飛機結構局部腐蝕（上）飛機結構腐蝕與防護引入與全面腐蝕相比，局部腐蝕的危害性更大，可能導致結構穿孔破壞或承載能力大幅下降。局部腐蝕導致的失效事故通常是突發(fā)性的，難以預測和控制，因此在實際工程中，局部腐蝕導致的事故比全面腐蝕多得多。調查顯示，全面腐蝕僅占約20%，而局部腐蝕破壞占約80%，其中點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞最為突出。因此，人們更加關注局部腐蝕的相關技術研究。/CONTENTS目錄點腐蝕01縫隙腐蝕02絲狀腐蝕03點腐蝕PART01一、點腐蝕點腐蝕概念金屬材料在特定的環(huán)境介質中，其大部分表面能夠維持良好的狀態(tài)，腐蝕現(xiàn)象并不明顯或程度較輕。然而，在某些局部區(qū)域，特別是微小的點或區(qū)域內，可能會出現(xiàn)小坑或麻點。隨著時間的推移，這些小坑會逐漸向內部縱深發(fā)展，最終演變成小孔狀的腐蝕坑。這種現(xiàn)象被稱為孔蝕或點蝕，其具體的孔蝕原理如圖所展示。一、點腐蝕點腐蝕特征孔蝕是破壞性和隱患較大的腐蝕形態(tài)之一，在失重很小的情況下，就會導致結構失效?？孜g形成的小孔形狀各種各樣。如圖所示。分布在金屬表面。有的比較分散，有比較集中，形成一些麻坑；有的腐蝕坑被腐蝕產物覆蓋。有的腐蝕小孔是開口的，表面可以看到點狀白色粉末，點蝕的直徑可大可小。深度可深可淺。分布可孤立可密集，這此與材料、腐蝕介質以及防腐蝕涂層等有關。一、點腐蝕點腐蝕特征局部腐蝕部位(蝕孔)常被腐蝕產物所覆蓋?？讖叫。灰装l(fā)現(xiàn)。容易產生應力集中，在循環(huán)載荷和腐蝕環(huán)境作用下，蝕孔往往成為腐蝕疲勞的裂紋源，導致裂紋提前形成，大大縮短了結構疲勞壽命。一、點腐蝕氯離子等鹵素離子：在負極極化條件下，只要介質中有氯離子，就能引發(fā)金屬孔蝕，氯離子因此被稱為孔蝕的“激化劑”。腐蝕介質溫度：隨著溫度的升高，孔蝕速度加快。金屬表面狀態(tài)：光滑、清潔的金屬表面不易發(fā)生孔蝕，而表面有灰塵或金屬、非金屬雜質的金屬結構則容易發(fā)生孔蝕。影響因素一、點腐蝕控制措施選擇耐腐蝕合金材料，如鋁合金、鈦合金等。鈦合金具有優(yōu)良的抗孔蝕性能。對于不銹鋼材料，適當添加抗孔蝕的合金元素（如Cr、Mo）,可以顯著提高其抗孔蝕性能。改善介質條件。減少CI和Br的含量，降低其腐蝕性。使用有效的緩蝕劑。對于封閉的體系，添加緩蝕劑是防止孔蝕的一種非常有效的方法。對于不銹鋼，可以選用含硫酸鹽、硝酸鹽、鉬酸鹽、鉻酸鹽、磷酸鹽等成分的緩蝕劑。一、點腐蝕控制措施及時清潔飛機結構表面。改善材料的表面狀態(tài)。一般來說，光滑、清潔的表面抗孔蝕能力強。而有灰塵或者雜質覆蓋的表面，容易發(fā)生孔蝕。因此，從腐蝕防護的角度出發(fā)，經(jīng)常對飛機結構表面進行清潔工作是非常必要和有效的?？p隙腐蝕PART02二、縫隙腐蝕概念飛機金屬結構多用鉚接、焊接、螺接等方法連接，在金屬與金屬、金屬與非金屬、金屬與沉積物之間存在縫隙，同時縫隙內的腐蝕介質處于滯留狀態(tài)，從而加劇了縫隙內金的腐蝕，這種現(xiàn)象叫作縫隙腐蝕，其原理如圖所示。在飛機結構中，搭接結構的搭接面、墊片的底面、螺帽或鉚釘頭的縫隙處及鉚接結構的搭接處容易發(fā)生縫隙腐蝕?？p隙寬度一般在0.025～0.1mm,對于寬度大于0.1mm的縫隙，介質難以形成滯留狀態(tài)，也就不易形成縫隙腐蝕。二、縫隙腐蝕特征蒙皮與蒙皮、蒙皮與桁條、翼肋和大梁主要是搭接的，存在一定的縫隙。若密封不嚴，在雨水的作用下腐蝕介質就會進入并滯留在縫隙內，形成電解質液膜。在腐蝕電解質的作用下，縫隙外正極區(qū)主要發(fā)生氧氣的還原反應，即吸氧反應；縫內負極區(qū)金屬Al發(fā)生氧化反應。即溶解反應。由于縫隙外的氧氣充分，能得到補充，氧氣的還原反應一直進行；而由于氧氣只能以擴散的方式由縫隙外向縫隙內轉移，縫隙內氧氣的供應不足，氧氣的還原反應停止，因此縫隙內和縫隙外形成閉塞的濃差電池。由于電池具有“大正極小負極”的特征，因此腐蝕速度比較快。二、縫隙腐蝕縫隙幾何形狀的影響?？p隙的幾何形狀、寬度和深度影響腐蝕介質交換、電勢分布和宏觀電池的有效性?？p隙內外金屬形成腐蝕電池，內金屬為負極，外金屬為正極，加速內金屬的氧化反應，面積比越大，腐蝕越嚴重。環(huán)境因素的影響。縫隙腐蝕受多種環(huán)境因素影響，如溶解O?量、電解質溶液流速、溫度、pH和CI濃度等。氧氣濃度增大、溫度升高、pH減小都會加重縫隙腐蝕材料合金元素的影響。不同金屬對縫隙腐蝕的敏感性不同。例如，不銹鋼中的Rh和Pd是有害元素，而Cr、Ni、Mo、Cu、Si等是提高耐縫隙腐蝕性能的有效元素。影響因素二、縫隙腐蝕控制措施控制或減緩縫隙腐蝕的根本方法是消除縫隙，有效方法是使用緩蝕劑，特別是水置換型緩蝕劑，能排除并阻止水分進入縫隙。具體控制措施包括：用膠接或對接焊代替鉚接或螺桿連接；避免使用吸濕墊片或填料；設計時避免尖縫和滯留區(qū)，便于排除水分和污染物；對有縫隙的結構使用密封劑后，再使用緩蝕劑；使用連續(xù)焊代替點焊，確保焊透，避免氣孔和縫隙。絲狀腐蝕PART03三、絲狀腐蝕概念絲狀腐蝕是縫隙腐蝕的一種特殊形式，在有涂層的鋼、鋅、鋁和鎂等金屬表面可能發(fā)生。金屬表面由于涂層滲透水分和空氣而引起腐蝕，腐蝕產物呈細絲狀纖維網(wǎng)的形狀，這種腐蝕稱為絲狀腐蝕，如圖所示。三、絲狀腐蝕特征在飛機結構的鉚釘頭周圍和沿著蒙皮的搭接縫隙處，首先觀察到絲狀腐蝕。一旦涂層表面破裂，就可以看到絲狀腐蝕產生的腐蝕產物——白色粉末引起的鼓包，如圖所示。三、絲狀腐蝕影響因素影響絲狀腐蝕最主要的因素是大氣相對濕度。當相對濕度高于65%時，才會產生絲狀腐蝕；當相對濕度高于90%時，絲狀腐蝕就會充分發(fā)展，最終導致涂層出現(xiàn)明顯鼓包。如圖所示為鋁合金表面涂層下的絲狀腐蝕。三、絲狀腐蝕降低環(huán)境的相對濕度，如采用密封包裝；及時清洗，去除結構表面的腐蝕介質；合理選擇涂層，采用透水率低的涂層，降低涂層的孔隙率。控制措施/SUMMARY小結環(huán)境因素01氣候環(huán)境因素02化學環(huán)境因素03/THINKING思考請同學們思考有哪些環(huán)境因素會影響飛機結構腐蝕，請以停機坪上飛機腐蝕現(xiàn)象為案例進行分析。飛機結構的局部腐蝕（下）飛機結構腐蝕與防護/CONTENTS目錄晶間腐蝕01剝蝕02電偶腐蝕03晶間腐蝕PART01一、晶間腐蝕晶間腐蝕是金屬材料在特定的腐蝕介質中，沿材料晶界發(fā)生的一種局部腐蝕。這種腐蝕會在金屬表面無任何變化的情況下，使晶粒間失去結合力，金屬強度完全喪失，導致構件發(fā)生突發(fā)性破壞。晶間腐蝕原理如圖所示。概念一、晶間腐蝕特征晶間腐蝕是一種局部腐蝕，常見于不銹鋼、鎳基合金、鋁合金和銅合金。這種腐蝕破壞晶粒間的結合力，顯著降低金屬的強度和塑性。其根本原因是晶界及其附近區(qū)域與晶粒內部存在電化學的不均勻性，這種不均勻性主要由金屬材料的冶煉、焊接、熱處理等過程造成。鋁合金的晶間腐蝕主要由熱處理不當引起，如淬火處理不及時導致晶粒長大和晶界銅化物的形成。晶間腐蝕對飛機結構中的鋁合金構件危害很大，可能導致結構突然斷裂失效。一、晶間腐蝕影響因素腐蝕介質能顯示出晶粒與晶界的電化學不均勻性。易發(fā)生晶間腐蝕的金屬材料有不銹鋼、鋁合金及鎳基合金等。晶界與晶粒內部的物理、化學狀態(tài)和化學成分不同，導致其電化學性質不均勻，如晶界的原子排列較為紊亂，缺陷多，易產生晶界吸附或析出碳化物、硫化物等。組織因素環(huán)境因素一、晶間腐蝕控制措施降低含碳量。對于飛機鋼結構，常采用重熔等方法減少碳含量，如使用超低碳不銹鋼。010203清洗表面。及時清洗結構表面，以去除腐蝕介質。04熱處理措施。焊接奧氏體不銹鋼時，應快速進行并快速冷卻，避免長時間停留在敏化溫度區(qū)。出現(xiàn)晶間腐蝕時，需重新進行固溶處理，包括加熱至1050～1100℃后淬火，以防止再次沉積。穩(wěn)定化處理。加入與碳元素結合力強的合金元素，如Ti鈦和Nb鈮，以穩(wěn)定碳元素，避免貧鉻區(qū)，減少晶間腐蝕傾向。剝蝕PART02二、剝蝕概念剝蝕是晶間腐蝕的一種特殊情況，主要發(fā)生在鍛造、擠壓型材上。鍛造、擠壓型材拉長的晶粒成層形排列，腐蝕從金屬表面開始。進入晶間后，腐蝕沿鍛壓平面的晶界繼續(xù)進行，造成金屬內部產生分層，其腐蝕原理如圖所示。二、剝蝕特征飛機結構鋁合金型材在加工時，晶粒呈扁平細長形排列，導致晶間腐蝕。腐蝕產物體積膨脹，形成晶界內張力，使晶界翹起，金屬表面出現(xiàn)層片狀剝落和局部隆起外貌，這是晶間腐蝕的一種特殊形式。剝蝕不僅影響材料外表面，還會深入基體材料內部，降低材料的機械強度、斷裂韌性和疲勞強度，加速裂紋擴展。鍛壓后的鋁合金，晶粒變成寬長而扁平的形狀，易發(fā)生晶間腐蝕。腐蝕沿平行于表面的平面發(fā)展，破壞晶粒之間的結合力。因腐蝕產物體積大于原金屬，形成張應力，使晶粒翹起，層層腐蝕，形成層狀剝落外觀。二、剝蝕影響因素金屬表面不適當?shù)姆雷o處理；金屬表面防護體系局部失效。二、剝蝕控制措施及時清洗結構表面，去除腐蝕介質。降低含碳量；穩(wěn)定化處理；適當熱處理；01020304電偶腐蝕PART03三、電偶腐蝕概念當兩種或兩種以上具有不同電勢的金屬相互接觸并置于同一電解質溶液中時，會發(fā)生電偶腐蝕現(xiàn)象。電偶腐蝕是一種腐蝕形式，其特點是電勢較低的金屬會受到腐蝕。三、電偶腐蝕飛機結構中，不同材料連接時可能發(fā)生電偶腐蝕。電勢較低的金屬腐蝕快，而電勢較高的金屬腐蝕慢或不受腐蝕。例如，鋁合金壁板裝配有鋼螺釘時，涂層脫落可能引發(fā)電偶腐蝕，導致鋁合金壁板受到嚴重腐蝕。金屬間電勢差越大，發(fā)生電偶腐蝕的可能性越大。碳纖維復合材料與低電勢金屬材料接觸也會形成電偶腐蝕。特征三、電偶腐蝕影響因素010203電偶腐蝕主要受金屬或合金間電勢差值影響。存在電勢差時，電偶腐蝕發(fā)生。電解質導電能力也影響電偶腐蝕速度。電解質導電能力越強，腐蝕速度越快。對于飛機結構，電解質溶液主要包括結構表面含有雜質（如氯化物、硫酸鹽等）的水膜或海水。正負極面積比也影響電偶腐蝕。腐蝕速度與面積比密切相關，面積比越大，負極腐蝕速度越快。三、電偶腐蝕控制措施不同金屬接觸時，必須采取