沈軍，魏榮俊，邊英杰，李健

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直升機(jī)在海洋氣候環(huán)境下的腐蝕防護(hù)對(duì)策研究

沈軍1，魏榮俊1，邊英杰2，李健1

（1.陸軍航空兵研究所，北京 101121；2.66347部隊(duì)裝備部，河北 保定 071000）

針對(duì)海洋氣候環(huán)境特點(diǎn)，分析了直升機(jī)執(zhí)行海上飛行任務(wù)易遭受的腐蝕問(wèn)題，給出了直升機(jī)在海洋鹽霧大氣環(huán)境下幾種比較典型的腐蝕形態(tài)，針對(duì)腐蝕防護(hù)工作開展現(xiàn)狀，給出了腐蝕防護(hù)研究總體思路，為相關(guān)單位開展陸軍直升機(jī)海上飛行腐蝕防護(hù)研究提供了借鑒與參考。

海洋環(huán)境；直升機(jī)；腐蝕防護(hù)

在海洋環(huán)境條件下飛行的直升機(jī)不同于陸基直升機(jī)，其所遭受的鹽分、飛濺海水、浪花以及持續(xù)的干/濕交替循環(huán)環(huán)境的侵蝕對(duì)直升機(jī)容易造成很大的腐蝕危害。如艦載直升機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于高濕和高鹽霧等惡劣的海洋大氣環(huán)境中，并受大風(fēng)、海霧、潮汐、海水飛濺等多環(huán)境因索的影響，使艦載直升機(jī)機(jī)體、發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)載設(shè)備等產(chǎn)生大量腐蝕，從而直接影響艦載直升機(jī)的飛行安全，顯著降低其服役期限，同時(shí)還會(huì)給機(jī)務(wù)維修工作帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)和昂貴的維護(hù)費(fèi)用。海軍某型飛機(jī)因42框腐蝕疲勞裂紋導(dǎo)致近50%的飛機(jī)停飛維修；某型殲轟飛機(jī)裝備海軍部隊(duì)僅3~4年就出現(xiàn)防護(hù)涂層脫落，部分機(jī)件材料開始腐蝕，大大增加了裝備維護(hù)成本的同時(shí)，裝備的完好率卻不能得到有效的保障[1]。

1 腐蝕因素分析

直升機(jī)在海洋氣候環(huán)境下所面臨的腐蝕因素主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 海水以及海洋大氣

直升機(jī)在低空飛行時(shí)容易遭受飛濺海水的侵蝕，海水中含有大量的鹽分、微生物以及其他污染物，極易造成直升機(jī)的腐蝕。海洋大氣的腐蝕性則主要取決于其中的氯化物含量、相對(duì)濕度、溫度，對(duì)機(jī)體材料起腐蝕作用的物質(zhì)中，水是最主要的，即空氣的相對(duì)濕度。在一定的條件下，水還原成氫：2e+2H2O→ H2+2OH，而氫對(duì)絕大多數(shù)的金屬材料是陰極性的，因此水既是一種電解質(zhì)更是一種腐蝕劑。

1.2 溫度、濕度

空氣中相對(duì)濕度（RH）的大小對(duì)金屬在空氣中的腐蝕速度有較大的影響。當(dāng)RH>65%時(shí)，物體表面上附著0.001~0.01 μm的水膜，這層水膜的厚度與金屬腐蝕速率之間的關(guān)系在一定的范圍內(nèi)成正比[2]。在海洋大氣環(huán)境下，這層水膜中會(huì)溶解大量的酸、堿、鹽等物質(zhì)，將加速金屬的腐蝕。溫度對(duì)于直升機(jī)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，首先是溫差的變化，當(dāng)溫差變化大時(shí)，容易引起金屬表面的凝露導(dǎo)致腐蝕?？諝鉁囟仍?~50 ℃范圍內(nèi)，當(dāng)氣溫劇烈變化達(dá)到6 ℃左右時(shí)，只要相對(duì)濕度達(dá)到65%~75%左右，就會(huì)發(fā)生凝露現(xiàn)象。另外一個(gè)方面是直升機(jī)在低空沿海飛行，溫度較高，而溫度越高則腐蝕發(fā)生的速度就越快。

1.3 海洋生物污染

海洋生物的污染主要是珊瑚塵、海洋生物尸體以及鳥糞等。特別是在熱帶地區(qū)，珊瑚塵與海鹽混合在一起，加上溫度效應(yīng)對(duì)直升機(jī)的腐蝕性特別大。

1.4 人為因素

現(xiàn)階段機(jī)務(wù)人員缺乏系統(tǒng)的腐蝕防護(hù)知識(shí)培訓(xùn)，在使用維護(hù)方面缺乏相關(guān)腐蝕防護(hù)手段。一線機(jī)務(wù)人員普遍認(rèn)為腐蝕是一個(gè)長(zhǎng)期的、緩慢的發(fā)展過(guò)程，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)裝備的完好率和安全性沒(méi)有太大的影響，所以對(duì)直升機(jī)腐蝕問(wèn)題的重視程度普遍較低。在裝備的日常維護(hù)中，主要還是以保持裝備外觀上的清潔度為主，對(duì)于一些不可及或者是平常不易察覺(jué)的部位則維護(hù)不夠。

近年來(lái)筆者調(diào)研與跟蹤檢測(cè)結(jié)果表明，直升機(jī)的腐蝕現(xiàn)象已經(jīng)普遍存在，部分腐蝕問(wèn)題已經(jīng)發(fā)展到了不容忽視的地步，特別是部分沿海地區(qū)裝備的腐蝕情況更加突出。

2 典型的腐蝕現(xiàn)象

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)役直升機(jī)飛行高度小于1500 m的飛行時(shí)間占總飛行時(shí)間約70%，地面停放時(shí)間占全部日歷時(shí)間的90%以上。沿海地區(qū)的裝備則常年面臨著惡劣的使用環(huán)境和停放環(huán)境。曾有學(xué)者對(duì)不同停放環(huán)境下的直升機(jī)構(gòu)件腐蝕發(fā)生日歷年限做過(guò)統(tǒng)計(jì)，見表1[3]。

表1 不同環(huán)境下的日歷壽命 a

2.1 機(jī)身外部部分半封閉區(qū)域蒙皮的腐蝕

筆者曾對(duì)直升機(jī)的腐蝕問(wèn)題開展專題調(diào)研工作，發(fā)現(xiàn)沿海地區(qū)使用的直升機(jī)腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，部分區(qū)域蒙皮腐蝕接近穿孔，特別是某型直升機(jī)中機(jī)身外掛油箱安裝區(qū)域。由于結(jié)構(gòu)的特殊性和所處沿海高溫高濕高鹽霧的環(huán)境氣候因素，導(dǎo)致該區(qū)域的腐蝕情況特別嚴(yán)重，如圖1—4所示。其中圖2所示為某型直升機(jī)機(jī)身左側(cè)拆卸外掛油箱后發(fā)現(xiàn)機(jī)身蒙皮部分的多處腐蝕現(xiàn)象。圖3—5是具體部位的腐蝕現(xiàn)象，圖5為圖4去除腐蝕產(chǎn)物之后，所測(cè)得深度為0.8 mm的腐蝕坑，表明該處蒙皮已經(jīng)接近腐蝕穿孔（機(jī)身蒙皮厚度為1.0 mm）。

圖1 機(jī)身左側(cè)10-11號(hào)框間多處腐蝕及鼓包現(xiàn)象

圖2 某型直升機(jī)機(jī)身左側(cè)7號(hào)框附近蒙皮上漆層大面積鼓包

圖3 8號(hào)框鉚釘附近的腐蝕狀況

圖4 鉚釘周邊的腐蝕坑

2.2 部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)件的腐蝕

直升機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的腐蝕形式多樣，常見的易腐蝕部位有部分附件的安裝座、鎂合金構(gòu)件、貨艙地板內(nèi)部、電瓶艙等區(qū)域[4]。

機(jī)身各種部附件的安裝座產(chǎn)生腐蝕和銹蝕的主要原因是由于異種金屬之間存在的電位差導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕，如圖5所示。

鎂合金構(gòu)件發(fā)生的腐蝕主要是由于鎂合金自身是極活潑的金屬，而海水和鹽霧中含有大量的氯化鈉，其水解形成的氯離子是吸附力很強(qiáng)的活性離子，可破壞鎂合金的鈍化膜，并造成基體金屬的快速腐蝕。同時(shí)海水蒸汽在結(jié)構(gòu)表面冷凝形成含海鹽粒子的水膜，造成不連續(xù)的電解質(zhì)溶液分布，從而加劇腐蝕。某型直升機(jī)中機(jī)身頂部風(fēng)扇艙鎂合金圍框的腐蝕情況如圖6所示。

貨艙地板內(nèi)部以及電瓶艙等區(qū)域由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，特別是貨艙地板內(nèi)部，由于排水設(shè)計(jì)不合理、局部環(huán)境密閉且內(nèi)部常年有積水，加之沿海地區(qū)空氣濕度大溫度高導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的腐蝕速度特別快，如圖7所示。

圖6 某型直升機(jī)頂部風(fēng)扇艙鎂合金圍框腐蝕

圖7 貨艙地板內(nèi)部積水腐蝕

3 腐蝕防護(hù)研究總體思路

3.1 開展易腐蝕部位分析

對(duì)主戰(zhàn)直升機(jī)的易腐蝕部位進(jìn)行分類，主要的分類方式有以下幾種：按防護(hù)對(duì)象基體材料和表面材料的不同類別分類；按防護(hù)對(duì)象所處外部腐蝕環(huán)境的不同進(jìn)行分類；按防護(hù)對(duì)象不同的維護(hù)方式進(jìn)行分類；按防護(hù)對(duì)象比較容易遭受的腐蝕或其他損傷模式進(jìn)行分類。見表2。

3.2 開展腐蝕防護(hù)手段研究

對(duì)腐蝕防護(hù)手段進(jìn)行研究，主要的腐蝕防護(hù)手段包括以下三個(gè)方面：外表面污染物的清洗，針對(duì)不同污染物采用不同的清洗劑對(duì)直升機(jī)進(jìn)行局部和整體的清洗；已腐蝕部位腐蝕產(chǎn)物的去除與腐蝕部位的恢復(fù)；易腐蝕部位的防護(hù)，主要是針對(duì)防護(hù)對(duì)象的具體情況使用各型緩蝕劑進(jìn)行腐蝕防護(hù)。

對(duì)部分腐蝕防護(hù)手段開展地面環(huán)境加速試驗(yàn)，主要試驗(yàn)對(duì)象為各型緩蝕劑的適用性、基本的防護(hù)性能指標(biāo)、緩蝕性能等。對(duì)國(guó)內(nèi)幾個(gè)廠家主要的緩蝕劑開展性能對(duì)比試驗(yàn)，優(yōu)選防護(hù)性能好、對(duì)基體材料二次損傷小的緩蝕產(chǎn)品。

表2 易腐蝕部位分析歸類

3.3 針對(duì)具體部位研究具體防護(hù)措施

將3.1節(jié)中對(duì)主戰(zhàn)機(jī)型的易腐蝕部位的各種分類結(jié)果與3.2節(jié)中所掌握的腐蝕防護(hù)技術(shù)手段進(jìn)行對(duì)照，對(duì)每一易腐蝕部位的各種腐蝕和損傷形態(tài)推薦各種不同的腐蝕防護(hù)技術(shù)手段，特別是在我陸軍直升機(jī)開展海上飛行訓(xùn)練時(shí)，可能遭受的高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境下的腐蝕情況，提供具有針對(duì)性的腐蝕防護(hù)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著直升機(jī)在海洋環(huán)境下的大量使用以及部分直升機(jī)服役年限的不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致在直升機(jī)進(jìn)廠大修時(shí)以及日常維護(hù)中發(fā)現(xiàn)了大量的腐蝕現(xiàn)象，特別是在沿海地區(qū)服役的直升機(jī)裝備腐蝕情況日趨嚴(yán)重，這逐步引起了各級(jí)裝備機(jī)關(guān)的重視，同時(shí)增加了在直升機(jī)腐蝕防護(hù)方面的投入，取得了一定的研究成果。直升機(jī)的腐蝕防護(hù)工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期的基礎(chǔ)性工作，其投入周期長(zhǎng)、成效慢，需要大量基礎(chǔ)技術(shù)的積累。相關(guān)單位應(yīng)借鑒國(guó)內(nèi)外其他先進(jìn)的腐蝕防護(hù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合直升機(jī)的具體使用特點(diǎn)和環(huán)境特點(diǎn)，加大投入與研發(fā)力度，特別是要加強(qiáng)機(jī)務(wù)人員的腐蝕防護(hù)意識(shí)教育與技能培訓(xùn)，增加外場(chǎng)直升機(jī)腐蝕防護(hù)手段建設(shè)，提高直升機(jī)在海洋氣候環(huán)境下的腐蝕防護(hù)能力。

[1] 穆志韜. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕修理及防護(hù)控制技術(shù)[J]. 飛機(jī)制造工程, 1995, 12(5): 212—214.

[2] 劉振崗, 唐有才, 王占勇, 等. 沿海地區(qū)飛機(jī)腐蝕問(wèn)題及控制[J]. 航空科學(xué)與技術(shù), 2005(2): 34—36.

[3] 柳文林, 穆志韜, 段成美. 現(xiàn)役直升機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕原因及控制[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2005, 17(5): 358—359.

[4] 沈軍, 李健, 魏榮俊, 等. 某型直升機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與修理對(duì)策研究[J]. 裝備環(huán)境與工程, 2016, 13(1): 45—50.

Corrosion Control of Helicopter in Environment of Marine Climate

SHEN Jun1, WEI Rong-jun1, BIAN Ying-jie2, LI Jian1

(1.Army Aviation Institute, Beijing 101121, China; 2.Unit 66347 Equipment Department, Baoding 071000, China)

Aiming at characteristics of marine climate and environment, this paper analyzes corrosion problems of helicopters in carrying out offshore missions, and gives some typical corrosive forms of helicopters in the atmospheric environment of marine salt spray, and overall thinking on researching corrosion protection based on current situations of corrosion protection. It offers references for relevant institutions in corrosion prevention research of army helicopters over marine environment.

marine environment; helicopter; corrosion control

10.7643/ issn.1672-9242.2017.03.014

TJ85；TG174

A

1672-9242(2017)03-0071-04

2016-12-14；

2017-01-17

沈軍（1988—），男，浙江江山人，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)橹鄙龣C(jī)綜合保障、腐蝕防護(hù)等。