石志想，何衛(wèi)平

（中國(guó)特種飛行器研究所，湖北 荊門(mén) 448035）

飛機(jī)結(jié)構(gòu)維修費(fèi)用中的95%都與飛機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)部和表面的腐蝕有關(guān)。據(jù)1996年的統(tǒng)計(jì)，美國(guó)民用飛機(jī)行業(yè)與腐蝕有關(guān)的成本費(fèi)用每年高達(dá)22.25億美元。國(guó)內(nèi)某飛機(jī)維修企業(yè)通過(guò)統(tǒng)計(jì)其腐蝕成本發(fā)現(xiàn)，該公司5年來(lái)在B737和B757型飛機(jī)的定期結(jié)構(gòu)腐蝕損傷修理的費(fèi)用達(dá)696.5萬(wàn)美元[1—3]。

在飛機(jī)上使用緩蝕劑是一種成本低、操作方便的減緩或抑制飛機(jī)腐蝕的方法。緩蝕劑又稱(chēng)防腐劑，為石油衍生物和特殊添加劑的混合物，可通過(guò)防止腐蝕介質(zhì)接觸裸露金屬表面，來(lái)保護(hù)飛機(jī)、導(dǎo)彈及其他設(shè)備的金屬零件和部件[4—6]。緩蝕劑不僅可用于飛機(jī)服役過(guò)程中的維護(hù)，也可用于飛機(jī)零部件在制造、儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及飛機(jī)在長(zhǎng)期停放過(guò)程中的防護(hù)。目前，緩蝕劑在國(guó)外飛機(jī)生產(chǎn)、維護(hù)中已得到廣泛應(yīng)用。美、英等國(guó)已將緩蝕劑列為軍機(jī)腐蝕控制維護(hù)技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容[7—8]。

文中選擇了具有工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的5種飛機(jī)用緩蝕劑：TFHS-15，LPS03316，Cor-Ban 35，Corrosion X Aviation和WD 40，選擇飛機(jī)常用的不銹鋼材料，通過(guò)GM9540P實(shí)驗(yàn)室加速環(huán)境試驗(yàn)譜，根據(jù)GB/T 1766—2008，按照涂層起泡、開(kāi)裂、剝落、粉化、基體腐蝕和失光等6項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)件表面試件損傷/失效程度進(jìn)行評(píng)定，并依據(jù)ASTM D1654-05對(duì)緩蝕劑的等級(jí)進(jìn)行評(píng)定[9—10]。評(píng)定得出TFHS-15和Cor-Ban 35兩種緩蝕劑的施工性和對(duì)試驗(yàn)件表面的防護(hù)性能最好，在軍機(jī)中使用時(shí)可以有效預(yù)防飛機(jī)腐蝕。

1 飛機(jī)用緩蝕劑分類(lèi)

1.1 常規(guī)分類(lèi)

在飛機(jī)維護(hù)中，緩蝕劑可分為水置換型和非水置換型[11—12]。非水置換型緩蝕劑耐久性較好，適用于干燥表面或使用了水置換型緩蝕劑表面的防護(hù)。通過(guò)在材料表面形成較厚的阻擋層達(dá)到長(zhǎng)期腐蝕防護(hù)的目的，對(duì)積水區(qū)或水流經(jīng)結(jié)構(gòu)可提供較好的腐蝕防護(hù)效果。水置換型緩蝕劑在應(yīng)用時(shí)往往具有特定的功能，如潤(rùn)滑等，某些水置換型緩蝕劑也可在電子電氣設(shè)備上應(yīng)用。

水置換型緩蝕劑是應(yīng)用較為普遍的一類(lèi)緩蝕劑，具有良好的滲透性和水置換性，能迅速脫除材料表面和結(jié)構(gòu)縫隙中的水分或其他電解質(zhì)，同時(shí)沉積上一層保護(hù)膜[13]，可有效防止/延緩材料的腐蝕，作用原理如圖1所示。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家普遍使用水置換型緩蝕劑作為海洋環(huán)境中服役飛機(jī)重點(diǎn)腐蝕控制部位的附加防護(hù)材料。

圖1 水置換緩蝕劑作用原理[13]Fig.1 Mechanism of corrosion inhibitors on metal surface

水置換型緩蝕劑分為以下幾種：

1）水置換型滲透潤(rùn)滑緩蝕劑，適用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)中相對(duì)運(yùn)動(dòng)不頻繁的鉸鏈和裝配連接件的清洗、潤(rùn)滑和維護(hù)。

2）濕膜水置換型自降解緩蝕劑，適用于飛機(jī)內(nèi)部、外部結(jié)構(gòu)、滑動(dòng)部位的短期防護(hù)，可自降解，無(wú)需去除即可重新噴涂。

3）濕膜水置換型超薄膜緩蝕劑，適用于航空電子設(shè)備，包括電連接插頭和接觸片的防護(hù)，不影響設(shè)備電性能。

4）長(zhǎng)效干膜水置換型緩蝕劑，用于飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)表面及縫隙處腐蝕預(yù)防、涂層破損處的臨時(shí)防護(hù)等。

1.2 其他分類(lèi)

此外，實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中緩蝕劑的分類(lèi)方法有多種。如可根據(jù)化學(xué)成分的不同分為無(wú)機(jī)緩蝕劑與有機(jī)緩蝕劑兩種；根據(jù)緩蝕劑抗電化學(xué)腐蝕的控制部位不同可分為陽(yáng)極緩蝕劑、陰極緩蝕劑以及混合型緩蝕劑；根據(jù)在保護(hù)構(gòu)件上生成保護(hù)膜的種類(lèi)不同可以分為氧化膜型緩蝕劑、沉積膜型緩蝕劑和吸附膜型緩蝕劑三種[14—15]。

根據(jù)使用周期的長(zhǎng)短不同，還可將緩蝕劑分為長(zhǎng)效和短效兩種。緩蝕劑的使用周期即為其有效期。由于緩蝕劑具有臨時(shí)性，在施加緩蝕劑之前必須確定其有效期，以便做好緩蝕劑去除和再涂覆計(jì)劃，確?？商峁┏掷m(xù)性的腐蝕防護(hù)效果。緩蝕劑有效期的確定一般應(yīng)綜合考慮環(huán)境、產(chǎn)品類(lèi)型及特性、使用區(qū)域等因素。最佳方案是對(duì)所選用緩蝕劑通過(guò)模擬使用環(huán)境試驗(yàn)和使用經(jīng)驗(yàn)，確定其在各種條件下的有效期。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選擇了5種飛機(jī)緩蝕劑，其中，TFHS-15，Cor-Ban 35，LPS03316為長(zhǎng)效重防腐水置換型，Corrosion X Aviation為短效濕膜水置換自降解型，WD 40為短效滲透潤(rùn)滑水置換型。試驗(yàn)分5組進(jìn)行，對(duì)每組試樣施加不同種類(lèi)緩蝕劑后，再進(jìn)行加速環(huán)境腐蝕測(cè)試，測(cè)試完成后分別對(duì)不同組的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。試驗(yàn)中選取常用的飛機(jī)材料為30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼試驗(yàn)件，連接形式為螺接，試驗(yàn)件的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖2 30CrMnSiA的試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)形式Fig.2 Sketch of 30CrMnSiA

2.1 方法

2.1.1 緩蝕劑施工方法

緩蝕劑施工方法包括刷涂、浸涂和噴涂等。刷涂適用于小區(qū)域涂覆，或者防止周?chē)鷧^(qū)域或設(shè)備涂覆緩蝕劑的情況；浸涂適用于小型分解部件的緩蝕劑涂覆，應(yīng)使用材料與緩蝕劑相容的容器進(jìn)行浸涂；噴涂適用于無(wú)限制大面積區(qū)域的涂覆，應(yīng)該根據(jù)材料黏度選擇合適的噴涂設(shè)備。

此外，選用施工方法還應(yīng)考慮材料的黏度。一般情況下，低黏度材料使用噴涂方法；高黏度材料則使用刷涂和浸涂；浸涂適用于所有類(lèi)型的材料。該次試驗(yàn)中TFHS-15，LPS03316采用刷涂工藝，Cor-Ban 35，Corrosion X Aviation和WD 40采用噴涂工藝。

2.1.2 加速使用方法

通過(guò)模擬海洋腐蝕環(huán)境，進(jìn)行緩蝕劑的優(yōu)選試驗(yàn)。試驗(yàn)環(huán)境由鹽霧、濕熱、干燥等3個(gè)環(huán)境模塊循環(huán)進(jìn)行（如圖3所示），每個(gè)模塊的試驗(yàn)時(shí)間為8 h，每一個(gè)循環(huán)為24 h，試驗(yàn)總周期為8天。各試驗(yàn)?zāi)K及參數(shù)：鹽霧試驗(yàn)?zāi)K的測(cè)試箱溫度為（49±2）℃，鹽溶液中氯化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%，NaHCO3為0.25%，pH值為6～9；濕熱環(huán)境模塊的溫度為（49±2）℃，相對(duì)濕度＞95%；干燥環(huán)境模塊的溫度為（55±2）℃。

圖3 GM9540P加速腐蝕環(huán)境譜組成Fig.3 The environment spectra of GM9540P accelerated test

2.1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前按ASTM G1-90充分清洗試驗(yàn)件，除掉油污、塵垢、油脂等污物。清洗后的試驗(yàn)件干燥后放在干燥器內(nèi)短期保存（不應(yīng)造成二次污染），等待試驗(yàn)。試驗(yàn)前，對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行外觀(guān)檢查，不允許有微裂紋等其他初始缺陷/損傷。依次按鹽霧、濕熱、干燥加速試驗(yàn)環(huán)境譜的環(huán)境模塊開(kāi)展試驗(yàn)，試樣應(yīng)固定在支架上，應(yīng)以與垂直方向成15°左右固定，并且相互之間不能接觸，如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)件擺放Fig.4 The layout of samples

測(cè)試時(shí)要求每天重復(fù)試驗(yàn)循環(huán)周期直至達(dá)到所要求的測(cè)試時(shí)間。在測(cè)試過(guò)程中，根據(jù)GB/T 1766—2008，按涂層起泡、開(kāi)裂、剝落、粉化和基體腐蝕和失光等6項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定試件損傷/失效程度，測(cè)試樣件應(yīng)進(jìn)行檢查并在每個(gè)預(yù)定循環(huán)周期結(jié)束時(shí)拍照。8個(gè)試驗(yàn)循環(huán)周期結(jié)束后，根據(jù)ASTM D1654-05檢查和分析試驗(yàn)件，并對(duì)各種緩蝕劑保護(hù)下的試樣腐蝕程度進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。

2.2 緩蝕劑施工后的試樣件

施加 TFHS-15，LPS03316，Corrosion X Aviation，Cor-Ban 35和WD 40等5種緩蝕劑后的試驗(yàn)件如圖5所示，分析30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼試樣施加不同緩蝕劑后的形貌如下：

1）TFHS-15為微黃色的透明膜層，在施工過(guò)程中可以采用噴涂和刷涂，在此次施工中采用刷涂。

2）LPS03316為無(wú)色半透明狀的硬膜，在此次施工中采用刷涂。

3）Corrosion X Aviation為無(wú)色透明軟膜緩蝕劑，極易滲透試驗(yàn)件表面，形成一層疏水軟膜，在噴涂過(guò)程中其膜厚比較薄。

4）Cor-Ban 35為透明狀的棕紅色硬膜緩蝕劑，施工過(guò)程為噴涂，使用前要用力搖晃均勻，否則會(huì)在試驗(yàn)件表面形成大量泡沫。

5）WD 40和Corrosion X Aviation較為相似，均為無(wú)色透明狀的濕膜緩蝕劑。

圖5 涂緩蝕劑試驗(yàn)件Fig.5 The samples coated with corrosion inhibitors

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試樣形貌分析

3.1.1 涂TFHS-15試樣

刷涂TFHS-15緩蝕劑的試樣件在8個(gè)試驗(yàn)周期后表面形貌如圖6所示。由圖6可知，試驗(yàn)周期循環(huán)結(jié)束后，緩蝕劑無(wú)變化，試驗(yàn)件表面未見(jiàn)明顯的腐蝕。由ASTM D1654-05可知，TFHS-15的防護(hù)等級(jí)為10級(jí)，這說(shuō)明TFHS-15在加速腐蝕試驗(yàn)譜下腐蝕防護(hù)作用很好。

3.1.2 涂LPS03316試樣

圖6 涂TFHS-15試驗(yàn)件8個(gè)周期后腐蝕情況Fig.6 Corrosion of the samples coated with TFHS-15 after eight cycles

刷涂LPS03316緩蝕劑8個(gè)試驗(yàn)周期循環(huán)過(guò)程如圖7所示。在1個(gè)周期結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)件有少量的腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生。隨著試驗(yàn)周期的延長(zhǎng)，試驗(yàn)件的腐蝕情況加重，但腐蝕速率很慢，且腐蝕多發(fā)生在試驗(yàn)件的邊緣，緊固件周?chē)g現(xiàn)象較少。在8個(gè)試驗(yàn)周期結(jié)束后，腐蝕基本控制在一定區(qū)域，按ASTM D1654-05可知LPS03316的防護(hù)等級(jí)為8級(jí)。LPS03316緩蝕劑在加速腐蝕試驗(yàn)譜下能提供較好的腐蝕防護(hù)效果。

圖7 涂LPS03316試驗(yàn)件8個(gè)周期后腐蝕情況Fig.7 Corrosion of the samples coated with LPS03316 after eight cycles

3.1.3 涂Corrosion X Aviation試樣

噴涂緩蝕劑Corrosion X Aviation在第4，5，6，8周期中的表面形貌如圖8所示，在第4個(gè)周期結(jié)束后，試驗(yàn)件有少量的腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生。隨著試驗(yàn)周期的延長(zhǎng)，腐蝕情況也隨之加劇，腐蝕速率較慢。加速試驗(yàn)結(jié)果按ASTM D1654-05對(duì)試驗(yàn)件腐蝕形貌進(jìn)行分析可知，Corrosion X Aviation的防護(hù)等級(jí)為9級(jí)。說(shuō)明緩蝕劑Corrosion X Aviation在加速腐蝕試驗(yàn)譜下腐蝕防護(hù)作用比較好。

圖8 涂Corrosion X Aviation試驗(yàn)件8個(gè)周期后腐蝕情況Fig.8 Corrosion of the samples coated with Corrosion X Aviation after eight cycles

3.1.4 涂Cor-Ban 35試樣

噴涂緩蝕劑Cor-Ban 35的30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼試驗(yàn)件在第1，3，5，8周期結(jié)束后試驗(yàn)件表面腐蝕狀況變化情況如圖9所示?？梢钥闯?，第3周期結(jié)束后試驗(yàn)件的螺接處開(kāi)始出現(xiàn)鹽粒的沉積。隨著試驗(yàn)周期增長(zhǎng)，鹽粒沉積增多，但試驗(yàn)件表面未見(jiàn)明顯的腐蝕產(chǎn)生，只是隨之試驗(yàn)周期的延長(zhǎng)，緩蝕劑的顏色變淺。按ASTM D1654-05可知，Cor-Ban 35類(lèi)緩蝕劑的防護(hù)等級(jí)為10級(jí)。說(shuō)明緩蝕劑Cor-Ban 35在加速腐蝕試驗(yàn)譜下腐蝕防護(hù)作用很好。

圖9 涂Cor-Ban 35試驗(yàn)件8個(gè)周期后腐蝕情況Fig.9 Corrosion of the samples coated with Cor-Ban 35 after eight cycles

3.1.5 涂WD 40試樣

噴涂緩蝕劑WD 40后試驗(yàn)件在8個(gè)周期加速試驗(yàn)中的表面腐蝕形貌變化如圖10所示?？梢钥闯觯诘?周期結(jié)束后，噴涂WD 40試驗(yàn)件有極少量的腐蝕產(chǎn)生，但是隨著試驗(yàn)周期的增長(zhǎng)，噴涂WD 40試驗(yàn)件的腐蝕情況加劇，腐蝕速率很快。相比噴涂Corrosion X Aviation的試驗(yàn)件，腐蝕加重劇烈。在8個(gè)試驗(yàn)周期結(jié)束后，按ASTM D1654-05可知，WD 40試驗(yàn)件的防護(hù)等級(jí)為1級(jí)。說(shuō)明WD 40類(lèi)緩蝕劑在加速腐蝕試驗(yàn)譜下腐蝕防護(hù)作用很差。

圖10 涂WD 40試驗(yàn)件8個(gè)周期后腐蝕情況Fig.10 Corrosion of the samples coated with WD 40 after eight cycles

3.2 討論

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，噴涂LPS03316，Corrosion X Aviation，WD 40的試驗(yàn)件出現(xiàn)腐蝕，噴涂TFHS-15和Cor-Ban 35緩蝕劑的試驗(yàn)件未見(jiàn)腐蝕產(chǎn)生。Cor-Ban 35緩蝕劑則隨著試驗(yàn)的開(kāi)展，顏色有明顯的變化，綜合情況見(jiàn)表1和圖11。

表1 試驗(yàn)件表面腐蝕狀況變化Table 1 Corrosion of the samples

圖11 緩蝕劑等級(jí)Fig.11 Grade of corrosion inhibitors

4 結(jié)論

在試驗(yàn)周期完成后，依據(jù)ASTM D1654-05可知，噴涂TFHS-15和Cor-Ban 35的試驗(yàn)件無(wú)腐蝕出現(xiàn)，緩蝕劑級(jí)別為10級(jí)。噴涂LPS03316，Corrosion X Aviation和WD 40的試驗(yàn)件有少量腐蝕，其中WD 40提供的防護(hù)效果最差，等級(jí)最低，因此實(shí)際使用中WD 40一般充當(dāng)潤(rùn)滑劑和臨時(shí)防護(hù)使用。

TFHS-15和Cor-Ban 35兩種緩蝕劑是長(zhǎng)效硬膜緩蝕劑，在使用過(guò)程中可以根據(jù)需要采用噴涂、刷涂或者浸涂使用，施工較為簡(jiǎn)單，使用性能最好。

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