航天用典型材料盐雾环境适应性分析

于丹 姜玉峰 魏泽宇 高健 姜淑敏

摘 要：以某几种航天用典型材料为例，结合实际使用的环境工况，通过盐雾环境鉴定试验结果分析典型材料的盐雾环境适应性，并给出使用建议。

关键词：典型材料;盐雾试验;环境适应性

0    引言

盐雾是指大气中由含盐微小液滴所构成的弥散系统。盐雾试验的目的主要是检测被测产品的耐腐蚀可靠性，实际试验时，是在盐雾试验箱中开展的，利用含盐溶液，在一定的温度和相对湿度的环境下对材料或产品进行加速腐蚀，重现材料或产品在一定时间范围内所遭受破坏的程度。

本文以某几种航天用典型材料为例，结合实际盐雾鉴定试验中出现的问题，分析问题产生的机理，并针对产品使用给出改进措施。

1    试验现象

某机电作动器在中航工业301所进行盐雾鉴定试验后，发现部分零件表面出现锈蚀，腐蚀部位如图1、表1所示6处。

2    腐蚀原因分析

结合盐雾试验工作原理，开展了零件锈蚀分析工作。导致部分零件表面腐蚀的原因共有3种，如图2所示。下面结合问题产品分解，逐一进行分析、排除及定位工作。

2.1    X1：零件材料和表面处理方式抗腐蚀能力不足

据文献查证，基本上所有不锈钢都能耐腐蚀，主要是铬元素氧化后可形成致密的钝化层，能隔绝空气和其他一些腐蚀性介质对基材的影响。同时不锈钢制品的表面粗糙度越高，耐盐雾腐蚀能力越强;镍含量越高，碳含量越低，耐蚀能力越强，常见不锈钢中1Cr8Ni9Ti和0Cr17Ni4Cu4Nb较适用于沿海地区。因此，机电作动器使用的不锈钢制零件的材料、表面处理方式和粗糙度可以满足盐雾试验的抗腐蚀能力要求（96 h），该故障模式可排除。

2.2    X2：零件在使用过程中表面受损

梳理发生腐蚀的不锈钢零件，发现均为螺纹连接部位和装配夹持面。在装配过程中，装配人员需使用力矩扳手工具对表2所示部位施加力矩，或者使用尖嘴钳对开口销进行弯折，在此过程中极易损伤不锈钢钝化层，产生点蚀源，形成一个自催化式局部加重的原电池反应，产生局部腐蚀，故该故障模式不可排除。

2.3    X3：零件防护措施不到位

由表1可知，机电作动器部分零件采用了普通碳钢和铍青铜材料，虽然铍青铜具有良好的耐蚀性，但在工业大气和高温高湿的环境中，其耐蚀性会大大降低，试验表明，湿度和腐蚀性大气是引起铜合金腐蚀的主要因素。而碳钢一般不具有耐腐蚀性。关节轴承材料属于碳钢，铍青铜对高湿、高盐综合环境不耐受，而这几种零件均未采取专门的防护措施，机电作动器的一处平垫圈虽然有刷涂聚氨酯清漆TS01-3的要求，但由于是在装配状态下刷漆，有可能存在刷漆不到位的情况，因此防护措施不到位的故障模式不能排除。

3    腐蚀机理分析

盐雾对金属材料的腐蚀，主要是导电的盐溶液渗入金属内部发生电化学反应，形成“低电位金属—电解质溶液—高电位杂质”微电池系统，发生电子转移，作为阳极的金属出现溶解，形成新的化合物即腐蚀物。金属保护层和有机材料保护层也同样，当作为电解质的盐溶液渗入内部后，便会形成以金属和金属保护层或有机材料为另一电极的微电池。盐雾腐蚀破坏过程中起主要作用的是氯离子，氯离子非常容易传到金属氧化层金属内部，破坏金属的钝态。同时，氯离子具有很小的水合能，容易被吸附在金属表面，取代保护金属的氧化层中的氧，使金属受到破坏。

除了氯离子外，盐雾腐蚀机理还受溶解于盐溶液里（实际上是溶解在试件表面的盐液膜）氧的影响。氧能够引起金属表面的去极化过程，加速阳极金属溶解，由于盐雾试验过程中持续喷雾，不断沉降在试件表面上的盐液膜使含氧量始终保持在接近饱和状态。腐蚀产物的形成，使渗入金属缺陷里的盐溶液体积膨胀，因此增加了金属的内部应力，引起了应力腐蚀，导致保护层鼓起。

另外，不锈钢制零件的腐蚀机理也是如此，在海洋性气候环境下，化学腐蚀和微电池腐蚀是不锈钢腐蚀的主要形式，不锈钢表面的钝化膜可以保护内部材料，在内陆环境下，钝化膜受损也可在空气中愈合和再生，起到防腐蚀作用。在盐雾气候环境下，氯离子本身不能穿透这层氧化膜，当钝化膜受损时，空气中的氧气和氯离子同时进入金属裸露面，氯离子浓度越大，正极合金元素溶解速度越快。当铁原子的溶解速度不足于完全消耗电解液中的渗透氧气时，不锈钢表面仍能形成致密的防护层，表现出一定的防锈性能;当铁原子的溶解速度大于一定速度时，就可以完全消耗电解液中的渗透氧气，生成Fe3O4，发生腐蚀。

4    后续采取措施及验证

4.1    采取措施

如表3所示，在环境鉴定盐雾试验的机电作动器所用的平垫圈8×14×1、标准不锈钢垫圈D8和螺栓M8×36处外露部分涂覆聚氨酯清漆TS01-3（津Q/HG 4946—95），其余零部件涂抹润滑脂用于保护零件表面，隔离盐雾环境。

4.2    措施验证情况

为验证采取措施有效性，在中航工业301所开展机电作动器定型阶段环境鉴定盐雾补充试验。试验结束后，经试验单位确认，采取措施后，盐雾试验通过。

5    结语

机电作动器盐雾鉴定试验后部分零件表面腐蚀原因包括：碳钢和铍青铜制零部件抗盐雾腐蚀能力不足，防护措施不到位;不锈钢制零件则是因使用过程中钝化层损坏，导致在盐雾试验时发生电化学腐蚀。因此，在后续使用过程中，在丝杠、锁紧螺母、关节轴承和轴套部位涂抹润滑脂，可以使材料与盐雾环境有效隔离。

[参考文献]

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[3] 美国腐蚀工程师协会.腐蚀与防护技术基础[M].北京：轻工业出版社，1987.

[4] 张冰，周丽君.针对盐雾试验不满意结果纠正措施的研究方法[J].环境技术，2018（2）：45-49.

收稿日期：2020-03-02

作者简介：于丹（1987—），女，陕西渭南人，硕士，工程师，研究方向：中大功率机电伺服系统。