腐蝕問題可能會吃掉你的飛機
腐蝕是一個永無止境的挑戰(zhàn)，對于所有航空公司來說，它會削弱結(jié)構(gòu)并加速金屬疲勞。如果不加以維護和預(yù)防，它可能在短短幾年時間內(nèi)使飛機失航。在沿海環(huán)境下飛行的軍用飛機特別容易受到腐蝕的影響，尤其像艦載戰(zhàn)機，在航母上起降壓力本身就很大，因此其面對的腐蝕挑戰(zhàn)超乎想象。
一. 腐蝕的原理
用簡單的術(shù)語來說，腐蝕是在金屬的固有特性開始下降時發(fā)生的。對于所有金屬來說，包括緊固件中使用的金屬，都具有電勢，而且因為金屬的不同，而具有不同的電勢。因此，當兩種不同金屬與作為電解質(zhì)的水相互作用時，會形成一種原電池，也就是說電流開始在兩種金屬之間流動，這種低能量的電化學(xué)流開始降解其中的一種金屬，具體來說，被降解的是具有較高電勢的金屬。
具有較高電勢的金屬稱為“陽極”，該陽極金屬的原子將電子損失給陰極，即較低電勢的金屬。伴隨著這種電子的轉(zhuǎn)移，在陽極金屬上會逐漸產(chǎn)生鐵銹，就是我們常常說到的“銹蝕”。
當兩種金屬在電位譜上的距離越遠時，就是說他們之間的電位差越高，因此越容易發(fā)生這種電化學(xué)腐蝕。如果緊固件由高電位金屬制成并安裝在低電位金屬中，則腐蝕的可能性很高，必須要進行必要的防護處理。
來總結(jié)一下發(fā)生電化學(xué)腐蝕必須存在的四個條件：
存在陽極或會發(fā)生腐蝕的金屬；
存在不易腐蝕的陰極金屬（不同導(dǎo)電材料）；
存在電解質(zhì)或?qū)щ娨后w
陽極和陰極之間的電接觸，通常通過金屬與金屬的接觸或通過緊固件進行。
消除以上條件中的任何一個都會停止腐蝕的發(fā)生。比如在金屬表面進行漆膜處理，又比如不銹鋼產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物與腐蝕的金屬緊密結(jié)合，形成不可見的氧化物或鈍化膜，從而阻止腐蝕的進一步發(fā)生等等。
對于金屬零件的腐蝕來說，基本上都是從金屬表面開始的，因此經(jīng)常檢查油漆表面是否有不規(guī)則現(xiàn)象，如起泡、剝落、碎屑以及結(jié)塊等，是飛機維修中的主要任務(wù)之一。
二. 腐蝕的影響因素
除了以上四點必不可少的條件以外，影響金屬腐蝕和腐蝕速度的因素還有很多，簡單地可以概括為以下幾點：
金屬類型；
陽極和陰極金屬的表面積；
應(yīng)用溫度；
氧氣供應(yīng)；
腐蝕金屬上的機械應(yīng)力；
暴露于腐蝕性環(huán)境的時間。
航空應(yīng)用中，尤其是發(fā)動機應(yīng)用中有很多高溫環(huán)境，急劇升高的環(huán)境溫度會加速化學(xué)反應(yīng)速率和飽和空氣中的水分含量來加速腐蝕。此外，有些腐蝕從零件的加工過程中就已經(jīng)開始，機械加工、成型處理以及熱處理等流程可能會在飛機零件上留下應(yīng)力。當超過應(yīng)力腐蝕的閾值時，這種殘余應(yīng)力會在腐蝕環(huán)境中導(dǎo)致零件破裂失效。
三. 常見的腐蝕類型
均勻蝕刻腐蝕
這類腐蝕是由對金屬表面的直接化學(xué)侵蝕導(dǎo)致的，并且僅涉及金屬表面。在拋光的表面上，這種腐蝕可能首先表現(xiàn)為表面變鈍。如果繼續(xù)腐蝕，表面會變得粗糙，從外觀上看，像是結(jié)霜一般。但是，請注意暴露于高溫下所產(chǎn)生的金屬變色或表面變鈍并屬于這類腐蝕。
點蝕
這類腐蝕對鎂和鋁合金的影響最普遍，但在其它金屬合金中也可能發(fā)生。首先，它是白色或灰色粉末狀沉積物，類似于灰塵，會弄臟表面。清除沉積物后，可以看到表面上存在小坑或小孔。當少量的且活潑的陽極金屬與大量的且不活潑的陰極金屬配合時，很容易導(dǎo)致嚴重的點蝕。非常有意思的是，我們常常利用這個原理來進行金屬的鈍化處理。
電位腐蝕
當兩種不同的金屬，在電解質(zhì)存在的條件下發(fā)生電接觸，就會發(fā)生這種腐蝕。腐蝕速率取決于兩種金屬之間的活性差異。比如鋁制的機翼面板與不銹鋼材質(zhì)的加強板鉚接在一起時，如果存在水分，則容易形成電偶。
縫隙腐蝕
即腐蝕發(fā)生在金屬與金屬的接合處，這些位置恰恰通常是金屬緊固件的位置。
晶間腐蝕
這種腐蝕會侵蝕金屬的晶界。每一個原子都有一個明確定義的邊界，當與電解質(zhì)接觸時，晶界與晶粒中心可以作為陽極和陰極彼此反應(yīng)，在晶界處發(fā)生快速的腐蝕并向內(nèi)部擴展。未進行正確熱處理且又暴露在腐蝕環(huán)境中的高強度合金，比如7075鋁合金，非常容易發(fā)生此類晶間腐蝕。
剝落腐蝕
剝落腐蝕是晶間腐蝕的高級階段，金屬的表面晶粒通過在晶界出現(xiàn)的腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生的膨脹力作用造成剝離。這類腐蝕發(fā)生在擠壓、軋制、鍛造的高強度鋁和鎂零件上。
絲狀腐蝕
當大氣相對濕度在80%-90%之間且金屬表面呈弱酸性時，會發(fā)生絲狀腐蝕。腐蝕從涂層系統(tǒng)的斷裂處開始，并由于水蒸氣和空氣中的氧氣通過涂層的擴散而在涂層下方移動。絲狀腐蝕會腐蝕鋼和鋁表面，如果不及時處理，會導(dǎo)致晶間腐蝕，特別是在緊固件周圍和接縫處。
應(yīng)力腐蝕開裂
由應(yīng)力這一機械因素與腐蝕共同作用引起的金屬晶間開裂。如果金屬在冷加工期間，存在不均勻的變形，或者是由高溫造成的不均勻冷卻，這些都會引起金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)重新布置，因此就會產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。緊固件在安裝過程中也可能會產(chǎn)生這種內(nèi)應(yīng)力，比如襯套的壓入變形、在干涉配合下安裝螺栓等。
通過施加特殊的保護涂層，使用應(yīng)力消除熱處理等工藝，可以有效減少應(yīng)力腐蝕。比如對金屬表面進行噴丸處理會在金屬表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，這將有助于減少應(yīng)力腐蝕開裂問題。
微動腐蝕
氫脆
原子氫由于體積小、質(zhì)量輕，在大多數(shù)金屬中具有很高的擴散性，并且容易穿透大多數(shù)干凈的金屬表面，并迅速遷移到可能保留在溶液中的有利位置，以分子氫形式沉淀，形成小的加壓空腔、裂紋或大氣泡；也可能與基體金屬或合金元素形成氫化物。
高強度合金中氫的積累通常會導(dǎo)致開裂，這種開裂通常發(fā)生在施加載荷后或暴露于氫源后數(shù)小時甚至數(shù)天的靜載荷組件中。因此氫脆可以被稱為氫應(yīng)力裂化、氫延遲劣化或氫誘導(dǎo)劣化。
因為氫原子是許多電化學(xué)反應(yīng)的陰極產(chǎn)物，因此在加工過程中必須使用良好的控制條件，以最大程度減少酸洗或電鍍等過程中產(chǎn)生的氫。
四. 對腐蝕的控制
目前控制腐蝕的方法有很多，比如在結(jié)構(gòu)上選擇適合的材料、使用排水以及使用密封劑來抵抗腐蝕，這些都是基于引起腐蝕的原因以及對飛機結(jié)構(gòu)中發(fā)生腐蝕的類型的了解。
對于腐蝕的防護，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計階段就應(yīng)該對材料的選擇進行適當?shù)目紤]，當然也包括表面處理的選擇、排水及密封劑的應(yīng)用。
選擇適合的材料對于長期的腐蝕控制至關(guān)重要。不同金屬之間的腐蝕速率不僅取決于環(huán)境和電位差，還取決于金屬的各自含量。例如，在任何特定的接頭設(shè)計中，不利的情況都是具有大面積的惰性金屬和小面積的活性金屬。如果存在這種情況，較小的活性金屬可能會加速腐蝕。使用緊固件，尤其是螺栓、鉚釘時，一定要格外注意這一點，因為相對于被連接的母板金屬而言，緊固件的面積相對較小。