 3-23

BMS 3-23 Organic Corrosion Inhibiting Compound规定了由溶剂分散的水置换型飞机防腐剂[12]。它由挥发性溶剂以及溶解在其中的非挥发性有机物组成，具有较强的渗透性，可以渗透进极小的缝隙和孔内。溶剂挥发后形成一层很薄的膜，将表面原来吸附的水分置换出来，并将表面重新覆盖。这类防腐剂形成的保护膜比较薄，使飞机质量增加较小，但是具有耐久性较差、固化后黏性较大等缺点。

BMS 3-23对飞机防腐剂的技术指标和使用性能作了要求，见表3。该标准是波音制定的关于防腐剂最基本的标准，BMS 3-26、BMS 3-29、BMS 3-35等其他标准都是在BMS 3-23的基础上编制而成的，技术要求基本与BMS 3-23保持一致。

该类防腐剂一般由石脑油、钡盐、9～11个碳的烷烃等组成，可用于飞机涂漆和未涂漆表面。对于防腐要求较高的部位，一般需要与符合BMS 3-26要求的防腐剂联合使用，代表性产品有Chemetall公司的Ardrox®AV 8和Zip-Chem Products公司的Cor-Ban 23。

表3 BMS 3-23飞机防腐剂的技术要求Table 3 Technical requirements of aircraft corrosion inhibitors according to BMS 3-23

1.2.3.2 BMS 3-26

符合BMS 3-26 Organic Corrosion Inhibiting Compounds，Heavy Duty标准的防腐剂称为重型防腐剂[13]。这类防腐剂固化后形成的保护膜较厚，耐磨性较好。这类防腐剂的单位面积较重，对飞机增重影响较大。

BMS 3-26防腐剂主要用于可能发生腐蚀(即环境敏感性指数较低)的飞机区域。这类防腐剂的渗透能力较差，很难渗入较小的缝隙及孔内。所以该类防腐剂一般不能单独使用，而是使用BMS 3-23防腐剂之后作为水置换型防腐剂的保护层[14]。该类防腐剂一般由石脑油、丙氧基丙醇等组成，可用于飞机涂漆和未涂漆表面，代表性产品有Chemetall公司的Ardrox®AV 25和Ardrox®AV 100D。

1.2.3.3 BMS 3-29

符合BMS 3-29 Advanced Organic Corrosion Inhibiting Compounds标准的是高等防腐剂[15]，同时具有水置换型以及重型防腐剂的优点，具有较强的渗透性能和较好的耐久性。BMS 3-29可以单独替代BMS 3-23，也可以同时替代BMS 3-23和BMS 3-26。但基于最小厚度，BMS 3-29单独替代BMS 3-23使用时增重3倍，替代BMS 3-23 + BMS 3-26使用时减重40%。因此，一般不建议用BMS 3-29单独替代BMS 3-23。该类防腐剂一般由石脑油、钡盐、9～11个碳的烷烃、16～20个碳的烷烃等组成，可用于飞机涂漆和未涂漆表面。代表性产品有Chemetall公司的Ardrox®AV 30和Zip-Chem Products公司的ZC-029。

张亚娟等[16]的研究表明，经6个周期的老化试验后，涂装AV30的试件的面漆及背面涂层几乎没有变化，而其他紧固件试样周围的面漆已出现小气泡。同时，涂装AV30试件的电阻值下降幅度以及有机涂层光泽度下降率都较小。杜洪增等[17]将AV30防腐剂涂在铆接组合件的铆缝处，在15 min内便渗透到铆接组合件的缝隙内，起到填充缝隙的作用。

1.2.3.4 BMS 3-35

BMS 3-35 Heavy Duty Corrosion Inhibiting Compounds是用于代替BMS 3-29的新型水置换型防腐剂标准[18]。与BMS 3-29相比，BMS 3-35具有更强的渗透能力以及更快的固化速率。符合BMS 3-35的产品将同时满足BMS 3-23和BMS 3-29的所有性能要求，可以被批准在波音所有飞机上使用，属于波音飞机中使用批准最全、综合性能最优的产品。国内尚未大范围使用这类防腐剂的原因主要是经济问题和清洗问题(BMS 3-35的产品比较难清除)。

该类防腐剂一般由石脑油、钡盐、钙盐、异丙醇、9～11个碳的烷烃等组成，可用于飞机涂漆和未涂漆表面。由于其黏度进行了优化，因此渗透性能和防腐性能更好，可确保更有效地保护飞机金属材料。代表性产品有Chemetall公司的Ardrox®AV 15和Zip-Chem Products公司的COR-BAN 35。

1.2.4 指标分析

上述标准所要求的技术指标主要分为理化指标、相容性要求和功能性要求。理化指标包括黏度、不挥发物含量等；相容性要求包括镉板相容性、全浸腐蚀等；功能性要求包括渗透性能、防腐性能等。其中渗透性能是表征飞机防腐剂使用效果的重要指标，其测试方法是在模具中倾倒一定数量的防腐剂，在一定时间内测量渗透区域的面积或渗透距离，渗透面积越大或渗透距离越长，表明渗透性能越好，防腐性能越佳。

2 飞机防腐剂的施工

如果飞机防腐剂施工不当，不仅会造成经济损失，而且会影响飞机零部件功能的实现，从而影响飞机安全，因此正确开展防腐剂的施工至关重要。以波音飞机为例，防腐剂的施工一般分为表面处理以及防腐剂的喷涂、固化、修补、清除等步骤。

2.1 表面处理

(1) 对于不太脏的表面，直接去除表面的水分和杂物即可。

(2) 对于较脏的表面，需用符合MIL-PRF-680等要求的溶剂清洗剂予以清洁。

(3) 使用胶带和塑料薄膜将不需要喷涂防腐剂的地方遮挡起来。

2.2 防腐剂的喷涂

(1) 防腐剂的喷涂厚度及环境温度要求见表4。其中BMS 3-23无最小厚度要求，而且产品不同，喷涂的厚度也不一样，施工过程只要求喷洒一层即可，主要是把水置换出来。

表4 不同防腐剂喷涂厚度和环境温度要求Table 4 Requirements of thickness and environmental temperature for spraying different corrosion inhibitors

(2) 可采用喷涂或刷涂的方式。若两者皆不便，可将待处理区域灌满防腐剂，再将其抽干，即可在表面形成一层防腐剂。

(3) 在喷涂或刷涂防腐剂时，应保持空气流通。

2.3 防腐剂的固化

取一张厚度为0.051～0.152 mm的聚乙烯薄膜，用手指轻轻将其按压在防腐剂表面，检查是否有防腐剂被粘在薄膜上或脱离了表面，以确定防腐剂是否固化完毕。

2.4 防腐剂的修补

如果防腐剂在喷涂后有破损或鼓泡，应对其进行修补。先用符合要求的溶剂清洗破损处，再进行喷涂和固化处理。

2.5 防腐剂的清除

将抹布浸渍在符合 MIL-PRF-680C等要求的溶剂清洗剂(包括全氯乙烯、三氯乙烯、三氯乙烷、石脑油等)中，然后用该抹布清除防腐剂。

3 安全使用事项

飞机防腐剂属于有机化工产品，不溶于水，密度小于1 g/cm3，闪点较低，容易燃烧。其含有的有机化合物等属于有毒有害成分，因此应避免吸入、吞咽以及与皮肤、眼睛接触，施工时应穿防护服，戴护目镜和手套。若发生燃烧，可采用二氧化碳灭火器、干粉灭火器等扑灭。

4 结语

要防止飞机发生腐蚀，可以通过选择合适的金属材料、涂料、密封胶，以及有效的排水系统等措施，使用防腐剂也是一项重要的措施。

目前，在民用航空领域使用的符合适航要求的飞机防腐剂几乎全是国外产品，主要是 Chemetall公司的AV系列，Zip-Chem Products公司的Cor-Ban系列，等等。它们都是世界各国航空公司所认可和采用的，对飞机防腐剂市场基本形成了完全的垄断。国内主要集中在对飞机腐蚀机理，腐蚀的防护与控制方法，以及国外防腐剂的性能进行研究。在飞机防腐剂自主开发、防腐性能评估和服役环境的腐蚀防护机理方面鲜有报道。因此，积极开展该领域的深入研究，促进国产化，打破国外垄断，具有重要的经济效益和战略意义。

海洋大气中含盐的海水蒸汽不仅容易侵蚀飞机外部，而且会侵入飞机的内部。由于海洋环境的相对湿度大，飞机在这样的环境下服役时，其结构的若干部位会发生腐蚀损伤，严重影响了飞机的正常使用。因此海军舰载机的防腐要求更高，也迫切需要防腐剂的合理有效使用。

为了进一步促进防腐剂的研究和产业化进程，我国应积极开展相关标准体系的研究，并制定我国关于飞机防腐剂的技术标准，为将来规范产品市场做好技术储备。

仿自然界“荷叶效应”的超疏水涂层具有微纳米复合结构和低表面能特性[19-20]。水滴在这种表面上具有较大的接触角(大于150°)及较小的滚动角(小于10°)，使得水滴在表面的粘附力大大降低，极易流走而不聚集。飞机易产生腐蚀的结构若涂装了这种涂层，水在上面不能聚集，便没有了腐蚀介质，也就防止了腐蚀的发生。这为飞机防腐蚀的研究提供了新的思路和解决方案。