李超

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某型飛機(jī)防護(hù)體系性能優(yōu)選試驗(yàn)研究

李超

（中航通飛華南飛機(jī)工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519040）

目的采用鹽霧對(duì)比試驗(yàn)，優(yōu)選獲得抗腐蝕性能優(yōu)異的防護(hù)體系。方法選用飛機(jī)常用的兩種結(jié)構(gòu)材料（2024、30CrMnSiA）的幾種備選防護(hù)體系，開展鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)。結(jié)果鋁合金試件經(jīng)過10個(gè)周期鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)，涂層鼓泡失效，基體未發(fā)生腐蝕；經(jīng)過7個(gè)周期加速腐蝕試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)鋼試件預(yù)制劃痕處涂層剝落、基體腐蝕。結(jié)論鋁合金外部防護(hù)體系B方案（鉻酸陽極化+ 37底漆+ E面漆）和內(nèi)部防護(hù)體系H方案（鉻酸陽極化+ TB06底漆）最佳，結(jié)構(gòu)鋼推薦選用GE方案（鍍鎘+鈍化+TB06底漆+TS96面漆）。

防護(hù)體系；鹽霧試驗(yàn)；鋁合金；結(jié)構(gòu)鋼

飛機(jī)結(jié)構(gòu)防護(hù)體系在服役期間由于長(zhǎng)時(shí)間暴露于高溫、高濕和高鹽分的嚴(yán)酷環(huán)境中，受溫度、濕度、鹽霧等環(huán)境因素[1]的交替影響以及外來物損傷綜合作用[2]，導(dǎo)致防護(hù)體系表面光澤度和絕緣度下降，出現(xiàn)褪色、鼓泡、變脆、粉化、龜裂、脫落等現(xiàn)象[3—5]，這不僅嚴(yán)重地影響了防護(hù)體系的外觀，而且還將導(dǎo)致防護(hù)體系失效[2]，使基體結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕，甚至引起重大故障或事故發(fā)生。因此，防護(hù)體系的抗鹽霧腐蝕性能是衡量飛機(jī)結(jié)構(gòu)防護(hù)體系綜合性能的重要指標(biāo)。開展防護(hù)體系的耐鹽霧試驗(yàn)研究，對(duì)防護(hù)體系的篩選和改進(jìn)、確定其使用壽命[2,6]、制定合理的涂層維修或重新涂裝周期，進(jìn)而保證基體結(jié)構(gòu)達(dá)到或超出設(shè)計(jì)使用壽命指標(biāo)十分重要，同時(shí)也是評(píng)估不同防護(hù)體系性能優(yōu)劣所不可缺少的。

針對(duì)某型飛機(jī)較嚴(yán)酷的服役環(huán)境以及飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)部位防護(hù)體系失效的特點(diǎn)[7—8]，參照國(guó)內(nèi)外同類試驗(yàn)方法[9—12]，并在完成前期探索性試驗(yàn)研究和廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過選用該機(jī)型使用最廣的兩種結(jié)構(gòu)材料（2024、30CrMnSiA）及其不同防護(hù)體系在鹽霧作用下的對(duì)比試驗(yàn)，優(yōu)選獲得抗腐蝕性能優(yōu)異的防護(hù)體系。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

本項(xiàng)試驗(yàn)包括以下兩種涂層平板試件：12組（共36件），試件材料為2024-T351鋁合金薄板和30CrMnSiA結(jié)構(gòu)鋼，尺寸為200 mm×100 mm×1.5 mm。試件清單（數(shù)量、編號(hào)和防護(hù)層）見表1、表2。

表1 鋁合金平板試件清單

表2 30CrMnSiA鋼平板試件清單

預(yù)制劃痕方法：試件正、反兩面中心刻畫兩條相互垂直交叉劃痕；一條劃痕應(yīng)與試板軋制方向平行，另一條劃痕與試板軋制方向呈垂直角度，劃痕穿透涂層體系至金屬基體。

1.2 加速試驗(yàn)環(huán)境

本次試驗(yàn)所用的加速腐蝕環(huán)境為：3周期中性鹽霧+3周期酸性鹽霧+ 4周期模擬海水鹽霧。

1.3 試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)條件

1）試驗(yàn)裝置：鹽霧試驗(yàn)箱。

2）設(shè)備參數(shù)：溫度范圍為室溫～55 ℃，誤差為±0.5 ℃；濕度范圍為50%～98%，誤差1%；鹽霧沉降量為(1～2) mL/(80cm2·h)范圍內(nèi)可調(diào)；

3）試驗(yàn)條件。

環(huán)境條件：溫度為(35±5) ℃；鹽霧條件：采用5%的NaCl中性、酸性(pH為3.5～4.5)鹽霧、模擬海水鹽霧，鹽霧沉降量為(1.0～2.0) mL/(80cm2·h)；

中性鹽溶液配制：用蒸餾水或去離子水溶解足夠的NaCl配制成(50±5) g/L NaCl溶液，(25±2) ℃時(shí)溶液pH為6.0～7.0；

酸性鹽溶液配制：在上述中性NaCl溶液中加入適量的稀硫酸，以保證鹽霧箱中鹽霧收集液的pH為3.5～4.5；

4）模擬海水溶液配制。

標(biāo)準(zhǔn)溶液A：MgCl2·6H2O，3889 g；CaCl2，405.6 g；SrCl2·6H2O，14.8 g。將上述鹽溶于蒸餾水或去離子水中并稀釋到7 L，將配制好的溶液保存在密封的玻璃容器中。

標(biāo)準(zhǔn)溶液B：KCl，486.2 g；NaHCO3，140.7 g；KBr，70.4 g；H2BO3，19.0 g；NaF，2.1 g。將上述鹽溶于蒸餾水或去離子水中并稀釋到7 L，將配制好的溶液保存在密封的淡黃色容器中。

配制模擬海水三組分比例為：5%的NaCl溶液10 L；5%的NaCl溶液5 L+A溶液200 mL；B溶液100 mL+ HAc100 mL+去離子水9.8 L。

暴露周期：7天。

子實(shí)驗(yàn)方法：按ASTM B117或ISO 3769執(zhí)行。

1.4 試驗(yàn)方法

1) 試驗(yàn)前按要求（ASTM G1-03）充分清洗試驗(yàn)件，除掉油污、塵垢、油脂等污物；清洗后的試件干燥后用封邊漆封邊，待其干燥后預(yù)制劃痕，等待試驗(yàn)。

2) 對(duì)清洗后的試件，用10倍放大鏡進(jìn)行外觀檢查，對(duì)試樣涂層外觀形貌（尤其是平板試樣劃痕周圍）、光澤度、厚度等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量并記錄。

3) 每個(gè)周期的鹽霧試驗(yàn)結(jié)束后觀察試件腐蝕情況，馬上用去離子水對(duì)試件進(jìn)行清洗，室溫環(huán)境下烘干后進(jìn)行腐蝕損傷情況的檢查和記錄。

4) 試驗(yàn)結(jié)束后將試件放置在干燥、常溫?zé)o腐蝕環(huán)境中。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 鋁合金試件試驗(yàn)結(jié)果

鋁合金試件經(jīng)過10個(gè)周期的鹽霧試驗(yàn)后，對(duì)比不同防護(hù)體系的腐蝕損傷情況，分別優(yōu)選出用于某型飛機(jī)外部、內(nèi)部較優(yōu)的防護(hù)體系。

2.1.1 外部防護(hù)體系對(duì)比

鋁合金各外部防護(hù)體系加速腐蝕10周期后試驗(yàn)結(jié)果見表3。

2.1.2 內(nèi)部防護(hù)體系對(duì)比

鋁合金各內(nèi)部防護(hù)體系加速腐蝕10周期后試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 外部防護(hù)體系試件加速腐蝕10個(gè)周期后試驗(yàn)結(jié)果

表4 內(nèi)部防護(hù)體系試件加速腐蝕10個(gè)周期后試驗(yàn)結(jié)果

2.2 結(jié)構(gòu)鋼試件試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)構(gòu)鋼試件經(jīng)過7個(gè)周期的鹽霧試驗(yàn)后，對(duì)比不同防護(hù)體系的腐蝕損傷情況，獲得起落架防腐性能優(yōu)異的防護(hù)體系。表5為結(jié)構(gòu)鋼防護(hù)體系加速腐蝕7周期后（GF方案6周期后退出試驗(yàn)）的試驗(yàn)結(jié)果，圖1－3分別為GE、GF和GH試件原始、加速腐蝕5、7周期后（GF方案6周期）的照片。

表5 結(jié)構(gòu)鋼防護(hù)體系加速腐蝕7個(gè)周期后試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 涂層失效判據(jù)

涂層失效判據(jù)原則上是指無法通過經(jīng)濟(jì)修理恢復(fù)涂層防護(hù)的完好狀態(tài)。防止涂層失效必須保證腐蝕介質(zhì)不至于對(duì)基體產(chǎn)生明顯腐蝕。對(duì)無連接的腐蝕關(guān)鍵部位，允許涂層開裂、剝落，并有基體輕微腐蝕，但深度不大，可以通過打磨后重新噴涂涂層使之復(fù)原，蝕點(diǎn)過深則認(rèn)為涂層失效。因本次優(yōu)選試驗(yàn)的目的為通過不同防護(hù)體系的對(duì)比試驗(yàn)分出防腐性能的優(yōu)劣，達(dá)到目的后即結(jié)束試驗(yàn)，所有涂層均未失效。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

3.2.1 鋁合金試件腐蝕情況對(duì)比分析

9組2024鋁合金平板試件加速腐蝕10個(gè)周期后（G方案4周期后退出試驗(yàn)），各防護(hù)體系均受到不同程度的腐蝕，以腐蝕發(fā)展的速度及嚴(yán)重程度作為評(píng)定防護(hù)體系相對(duì)優(yōu)劣的判據(jù)。圖4和圖5分別是鋁合金幾種外部防護(hù)體系和內(nèi)部防護(hù)體系失光率隨試驗(yàn)時(shí)間的變化曲線。

從圖4中可以看出，外部防護(hù)體系中B方案（鉻酸陽極化+37底漆 +E面漆）和耐磨部位E方案（鉻酸陽極化+10P4底漆+T3面漆）加速腐蝕10個(gè)周期后失光率相對(duì)較小，失光率均在10%以內(nèi)，失光等級(jí)評(píng)定分別為1級(jí)（很輕微失光）和0級(jí)（無失光）。圖5中內(nèi)部防護(hù)體系中Ｑ方案（鉻酸陽極化+10P4底漆+443面漆）、H方案（鉻酸陽極化+ TB06底漆）、P方案（鉻酸陽極化+XB9底漆+XB11面漆）和J方案（硫酸陽極化+ TB06底漆）失光率基本相當(dāng)，H方案失光率相對(duì)略大。內(nèi)部防護(hù)體系G方案（阿洛丁氧化+TB06-9）僅在鹽霧試驗(yàn)3周期后出現(xiàn)較大的失光，到第4周期失光率接近90%。根據(jù)漆膜老化失光等級(jí)評(píng)定方法[15]，其等級(jí)達(dá)到5級(jí)（完全失光），而其他四種防護(hù)體系失光率均＜30%，失光等級(jí)評(píng)定均≤2級(jí)（輕微失光）。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果部分也可以看出，該防護(hù)體系受到的腐蝕也最為嚴(yán)重，試驗(yàn)件表面大面積鼓泡，部分鼓泡破裂露出表面處理層。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，所有試驗(yàn)件在失光率較大時(shí)，涂層出現(xiàn)明顯的鼓泡等不同程度的腐蝕損傷，當(dāng)失光率急劇增大時(shí)，涂層受到腐蝕破壞大面積鼓泡。結(jié)合失光率變化，綜合試驗(yàn)結(jié)果部分各防護(hù)體系的宏觀腐蝕情況來看，涂層失光率的變化與腐蝕損傷程度也近似成正相關(guān)。

圖4 鋁合金試件外部防護(hù)體系10周期試驗(yàn)失光率變化曲線

圖5 鋁合金試件內(nèi)部防護(hù)體系10周期試驗(yàn)失光率變化曲線

3.2.2 30CrMnSiNiA試件腐蝕情況對(duì)比分析

三組30CrMnSiNiA基體的鋼平板試件涂層明顯鼓泡、劃線周圍涂層幾乎全部開裂外，金屬基體受到腐蝕。按腐蝕發(fā)展速度和嚴(yán)重程度可依次排列為：GF>GE=GH；總體來看，30CrMnSiNiA基體試件7周期試驗(yàn)結(jié)束后，涂層開始失效，基體已見明顯腐蝕。各防護(hù)體系失光率隨試驗(yàn)時(shí)間變化曲線見圖6。從圖6中可以看出，GE方案防護(hù)體系（鍍鎘+鈍化+ TB06底漆+ TS96面漆）失光最小，失光率幾乎為0，失光率等級(jí)評(píng)定為0級(jí)（無失光）。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果部分試件腐蝕后外觀照片可以看出，該防護(hù)體系受腐蝕程度也相對(duì)最低。三個(gè)防護(hù)體系失光率的大小與宏觀腐蝕損傷程度成正相關(guān)。

圖6 鋼試件7周期試驗(yàn)中各防護(hù)體系失光率變化曲線

4 試驗(yàn)結(jié)論

4.1 不同基體材料總體對(duì)比

加速腐蝕10個(gè)周期后（G方案4周期后退出試驗(yàn)），鋁合金試件基體未受到腐蝕，涂層出現(xiàn)鼓泡，部分涂層出現(xiàn)翹起、剝落；結(jié)構(gòu)鋼試件加速腐蝕7個(gè)周期后（GF方案6周期后退出試驗(yàn)）基體發(fā)生了明顯的腐蝕損傷，結(jié)構(gòu)鋼試件的腐蝕情況明顯嚴(yán)重于鋁合金試件。

4.2 不同底漆、面漆組合總體對(duì)比

鋁合金件加速腐蝕10個(gè)周期，鋼結(jié)構(gòu)件加速腐蝕7個(gè)周期結(jié)果。

1）鋁合金試件。

外部防護(hù)體系抗鹽霧性能優(yōu)劣依次為：B方案（鉻酸陽極化+ 37底漆+ E面漆）、Ｅ方案（鉻酸陽極化+10P4底漆+T3耐磨涂料）>Ｉ方案（鉻酸陽極化+TB06底漆+TS96面漆）>R方案（鉻酸陽極化+4500-P底漆+92面漆）。一般結(jié)構(gòu)部位推薦B方案，耐磨部位推薦E方案。

內(nèi)部防護(hù)體系抗鹽霧性能優(yōu)劣依次為：Ｑ方案（鉻酸陽極化+10P4底漆+443面漆）、H方案（鉻酸陽極化+ TB06底漆）和P方案（鉻酸陽極化+XB9底漆+XB11面漆）抗鹽霧性能基本相當(dāng)。綜合其他因素（施工性、褪漆性）推薦H方案；

2）結(jié)構(gòu)鋼試件。

GE方案（鍍鎘+鈍化+ TB06底漆+TS96面漆）、GH方案（鍍鎘+鈍化+TB06底漆+納米涂料3）>GF方案（鍍鎘+鈍化+ TB06底漆+納米涂料1）。綜合其他因素考慮（褪漆性），鋼結(jié)構(gòu)件GE方案最佳。

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Experimental Study on Performances of Protection Systems Used for a Certain Type of Aircraft

LI Chao

(AVIC GeneralHuananAircraft Industry Co., Ltd, Zhuhai 519040, China)

Objective To select a protection system of good corrosion resistance through salt spraycomparisontest. Methods Several alternative protection systems with two structural materials (2024, 30CrMnSiA) commonly used in aircraft were selected to carry out salt spray accelerated corrosion test. Results After 10 cycles of test, the coatings of Al alloy specimens bubbled and failed, but the substrate remained uncorroded; after 7 cycles of test, the coatings of structural steel specimens flaked and failed, and the substrate was corroded in the prefabricated scratches. Conclusion Al alloy external protection system—scheme B (chromate anodizing + 37 primer + E finish) and the internal protection system—scheme H (chromate anodizing + TB06 primer) outperform the other schemes. It is recommended to apply scheme GE (cadmium plating + passivation + TB06 primer + TS96 finish) for structural steel.

protection system; salt spray test; Al alloy; structural steel

10.7643/ issn.1672-9242.2017.03.015

TJ85；TG174.4

A

1672-9242(2017)03-0075-05

2017-01-17；

2017-03-02

李超（1984—），女，陜西城固人，碩士，工程師，研究方向?yàn)轱w機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制。