楊英炎，趙 勇

（1.海軍裝備部，北京100841；2.海軍航空工程學院研究生管理大隊，山東煙臺264001）

發(fā)動機清洗作為防止發(fā)動機腐蝕、恢復發(fā)動機動力性能的一種有效維護手段，它主要包括5 個方面的技術內容：即專用清洗劑、清洗設備、清洗實施規(guī)范、清洗效果評定以及清洗時機的確定[1-3]。其中清洗時機的研究對及時防止發(fā)動機腐蝕、節(jié)省維護成本等十分重要。某發(fā)動機作為艦載機的動力裝置，由于其使用環(huán)境的特殊性以及受艦面保障資源的約束，若仍是照搬陸基發(fā)動機的模式進行發(fā)動機清洗，顯然已無法滿足部隊對某發(fā)動機可靠性、可維護性以及戰(zhàn)斗力生成等方面的要求。因此，開展某發(fā)動機艦面清洗的時機研究，優(yōu)化以往發(fā)動機“欠清洗”、“過清洗”的維護方式、降低維護成本，具有重要意義。

綜觀國外發(fā)動機使用狀況，發(fā)動機維護基本上都規(guī)定了發(fā)動機定期、不定期的清洗要求，對于發(fā)動機清洗時機的研究也較成熟[4-8]。

國外對發(fā)動機清洗時機的研究主要從不同清洗間隔的清洗效果評估與清洗經濟性2個方面來確定最優(yōu)的清洗時機，較少考慮發(fā)動機腐蝕規(guī)律對確定發(fā)動機清洗時機的影響[9-12]。

國內已開始了關于發(fā)動機清洗設備及規(guī)范的研究[1]，但目前對發(fā)動機清洗時機進行研究的文獻很少，研究成果主要集中在壓氣機葉片積垢機理以及葉片積垢對其性能的影響等方面[13-15]。

為及時防止發(fā)動機典型部件腐蝕加劇，本文嘗試了一種基于環(huán)境試驗的某發(fā)動機清洗時機方法。首先，通過海洋大氣暴露試驗，模擬某發(fā)動機在北方某海域服役時的腐蝕規(guī)律，從發(fā)動機典型部件的鹽沉積量以及點蝕2 個方面對其艦面清洗時機進行初步研究；然后，通過對比分析南方某海域與北方某海域的環(huán)境差異，綜合給出了某發(fā)動機在不同海域服役時艦面清洗時機的建議。

1 海洋大氣暴露試驗

某發(fā)動機作為艦載機的動力裝置，大部分時間都是停放在甲板上。而進行飛行任務時，由于在高空，海洋環(huán)境對其部件的影響可忽略。因此，利用部件材料的海洋大氣暴露試驗來模擬其實際服役環(huán)境是可行的。

本文以某發(fā)動機風扇轉子葉片材料A、高壓壓氣機轉子葉片材料B為試驗對象，在北方某海域環(huán)境下進行材料A、B的大氣暴露試驗，得到2種材料在該海洋環(huán)境下的變化規(guī)律。試驗時間為腐蝕環(huán)境嚴酷的8月、9月、10月，歷時3 個月。為選擇嚴酷的海洋大氣條件，試樣放置在海岸線，高程3.5～4.0 m（靠近飛濺區(qū)），且設有遮雨棚，避免雨水對試樣表面的沖刷。

1.1 試驗件設計

依據某發(fā)動機的實際使用情況，海洋環(huán)境腐蝕試驗的時間安排為：20 d、30 d、40 d、60 d、90 d 共5 個等級，每個等級下的腐蝕試驗采用4個試驗件，即每種試驗件的數量為20個。

為了能夠進行電化腐蝕試驗結果分析，試件外形尺寸為40 mm×10 mm×（2～5）mm，其表面經與實際葉片相同的處理。

試驗件的特征參數如表1所示。

表1 試驗件特征參數Tab.1 Characteristic parameters of the testing samples

1.2 試驗方法及要求

首先，試驗件在試驗前用浸有甲苯的脫脂紗布擦干凈，再用異丙醇擦，熱風吹干，在干燥器（相對濕度小于50%）中冷卻，時間不小于12 h。然后稱重，精確到0.1 mg。暴露1 d、2 d、5 d，觀測試驗件外觀，以后每5 d觀測一次試驗件外觀。外觀檢查包括：腐蝕產物顏色、厚度；腐蝕產物分布狀況（非均勻、均勻、局部等），并記錄出現初銹的時間或出現第1個銹點的時間。暴露周期畢，取下試驗件，再將試驗件的沉積鹽溶解之后，用1:20 的鹽酸溶液將試驗件浸泡10 min，取出試驗件后，用自來水沖洗，酒精浸洗，吹干后放在干燥器中24 h再稱重。

腐蝕率計算公式：

式（1）中：R為腐蝕速率；m為鋼板失重量；S為試驗總面積；D為材料密度；T為暴露時間。

觀測腐蝕形貌，確定腐蝕類型，并利用金相顯微鏡測量點蝕深度和點蝕密度。

1.3 試驗結果分析

2種試驗材料在試驗期間的腐蝕結果表明：5 d后這2 種材料表面便覆蓋灰塵雜質，且由于受不到雨淋對表面的沖刷，隨著暴露時間的增長，其表面灰塵雜質越來越多。此外，在整個暴露期間，試驗件均未出現明顯的銹蝕情況，說明這些材料具有較強的耐大氣腐蝕能力。但從宏觀形貌無法判斷這些材料是否生成銹點、生成銹點的時間以及發(fā)展情況。其原因在于：這些材料耐蝕，微銹點用肉眼較難分辨；灰塵雜質覆蓋在試樣表面，影響了對微銹點的觀察。

表2、表3分別給出了2種材料在北方某海洋大氣環(huán)境下暴露20 d、90 d 的腐蝕結果。在整個試驗期間內，試驗件的質量變化不明顯，隨著暴露時間的增加，未發(fā)現明顯規(guī)律，其質量變化可忽略不計。這說明這2 種金屬的耐海洋大氣腐蝕能力較強，僅從腐蝕率指標難以確定這2種金屬的腐蝕情況及其發(fā)展規(guī)律。

表2 2種材料海洋大氣暴露試驗20 d的試驗結果Tab.2 Results of the two testing samples after 20 days of ocean evironmental exposure testing

表3 2種材料海洋大氣暴露試驗90 d的試驗結果Tab.3 Results of the two testing samples after 90 days of ocean evironmental exposure testing

從試驗結果可以看出，這2 種金屬的耐海洋大氣腐蝕能力較好，暴露3個月均不發(fā)生全面腐蝕，腐蝕率約為0。從局部腐蝕情況來看，2種金屬暴露20 d后均發(fā)生了輕微的點蝕，且隨著暴露時間的延長，點蝕深度和點蝕數量均有不同程度的增加，試驗結束后，材料B的最大點蝕深度達40 μm，局部腐蝕不容忽視。

2 某發(fā)動機艦面清洗時機影響因素分析

最優(yōu)艦面清洗時機的確定需要綜合考慮發(fā)動機典型部件材料的實際腐蝕規(guī)律、戰(zhàn)斗任務、艦面保障資源、清洗效果、清洗經濟性以及使用規(guī)律等因素。本文僅從發(fā)動機部件典型材料的腐蝕規(guī)律出發(fā)，初步分析發(fā)動機典型部件鹽沉積量與點蝕這2因素對其清洗時機的影響。

2.1 鹽沉積量對清洗時機的影響分析

發(fā)動機在海洋環(huán)境下服役時，鹽沉積量作為發(fā)動機葉片積垢的主要來源，不僅會改變葉片表面粗糙度與外形，還會加速其腐蝕，影響著葉片的效率與可靠性。在發(fā)動機使用過程中，需要根據葉片積垢的實際規(guī)律對其及時清洗。

2種材料在暴露不同時間的氯離子沉積量見圖1。

圖1 2種材料暴露不同時間的氯離子沉積量Fig.1 Cl-deposition of the two testing samples with different exposure time

隨著暴露時間的延長，氯離子在2 種材料的沉積量的變化規(guī)律基本相同，均呈上升—下降—上升的趨勢。所有金屬在暴露40 d時，其表面氯離子沉積均有不同程度的下降，這可能與大風天氣及氯離子在金屬表面短時間內的附著并不十分牢固有關。而到暴露試驗后期，氯離子在金屬表面附著牢固，沉積量逐漸增加。整個試驗期間，氯離子在2 種材料的最大平均氯離子沉積量為4.43 mg/dm2，氯離子沉積不容忽視。

2 種材料在海洋大氣中暴露20 d 至30 d 的過程中，鹽沉積量快速上升，且暴露30 d時，基本已達到飽和。為了減輕鹽在該發(fā)動機部件上的沉積而導致的腐蝕，應該在鹽沉積量達到飽和前對部件進行清洗。單從鹽沉積量因素分析，該發(fā)動機清洗頻率至少每月1次。

2.2 點蝕對清洗時機的影響分析

發(fā)動機清洗的主要作用之一就是抑制其部件的腐蝕。這對于在海洋環(huán)境下服役的發(fā)動機而言更加明顯。在發(fā)動機使用過程中，需根據其部件在服役海洋環(huán)境下發(fā)生點蝕的臨界時間，確定合理的清洗時機，及時抑制部件腐蝕的發(fā)展。

點蝕測量結果表明，這2 種金屬暴露20 d 后均發(fā)生了不同程度的點蝕，且隨著暴露時間的延長，點蝕深度以及點蝕密度均有增加的趨勢。對材料A而言，在整個暴露期間，最大點蝕深度小于10 μm，每個試樣出現的點蝕坑數量小于10個，說明材料A在海洋大氣環(huán)境下具有很強的耐點蝕能力；需要指出的是在暴露超過30 d 時，試樣表面出現了較大面積的銹斑，可能是材料A表面鈍化膜破壞現象。材料B的局部腐蝕情況要比材料A略重，產生的點蝕坑數量和深度都大于材料A，且隨著暴露時間的延長，其點蝕深度和數量逐漸增加，到暴露90 d 時，每個試樣出現數量超過20個的點蝕坑，最大深度為40 μm。

從局部腐蝕情況來看，2 種金屬暴露20 d 后均發(fā)生了輕微的點蝕，且隨著暴露時間的延長，點蝕深度和點蝕數量均有不同程度的增加。為了抑制點蝕對發(fā)動機部件性能及可靠性的影響，需在部件發(fā)生點蝕前，對發(fā)動機進行清洗。因此，單從該發(fā)動機部件點蝕因素分析，該發(fā)動機清洗頻率至少為每20 d 1次。

3 不同海洋環(huán)境清洗時機分析

基于上述鹽沉積量與點蝕對清洗時機的影響分析，通過對比分析南方某海域與北方某海域的環(huán)境差異，綜合給出了某發(fā)動機在不同海域服役時艦面清洗時機的初步建議。

3.1 不同海洋環(huán)境的對比分析

北方某海域腐蝕試驗場平均最高氣溫在7—9月，平均溫度高于22℃，6月和10月相近，至11月時，溫度下降明顯。試驗場平均濕度最高一般在6—8月，平均濕度超過80%，這表明濕度超過80%的時數在這3 個月也是最多的，10—11月時，平均濕度均有下降，但也超過60%。降雨量則在7—9月明顯高于其他月份。

通過試驗場近5 a 的污染物資料表明，該區(qū)域海洋大氣的主要污染物為二氧化硫和氯離子，其中，二氧化硫平均沉積量為43.8 mg/dm2，氯離子平均沉積量為21.9 mg/dm2。從污染物的月均數據資料可以看出，二氧化硫平均沉積量在冬季較高，可能與燃煤有關，其他季節(jié)的沉積速率較低；不同月份氯離子平均沉積量有所不同，但無明顯規(guī)律。

南方某海域試驗場全年平均氣溫高，尤其5—9月，平均氣溫超過27℃；平均濕度一年當中相差不大，平均濕度大多超過80%，這也表明濕度超過80%的時數很長；日照時數和降雨量一般在4—9月，較其他月份長；風向則主要表現東南或西南風向，風速不高，有利于海鹽粒子在金屬表面的沉積。通過試驗場近5 a的污染物資料表明，該區(qū)域主要污染物為氯離子，二氧化硫平均沉積量僅為8.3 mg/dm2，遠小于北方某海域，而氯離子平均沉積量為60.0 mg/dm2，明顯高于北方某海域。從污染物的月均數據資料可以看出，氯離子沉積速率在不同月份的沉積速率變化無明顯規(guī)律，全年均較高。

通過北方某海域與南方某海域海洋環(huán)境的對比分析，可推斷：

北方某海域7—9月是高濕熱環(huán)境，氯離子平均沉積量較高，可能會對鈍性金屬產生腐蝕，對于鈍化膜薄弱的金屬腐蝕可能較為嚴重。金屬試樣在該區(qū)域7—9月的腐蝕速度應遠高于其他月份。

南方某海域全年屬于高濕熱環(huán)境，氯離子平均沉積量較高，金屬試樣在該區(qū)域環(huán)境下全年的腐蝕速率均很高，尤其是從5—9月，典型的高溫高濕環(huán)境，使之極易發(fā)生電化學腐蝕，且腐蝕速率高；海鹽粒子及固體顆粒也十分容易沉積于金屬表面，加速金屬的腐蝕。

3.2 不同海洋環(huán)境清洗時機初步建議

通過對比分析北方某海域與南方某海域的氣象及環(huán)境特征，基于鹽沉積量與點蝕對清洗時機的影響分析，初步給出該2海域環(huán)境下某發(fā)動機的清洗時機：

1）北方某海域7—9月是高濕熱環(huán)境，氯離子平均沉積量較高，清洗頻率不應低于每20 d 1次。

2）北方某海域其他月份環(huán)境相對緩和，清洗頻率可適當減少，但由于氯離子平均沉積量無明顯變化，清洗頻率也不能低于每月1次。

3）南方某海域5—9月的大氣環(huán)境與北方某海域7—9月相似，但其氯離子平均沉積量明顯高于北方某海域，其清洗頻率應高于北方某海域環(huán)境下的清洗頻率。

4）南方某海域其他月份環(huán)境相對緩和，但其氯離子平均沉積量全年比較高，其清洗頻率可參考7—9月的北方某海域。

4 結論

為了解某發(fā)動機在其服役海域的腐蝕規(guī)律，進而為確定其清洗時機提供依據，本文提出了一種基于模擬試驗的發(fā)動機艦面清洗時機研究方法。得到如下結論：

1）某發(fā)動機典型部件材料在北方某海域海洋大氣中暴露20~30 d的過程中，鹽沉積量快速上升，且暴露30 d 時，基本已達到飽和；暴露20 d 后，2 種典型部件材料均發(fā)生了輕微的點蝕，且隨著暴露時間的延長，點蝕深度和點蝕數量均有不同程度的增加。

2）北方某海域7—9月是高濕熱環(huán)境，氯離子平均沉積量較高，清洗頻率應不低于每20 d 1次；其他月份環(huán)境相對緩和，清洗頻率可適當減少，但由于氯離子平均沉積量無明顯變化，清洗頻率也不能低于每月1次。

3）南方某海域5—9月的大氣環(huán)境與北方某海域7—9月相似，但其氯離子平均沉積量明顯高于北方某海域，其清洗頻率應高于北方某海域環(huán)境下的清洗頻率；其他月份環(huán)境相對緩和，但其氯離子平均沉積量全年比較高，其清洗頻率可參考7—9月的北方某海域。

本文僅從發(fā)動機部件典型材料的大氣暴露腐蝕規(guī)律角度出發(fā)，初步分析發(fā)動機典型部件鹽沉積量與點蝕這2方面對其清洗時機的影響。發(fā)動機實際服役情況下部件典型材料的腐蝕規(guī)律會與其大氣暴露試驗的結果有一定的偏差。因此，最終的艦面清洗時機確定還需綜合考慮發(fā)動機實際服役環(huán)境、戰(zhàn)斗任務、艦面保障資源、清洗效果、清洗經濟性等其他因素。

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