韓允，張瑩穎，韋利軍

（1.海裝武漢局駐洛陽地區(qū)軍事代表室，武漢 430064； 2.中國特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，荊門 448035）

前言

異種金屬連接部位失效是飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕損傷的主要原因之一。大量的腐蝕案例證明，對異種金屬連接部位進(jìn)行密封防護(hù)工藝是有必要的（見圖1）。

圖1 飛機(jī)上的異種金屬接觸腐蝕案例

連接兩種以上不同的部件通常使用異種金屬連接，這種連接方式主要是受到電偶腐蝕的影響，電偶腐蝕發(fā)生在當(dāng)不同金屬相互接觸或與電解質(zhì)（如鹽水）接觸時，可通過金屬接合處的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行識別。例如，在水汽或鹽類雜質(zhì)存在的條件下，鉚接于鋁制面板上的不銹鋼緊固件將形成電偶對。（見圖2）如果采取防護(hù)工藝，將水汽雜質(zhì)形成的電解液進(jìn)行隔離，將直接阻斷腐蝕的基本要素，抑制了腐蝕的產(chǎn)生。

圖2 異種金屬間電偶腐蝕的形成要素

文中為了模擬飛機(jī)異種金屬連接結(jié)構(gòu)，考慮到飛機(jī)結(jié)構(gòu)的特性，選取了常用的三種緊固件與鋁合金底板連接結(jié)構(gòu)[1]，基于上述電偶腐蝕原理，采用了四類隔離防護(hù)工藝進(jìn)行腐蝕阻斷并進(jìn)行了比較研究；研究中采用的加速環(huán)境譜為典型飛機(jī)的涂層試驗(yàn)譜塊，可以很好的模擬飛機(jī)的服役和停放環(huán)境,研究方法及途徑見圖3。該項(xiàng)研究可為飛機(jī)異種金屬連接密封提供一定的參考。

圖3 技術(shù)途徑及方法

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 異種金屬連接試驗(yàn)件

試驗(yàn)件基體材料是飛機(jī)常用鋁合金7050-T7451，表面處理為Al/Et.A.Cs，僅進(jìn)行TB06-9底漆[2]涂層處理（摸擬飛機(jī)涂層裝飾）[3]；不銹鋼緊固件結(jié)構(gòu)分三種，螺釘樣件、鋼絲螺套件、托板螺母件共23件試驗(yàn)件，各采用四個等級的密封防護(hù)工藝，I類鋼絲螺套件試件示意圖見圖4。

圖4 I類鋼絲螺套件試件示意圖

I類：基體底漆+緊固件裸材處理；

II類：基體底漆+緊固件裸材處理+TFHS15緩蝕劑；

III類：基體底漆+貼合面密封+緊固件濕裝配及封包+HDY-S04-22；

IV類：基體底漆+貼合面密封+緊固件濕裝配及封包+HDY-S04-22+TFHS15緩蝕劑。

1.2 密封工藝說明

1）貼合面密封指在結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)貼合面之間采用密封 劑或者膠膜消除結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間縫隙（圖5），達(dá)到防止電解液積聚、預(yù)防和控制貼合面腐蝕（尤其是縫隙腐蝕）目的。

圖5 貼合面密封示意圖

2）填角密封主要用于承受較大集中載荷的接頭/安裝座邊緣、水密/油密邊界結(jié)構(gòu)邊緣以及需要進(jìn)行貼合面密封但無法完成的貼合面邊緣密封。

3）緊固件濕安裝指在緊固件桿與結(jié)構(gòu)孔壁貼合的整個表面涂上合適密封劑后，在密封劑的活性期內(nèi)安裝好緊固件，以便消除緊固件與結(jié)構(gòu)貼合面之間縫隙。

4）緊固件封包指將緊固件的整個頭部涂上適量密封劑以防止腐蝕的方法。

1.3 測試項(xiàng)目、方法

采用飛機(jī)典型涂層試樣加速試驗(yàn)環(huán)境譜開展加速腐蝕試驗(yàn)[5]，包括濕熱暴露、紫外線照射和鹽霧試驗(yàn)，共循環(huán)3次，加速試驗(yàn)環(huán)境譜如圖6所示。每一循環(huán)試驗(yàn)結(jié)束后，根據(jù)GB/T 1766-2008[6]，按涂層變色、粉化、開裂、起泡、生銹、剝落等指標(biāo)評定試件修復(fù)涂層的損傷/失效程度[4]。

圖6 涂層加速環(huán)境譜

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

參考GB/T 1766-2008[6]，判定1周期后的試驗(yàn)結(jié)果：涂層件外觀較好，未出現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象，光澤度和色差變化較小，光澤色差測量參考GB/T 11186[8]；試驗(yàn)件在2周期后的試驗(yàn)結(jié)果見表1、圖7。

圖7 連接件加速腐蝕2周期后腐蝕情況與原始件對比圖

表1 連接件加速腐蝕試驗(yàn)2周期后檢測結(jié)果

參考GB/T 1766-2008[6]，試驗(yàn)件在3周期后的試驗(yàn)結(jié)果見表2，腐蝕情況見圖8～圖10。

表2 連接件加速腐蝕試驗(yàn)3周期后檢測結(jié)果

2.2 試驗(yàn)分析

密封是腐蝕防護(hù)的重要手段，對縫隙、異種材料連接等區(qū)域進(jìn)行密封處理，可以達(dá)到隔離介質(zhì)，預(yù)防腐蝕發(fā)生的效果。試驗(yàn)涉及了三種連接形式的緊固件結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)果可作出如下分析：

1）未做密封處理的裸材緊固件易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，如圖6中，僅2兩周期加速腐蝕試驗(yàn)，所有I類試件上的緊固件均已嚴(yán)重腐蝕；而III類試驗(yàn)件在試驗(yàn)中表現(xiàn)良好，第3周期時僅有個別釘頭封包不嚴(yán)實(shí)處出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象（見圖8（c）、圖9（c）、圖10（e）），與密封工藝及熟練度有關(guān)。

圖8 各類防護(hù)措施的螺釘連接件實(shí)驗(yàn)后腐蝕情況比較

圖9 各類防護(hù)措施的鋼絲螺套連接件實(shí)驗(yàn)后腐蝕情況比較

2）緩蝕劑是用以增強(qiáng)已有的防護(hù)體系，對于結(jié)構(gòu)搭接有縫隙部位更為實(shí)用，對于未做密封處理的試驗(yàn)件，在噴涂緩蝕劑后，對腐蝕有明顯的防護(hù)作用，II類試件第3周期開始出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，相比直接裸露的試驗(yàn)件，其腐蝕現(xiàn)象較輕微（見圖8（b）、圖9（b）、圖10（b））；而IV類試件，緩蝕劑的防腐蝕作用更為顯著，直至第3周期仍未出現(xiàn)任何腐蝕現(xiàn)象（見圖8（d）、圖9（d）、圖10（d）），即便有密封不到位的地方，緩蝕劑的噴涂恰能彌補(bǔ)缺陷。

圖10 各類防護(hù)措施的托板螺母連接件試驗(yàn)后腐蝕情況比較

3 結(jié)論

飛機(jī)異種金屬連接密封防護(hù)工藝應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)說明：

1）除有特殊要求的，所有結(jié)構(gòu)貼合面進(jìn)行貼合面密封，對于不可拆卸貼合面用無鉻緩釋改性聚硫密封劑密封，并對貼合面邊緣進(jìn)行填角密封；對于需要經(jīng)常拆卸貼合面用低粘附改性聚硫密封劑進(jìn)行貼合面密封；

2）對于因特殊要求不能進(jìn)行貼合面密封的邊緣，要進(jìn)行填角密封處理；

3）所有緊固件進(jìn)行濕裝配；所有非鋁緊固件，以及無法進(jìn)行貼合面密封的結(jié)構(gòu)緊固件進(jìn)行封包處理（位于飛機(jī)外表面的緊固件頭部不做封包，做涂漆處理）。

4）在允許的情況下，零部件的關(guān)鍵部位推薦噴涂緩蝕劑，用以增強(qiáng)表面防護(hù)層效力。

總而言之，防護(hù)飛機(jī)異種金屬連接的電偶腐蝕問題，不應(yīng)該用單一的方法進(jìn)行隔離。如僅提供漆層防護(hù)，或進(jìn)行防腐蝕表面處理，這些是不夠用的。目前我國飛機(jī)常采用整體噴漆處理防護(hù)，而連接處受到擠壓碰傷，極易損傷漆層；部分海洋服役環(huán)境的飛機(jī)，提高防腐蝕能力，改進(jìn)工藝，采用密封膠濕裝配及封包，近幾年逐漸普及；但經(jīng)過本文試驗(yàn)證明，由于人為的因素，工藝往往存在不足，如果使用緩蝕劑進(jìn)行補(bǔ)充防護(hù)，可以取得更好的阻斷腐蝕效果。