发动机短舱结构腐蚀防护研究

孟要伟 王娆

摘要：本文针对飞机发动机短舱结构的腐蚀，主要从设计角度讨论腐蚀及其控制问题，介绍了腐蚀的形式及原因，结构设计中的防腐蚀设计，以及对腐蚀部位的维护及修理。

关键词：发动机短舱;腐蚀;腐蚀防护

中图分类号：V263.5                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2020）21-0124-02

0  引言

在飞机外场使用中，裂纹和腐蚀是结构两大主要故障现象。裂纹往往与腐蚀有关，并随着腐蚀的加剧而加剧。所以腐蚀是造成结构损坏的一个重要的原因。随着现役飞机使用年限的增加，飞机曝露在日晒雨淋的使用环境或海洋大气条件下受到潮湿、盐雾、霉菌及工业废气的侵袭，腐蚀的问题日益突出。发动机短舱在外场使用过程中，前段整流罩侧门、短舱上盖、防火板、紧固件等多处出现腐蚀问题，本文结合发动机短舱的腐蚀现象对飞机的腐蚀防护进行研究。

1  腐蚀形式及原因

该发动机短舱采用非气密性设计，受外部环境和使用工况限制，可能会受到高温、湿气、振动、交变载荷、油污等影响从而产生腐蚀。

1.1 内部高温环境下的腐蚀  发动机热影响区，高温、湿气对结构件的腐蚀，短舱前段整流罩侧门、短舱上盖、防火板等均有腐蚀现象发生。其中，短舱前段整流罩侧门内表面防火涂料脱落、起层、鼓包现象比较严重，有些地方呈粉末状，部分区域防火涂料脱落露出底漆。涂层最先出现起泡和开裂，涂层剥落后，金属基体表面可观察到点蚀坑，随着腐蚀时间的增加，点蚀向晶间腐蚀发展，最后出现剥蚀。

1.2 外部环境腐蚀  短舱为非密封设计，外部雨水、湿气可通过对缝、通风口、检查口和未加密封的紧固件孔等侵入。进入结构内部形成积液，聚集在零件表面。内部结构多采用铆接、螺接的方法连接，结构内部金属与金属、或金属与非金属之间存在缝隙，并使这些积液处于滞留状态，从而引起缝隙内金属的腐蚀。

1.3 积液、油污等对结构件的腐蚀  因发动机及其附件的日常维护，短舱结构内部可能存在积液、油污等问题，长时间积液、油污的浸泡会影响密封剂与基体的结合力，引起紧固件端头密封剂的脱落，使油污等杂质聚集在紧固件周围，产生缝隙腐蚀。油污中的金属碎屑以及其他腐蚀介质会对机体表面防护层划伤破坏，不仅会加重局部环境的腐蚀，还可能与结构基体金属材料之间产生电化学腐蚀。

1.4 应力腐蚀  腐蚀开裂是结构件既受循环载荷，又受环境腐蚀的一种机械破坏，腐蚀开裂大多会首先出现在紧固件周围，紧固件是飞机疲劳的薄弱部位，也是腐蚀疲劳薄弱的部位。飞机在使用中受到交变载荷的作用，使紧固件与孔之间产生相对运动而导致磨损，当蒙皮保护层与紧固件的孔表面受到破坏时，极易产生腐蚀。腐蚀与交变载荷共同作用，极易引起紧固件与孔表面的粘着撕裂，加速腐蚀疲劳的进程，造成蒙皮的破裂损伤。如右短舱后段蒙皮裂纹，多数裂纹的产生都是从紧固件周边产生并扩展。短艙后段壁板铆钉松动掉钉、短舱尾罩蒙皮裂纹等。

1.5 接触腐蚀  不同材质零件接触，极易造成接触腐蚀。这类腐蚀多见于紧固件周边，螺栓头锈蚀，紧固件周边表处层脱落造成腐蚀加剧。

2  防腐蚀设计

针对发动机短舱的特点，结构设计时，应采取相应措施。

2.1 内部特殊环境选材  钛合金耐腐蚀性能好，不锈钢一般含铬18%以上，具有良好的耐腐蚀性，一般不会发生局部腐蚀。短舱中段壁板有发动机尾喷管出口，尾喷管下凹蒙皮，尾罩侧壁APU排气管出口，均为高温区，选用钛合金和不锈钢。高温区选材一定要注意高温对材料性能的应影响，如钛，常温下活性很小，但随着温度的提升，其活性迅速增加，可与许多材料发生剧烈反应，应注意材料的选择或有针对性采取加强措施，防止其他腐蚀的发生。

2.2 结构密封  蒙皮搭接应按顺气流方向，由前搭后、由上搭下，在搭接宽度的贴合面间涂有高粘结力密封剂密封铆接;在蒙皮边角处进行填角密封及铆钉墩头涂稀的密封剂密封防护。在结构设计时应尽量减少缝隙，不可避免时采用密封剂密封。螺栓头和螺母采用密封剂密封，以防水或腐蚀介质渗入孔隙内;结构设计要防止水漏入或进入任何系统的内部;舱门、口盖周边与口框结合面应采用耐蚀橡胶件、管、带等进行密封。

2.3 积液、油污等的腐蚀防护  针对积液、油污等，应采取恰当的排液、通风措施，使零件表面保持干燥，降低腐蚀影响。雨后或清洗飞机后，应及时打开舱门、口盖进行通风，驱散飞机内部的潮湿空气，促进结构部件上粘附水分的蒸发，减少环境中的腐蚀成分。在结构底部最低处钻制排水水孔，并定期地检查排水孔、排水装置是否畅通，排水阀门工作是否正常。

2.4 应力腐蚀防护  腐蚀开裂是腐蚀介质环境与交变应力共同作用的结果。应正确选材，避免构成应力腐蚀体系，减轻应力腐蚀的敏感性;合理设计，改进制造工艺，尽量减小应力集中效应;改善环境介质，消除或减少介质中促进应力腐蚀的有害物质。

2.5 接触腐蚀防护  发动机短舱舱内部结构选用高温密封剂及表面防护涂层，在钛合金、不锈钢、铝制零件之间，为避免不同金属间的接触腐蚀，在接触面间涂耐高温腻子，在紧固件周边及端头选用高温密封剂。当不同金属必须接触时，应采取防护措施，防止不同金属之间的接触腐蚀，如采用鍍覆层、插入绝缘材料或采用缓蚀材料。选用紧固件要注意与被连接材料电化学性相容，连接件的电位应稍高于被连接材料的电位。镀镉的紧固件不允许与钛合金相连接，镀镉和镀铝的紧固件不能与碳纤维复合材料相连。

2.6 合理的结构和零件外形  零件表面应平整光滑致密，不易积聚灰尘、杂物和潮气等腐蚀介质。结构各组成部分的形状应不使湿气凝结和存留，要尽量消除能存留湿气的间隙，并且能够便于查看和维护。避免使用闭剖面零件，零件的形状应尽可能设计成平直的或向上凸的，避免使用向下凹形零件，以免污染物和腐蚀介质积存。

2.7 表面防护  根据结构件材料的特性、热处理、使用条件和部位，结构形式和公差配合等因素，选择正确表面防护方式。铝合金零件镀覆层一般采用硫酸阳极化、化学氧化，对于有疲劳性能要求的铝合金制件采用化学氧化;需要胶接的零件应进行磷酸阳极氧化;铝合金零件与其它金属接触时，应先进行阳极化处理或在接触处涂漆;搭接、点焊、螺栓连接、铆接或压装配合的组件不宜进行硫酸阳极氧化。

2.8 受力构件的设计  应当全面考虑材料、应力水平、环境和使用寿命要求之间的关系，受力构件设计时要注意应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳产生的可能，即使在交变应力较小的部位，也应尽量避免受力结构的应力分布不均匀性，并评定在腐蚀环境下的腐蚀疲劳特性。受力件应对加工、热处理、表面处理等作出详细规定。易腐蚀的部位的受力构件應设计的便于观察、检查、清洗、维修和更换。

2.9 紧固件腐蚀防护  应选用既经济又能抗腐蚀介质作用（或有保护作用）的材料制造紧固件，当紧固件与被连接件用不同类金属制成且电位相差较大时，应完全绝缘隔离，或者至少要将其中和紧固件金属不相容的金属隔离;在设计隔离方法时，应考虑紧固件是否需拆卸，不可拆卸紧固件可用密封剂湿装配，对于可拆卸紧固件，装在机体外部的非铝紧固件的埋头部分应涂低粘性密封剂;处于恶劣环境中的不可拆卸紧固件外露部分应采用密封剂密封，穿透外表面的快卸紧固件和可卸紧固件的设计和安装应提供密封措施，以防止湿气或液体入浸。

3  腐蚀维护

飞机结构在使用过程中受到环境和载荷的作用，结构防腐性能退化，导致结构腐蚀。因此，必须对飞机开展防腐蚀维护工作，以减缓腐蚀的速度，避免腐蚀现象日益严重。

3.1 定期清洗  飞机进行定期清洗，表面的灰尘要及时清除，防止灰尘长时间聚集，产生腐蚀介质，会加重局部的腐蚀，从而破坏整个机体结构及表面防化层，因此，必须定期清洗飞机表面，清除污物，保持飞机表面的清洁。

3.2 要做好防湿防潮工作  在机场停放的飞机，容易受外部环境影响，空气当中的雨水、潮湿的空气、滴露、盐雾等诸多因素的存在成为了机体结构发生电化学腐蚀的外在条件，在一些季度复杂的气候下，腐蚀损坏的情况更为严重。因此在外场腐蚀防护中要特别注意飞机的通风、防潮、和排水工作。

3.3 对易腐蚀部位勤检查  尽可能改善飞机的局部腐蚀环境，保护防腐涂层完整有效，防止潮气水分或其它物质与机体结构长期接触，以防止腐蚀加剧，造成严重损失。对易腐蚀的部位勤检查，如果发现腐蚀现象，应及时进行腐蚀修理或更换。

4  腐蚀修理

飞机在外厂出现局部腐蚀后，可采取以下措施加以控制和修护：

4.1 腐蚀区域的清洁处理  发现腐蚀后，应采用汽油等溶剂类清洁剂清除腐蚀区域的污染物。如果底漆分层、剥落、软化或出现腐蚀，则必须刷涂脱漆剂对腐蚀部位进行清理打磨进行脱漆处理，去除腐蚀产物，使基体表面无杂物等影响涂层附着力的物质。

4.2 腐蚀区域损伤状况评估  外场检查中可采用放大镜、直尺、深度千分尺等目视检测方法对腐蚀区域损伤状况进行观察和评估。确定腐蚀程度、是否存在裂纹以及是否彻底消除裂纹，采用涡流、超声波、磁粉、渗透等对腐蚀区域的损伤状况进行检测和评估。腐蚀深度在修理手册允许损伤范围以内，允许不加强，不换件;查看飞机的腐蚀状况后，根据腐蚀的特征，分析腐蚀原因，并结合结构设计研究改进的方式。

4.3 腐蚀部位的处理  用机械法或化学法去除腐蚀产物，机械法通常适用于中等到严重腐蚀损伤，特别是大厚度的蒙皮或横截面积比较大的受损部位。打磨、除锈，出现腐蚀开裂的部位应合理制定修补加强方案。

4.4 恢复原有表面涂镀层  在完成上述处理步骤之后，对打磨处理的部位进行防腐蚀控制，铝合金零件采用在修理部位涂阿洛丁氧化液保护，再涂环氧锌黄底漆和面漆。必要时在腐蚀缺损部位涂密封胶填充，重新喷涂底漆和面漆，以恢复其原有表面处理层。

4.5 加强润滑  润滑油脂能有效地防止或减缓功能接头和摩擦表面等活动部位的腐蚀。在外场腐蚀防护中，要定期检查活动接头、摩擦表面、轴承和操纵钢索等的润滑油脂是否充分。特别是冲洗清洁后，要特别注意这些部位的再润滑问题。

5  结束语

飞机结构的腐蚀与防护是一个系统工程，贯穿设计、制造、使用和维护的全过程，需要设计、制造、使用、维护等部门密切配合、通力合作。根据结构设计和选材需求，进行新材料、新工艺研制，提高表面防护技术水平，与制造部门、飞机使用和维护部门共同研究，使飞机能适应不同环境的需要，提高整机的环境适应性和防腐蚀能力，是实现飞机长寿命、高可靠性、低维修成本的重要保证。

参考文献：

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