劉宗奇

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210）

引言

21 世紀(jì)以來，民用航空飛機(jī)電氣化程度越來越高，飛機(jī)布線的電磁兼容性（EMC）越來越受到重視[1]。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，電氣系統(tǒng)的失效原因中有70 %是由元器件的失效產(chǎn)生的，這其中有40 %是由于電連接器的失效造成的[2]。尾附件是一種與電連接器配套使用的電子元器件，具有重要的屏蔽接地功能，還起到應(yīng)力釋放、固定走向等作用。同時(shí)，尾附件腐蝕也是飛機(jī)常見的腐蝕現(xiàn)象之一[3],表面腐蝕將引起尾附件的失效，并進(jìn)一步影響配套連接器的使用。為了提升耐腐蝕性能，尾附件表面多采用化學(xué)鍍鎳層、電鍍錫、鋅、鎳以及陽極氧化膜、不銹鋼鈍化等工藝對其進(jìn)行保護(hù)[4,5]。

1 電連接器的尾附件腐蝕問題

某型飛機(jī)停放過程中，檢查發(fā)現(xiàn)多架機(jī)主起艙電連接器的尾附件表面出現(xiàn)腐蝕情況，如圖1 所示。出現(xiàn)腐蝕情況的尾附件殼體均為經(jīng)過鍍鎳處理后的鋁合金，而經(jīng)過鍍鋅鎳處理后的鋁合金尾附件殼體，暫未發(fā)現(xiàn)腐蝕。采用腐蝕環(huán)境加速試驗(yàn)和理化檢驗(yàn)方法等對其腐蝕現(xiàn)象開展分析，為提高其耐腐蝕性能，提升民機(jī)產(chǎn)品使用壽命及可靠性提供了參考。

圖1 尾附件情況

2 服役環(huán)境及理化測試

通過典型服役環(huán)境、元器件選型情況、表面處理工藝合理性、尾附件技術(shù)要求、腐蝕環(huán)境加速試驗(yàn)等方面進(jìn)行分析。

2.1 典型服役環(huán)境情況

某型飛機(jī)共有2 個(gè)生產(chǎn)基地，A 和B。其中A 基地飛機(jī)的主起艙尾附件未發(fā)現(xiàn)腐蝕情況。B 基地存在多架機(jī)出現(xiàn)腐蝕情況。

進(jìn)一步對生產(chǎn)基地環(huán)境情況進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)，A 基地全年溫度平均26 ℃，濕度因季節(jié)天氣波動較大，夏季多雨天氣達(dá)100 %，冬季濕度在60 %以上，全年平均為（60～90）%；停機(jī)坪溫度夏季可達(dá)到40 ℃以上；同時(shí)，距離大海（1～2）km，為鹽霧區(qū)[6]，易受到鹽霧水汽影響。B 基地環(huán)境濕度范圍在（20～60）%之間，距離大海50 km，不屬于鹽霧區(qū)范圍。

2.2 元器件選型情況

進(jìn)一步對電連接器尾附件情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。表1 為產(chǎn)線飛機(jī)發(fā)生表面腐蝕問題的連接器——尾附件清單。

表1 存在腐蝕問題尾附件

依據(jù)連接器規(guī)格和屏蔽要求選擇合適的尾附件。尾附件匹配連接器的選用原則主要包括：尾線夾殼體應(yīng)與匹配的連接器殼體大小適配；尾線夾的螺紋接口應(yīng)與匹配的連接器適配；尾線夾的材料、鍍層或表面處理的選擇應(yīng)與連接器材料、鍍層一致，當(dāng)材料不一致時(shí)，尾線夾應(yīng)選擇低于連接器硬度的材料；當(dāng)鍍層不一致時(shí)，應(yīng)考慮可能存在的電化學(xué)腐蝕問題，即鍍層之間的電勢差應(yīng)不大于300 mV。表2 為連接器與尾附件連接材料參考。

表2 連接器與尾附件適配材料參考

2.3 尾附件技術(shù)要求

典型尾線夾件號清單見表3，其中耐蝕性鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目為鹽霧試驗(yàn)。鋁合金材料牌號為2024T4，不銹鋼牌號為303，不同殼體材料的鹽霧試驗(yàn)?zāi)褪芤蟛煌?/p>

表3 典型尾附件耐蝕要求

對于常用的鋁合金和不銹鋼材質(zhì)尾附件，表面處理工藝不同。鋁合金材質(zhì)的尾附件，鍍層分為鍍鎳和鍍鋅鎳兩種，不銹鋼材質(zhì)為鈍化處理工藝。根據(jù)SAE AS85049 規(guī)范，鍍鎳耐鹽霧腐蝕要求為96 h，鍍鋅鎳的要求為1 000 h，不銹鋼鈍化的要求為1 000 h。鍍鋅鎳鍍層、不銹鋼鈍化尾附件要求更高，耐腐蝕性能也更高。

2.4 鹽霧加速試驗(yàn)

為進(jìn)一步探究問題尾附件耐蝕情況，選取了同批次問題尾附件及未發(fā)生腐蝕尾附件進(jìn)行鹽霧加速試驗(yàn)。

試樣尺寸為29.39 mm×33.3 mm（直徑×長度），每種型號尾附件試樣數(shù)量為3，且在試樣的頂端使用尼龍繩加以懸掛，位置均勻，不相互遮擋，盲洞朝下，不與鹽水發(fā)生反應(yīng)。按 EIA 364-26 進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，所用溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)（5±1）%的鹽水溶液，pH 值為6.5～7.2，溶劑水為去離子水，溶液溫度為（33～36）℃，鹽霧沉降率（1～2）ml/（80 cm2.h）。

完成鹽霧試驗(yàn)后，用流動的自來水沖洗干凈；然后置于（35～41）℃的空氣循環(huán)的干燥箱中干燥12 h，之后進(jìn)行試樣的檢查。試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示，試樣鹽霧試驗(yàn)后腐蝕點(diǎn)形貌及能譜圖如圖2 所示。

表4 鹽霧試驗(yàn)結(jié)果

圖2 腐蝕點(diǎn)掃描電鏡圖及能譜圖

38S13N（鋁合金鍍鎳）在68 h 時(shí)候出現(xiàn)鍍層脫落，并伴隨有白色腐蝕產(chǎn)物；38S13S（不銹鋼鈍化）殼體不銹鋼鈍化層破壞，殼體表面出現(xiàn)紅銹；124S13S（不銹鋼鈍化）則無明顯變化。鹽霧試驗(yàn)336 h 后，M85049/38S13N 殼體表面被白色腐蝕產(chǎn)物包覆，經(jīng)掃描電鏡測試，能譜分析，腐蝕點(diǎn)富含Al、Ni、O 元素，鍍層被完全破壞，腐蝕深入鋁合金基體；38S13S殼體表面部分覆蓋紅銹，鈍化層破壞，腐蝕點(diǎn)處富含F(xiàn)e、Cr、Ni 元素，腐蝕已達(dá)到不銹鋼基體；124S13S 殼體表面完好，未有腐蝕痕跡，鈍化層完好，僅組件螺釘處發(fā)生銹蝕，出現(xiàn)紅銹。

2.5 分析

A 基地的停機(jī)環(huán)境整體濕度大于B 基地，且處于近海鹽霧區(qū)，起落架區(qū)又為強(qiáng)風(fēng)潮濕區(qū)，發(fā)生腐蝕風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于B 基地，而B 基地的飛機(jī)也未發(fā)現(xiàn)腐蝕情況。因此，A 基地更加潮濕，近海的停機(jī)環(huán)境可能是目前產(chǎn)線上頻繁發(fā)現(xiàn)腐蝕的因素之一。

鋁合金材質(zhì)連接器匹配的尾附件材質(zhì)應(yīng)該為鋁合金材質(zhì)或者是復(fù)材，不銹鋼材質(zhì)的連接器匹配的尾附件材質(zhì)應(yīng)該為不銹鋼，鋁合金和復(fù)合材料。連接器為鋁合金材質(zhì)，尾附件需要選用比連接器材質(zhì)軟的材質(zhì)，表1 中存在腐蝕問題的插頭選用的鋁合金材質(zhì)尾附件均符合選用要求。相對于不銹鋼鈍化及鍍鋅鎳表面處理方式，化學(xué)鍍鎳鍍層較薄，沉積過程中析氫反應(yīng)造成鍍鎳層的針孔，同時(shí)表面的微孔和裂紋為后續(xù)腐蝕介質(zhì)和溶解氧等提供了腐蝕通道，容易導(dǎo)致鋁合金基體發(fā)生腐蝕。因此，相對于A 基地嚴(yán)峻的腐蝕環(huán)境而言，選擇耐蝕性更強(qiáng)的不銹鋼鈍化或鍍鋅鎳表面處理尾附件更為合理。

最后，鹽霧加速試驗(yàn)結(jié)果表明，用于試驗(yàn)的鋁合金鍍鎳尾附件未滿足AS85049 規(guī)范中耐蝕性要求，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，懷疑為批次質(zhì)量問題。

3 結(jié)論

A 生產(chǎn)基地典型的近海鹽霧環(huán)境是造成某型飛機(jī)主起艙尾附件表面腐蝕的主要原因。同時(shí)，在滿足連接器—尾附件適配原則基礎(chǔ)上，選型未選耐蝕性更強(qiáng)的尾附件以及供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量問題也加劇了腐蝕問題的發(fā)生。

尾附件腐蝕問題的發(fā)生一方面影響配套系統(tǒng)元器件的可靠性，另一方面增加飛機(jī)維修互換成本。建議后續(xù)嚴(yán)格管控供應(yīng)商產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)對于潛在更加嚴(yán)苛的服役環(huán)境，應(yīng)當(dāng)選用耐蝕要求更高的尾附件。