从飞机设计和制造来看,不同金属的零部件相接触,造成不同金属之间的电位差和导电通路,各个部件组装在一起时,缝隙会存水和脏物形成电解质,会造成电化学腐蚀;有些结构由于受力的需要又处于高应力状态形成应力腐蚀的根源;在飞机制造过程中,由于生产工艺不当,保护性涂层做得不好,缺乏腐蚀控制措施等等原因,都可能带来腐蚀的隐患;在飞机使用过程中,飞行环境的恶劣,飞机表面涂层损坏,运输易产生强电解液体的货物都会使机结构产生腐蚀问题;不恰当的飞机维修和勤务,也会使飞机面临更多的腐蚀问题。飞机的腐蚀按其成因来分,主要可分为电化学腐蚀、表面锈蚀、应力腐蚀三大类,而电化学腐蚀是目前飞机最普遍和最严重的结构腐蚀之一。飞机的结构腐蚀如果不能得到有效的预防和控制,会造成结构修理工作量加大、修理周期延长、结构件大面积的加强和更换,由此导致很大的直接和间接经济损失,并造成飞机自身的不安全隐患。
缝隙腐蚀:发生在相似金属交接的地方,如果有水分进入,缝隙口的含氧量和缝隙内的含氧量不同,形成电位差,含氧量高的缝隙口处金属被腐蚀。一般出现在登机门门槛和货舱门槛处。缝隙腐蚀也叫浓差腐蚀,这类腐蚀是水分进入缝隙后,由于缝隙口处与位于缝隙中间及底部的水分含量不同形成电位差。在含氧量高的缝隙口处,金属就成为正极而被腐蚀。
微生物腐蚀:霉菌繁殖所产生的分泌物对构件的腐蚀称为微生物腐蚀。影响油箱微生物繁殖的主要因素是:霉菌孢子、燃油、水和湿度。霉菌在燃油和水的交界面上繁殖,呈长丝状,相互交织在一起形成网状物或球状物,看上去很黏,呈褐色或黑色。这种霉菌分泌物能破坏或穿透油箱铝合金结构保护层和密封胶,从而腐蚀铝合金结构。
摩擦腐蚀:两个相连接结构件,由于振动造成的相对运动使结构件磨损,新的磨损表面暴露在环境中,摩擦所产生的微粒反过来又加速磨损和腐蚀。常见于承受高频振动的地方,如起落架的轮轴和操纵系统活动面的连接轴上。
应力腐蚀:是材料在化学侵蚀环境下与机械性拉伸应力同时作用下的结果。一般的腐蚀是以材料被剥蚀的型态出现,而应力腐蚀则以裂纹的型态出现,且表面几乎没有任何腐蚀物堆积的现象,因此很容易被忽略,形成潜伏的危险因素。造成应力腐蚀的四个基本条件是:敏感性合金(susceptible alloy)、侵蚀环境、施加或残余拉伸应力、以及时间。一般出现在承受大载荷的飞机结构部位,如地板龙骨梁上,桁条,机翼前后翼梁上,下桁条等处。
异电位腐蚀:异电位腐蚀的现象可说是电镀的逆过程。当两种或两种以上不同的金属材料搭接成电导通状态时,因为彼此间的电位不同,材料间就会有电流通过,加上潮湿的环境有类似电解液的功用,致其中某一材料会产生坑洞状的腐蚀,并有硫化物、氯化物、氧化物的沉积。要防止异电位腐蚀,相互搭接的各结构零组件得挑选电位相近的材料,如果非得使用不同类型的材料,可以采用铬酸盐或环氧树脂等进行涂装,进行腐蚀防护。
随着飞机先进复合材料等的应用,如石墨纤维和铝,两者的电位差很大,交界面有发生异电位腐蚀的风险,需采取相应的防护措施进行防护。
近期,我们对中国民航波音机队腐蚀情况进行了调研,调研了包括在全国各地的厦航、国航、东航、南航等70多架波音飞机,调研在中国民航方面具有很大的深度和广度。收集了每一架飞机的非例行工作条目,进一步筛选出所有腐蚀损伤条目,包括轻微腐蚀、1级腐蚀和2级腐蚀。收集了主要结构件重大腐蚀损伤修复的详细工作记录,波音飞机和空客飞机的腐蚀损伤报废件。
某地区的环境影响飞机蒙皮的数据。
737蒙皮1级腐蚀频数和氮氧化物频率没有呈现某种关系。值得注意的是,当前一年的氮氧化物频率高的时候,下一年的蒙皮腐蚀频数会高。
理论上硫氧化物会对金属腐蚀有一定的影响。从图3-5可以看出,硫氧化物频率与蒙皮1级腐蚀频数呈正比关系,即随着硫氧化物频率的升高,蒙皮1级腐蚀频数也升高。
从图3-6可以看出,在2004年之前可吸入颗粒物均值较高,而蒙皮一级腐蚀频数较低,2004年之后,可吸入颗粒物均值较低,蒙皮一级腐蚀频数相当高。
对腐蚀分布图的简要分析,可以得知腐蚀以机身下半球为,主龙骨梁/轮舱区域的腐蚀发生次数并不突出。腐蚀区域主要有客舱区域、客舱门区域、厨房、卫生间结构、前货舱区域、前货舱门区域、后货舱区域、后货舱门区域、龙骨梁/轮舱区域、蒙皮等部位。
各种飞机的多数关键零部件都出现过腐蚀故障,重大腐蚀事故多由发动机零部件引发;各种腐蚀类型都出现过,尤以腐蚀与应力协同作用发生的腐蚀类型(应力腐蚀、氢脆、镉脆、腐蚀疲劳)导致的故障危害最大;各种材料都发生过腐蚀,尤以高强度材料腐蚀及其与应力协同作用发生的故障危害最大。腐蚀故障引发过一、二、三等重大事故,造成过重大损失。
按材料分析,所发生的46个重大腐蚀故障件中,最危险的腐蚀事故,多发生在受力较大的高强度材料(超高强度钢、高强度钢、渗碳氮钢等),是应力与腐蚀协同作用的结果。表现在高强度材料制件上,46个腐蚀事故中,强度较高的钢材引发的事故达28件,占60.9%。(参见表3-4)
按腐蚀分类分析,重大腐蚀故障,多主要发生在受力与腐蚀协同作用出现的腐蚀类型上,例如,应力腐蚀、氢脆、镉脆、腐蚀疲劳等,46个腐蚀事故中,这些引发的事故达23个,占50%,(可参见表3-5)。
从技术责任分析,重大腐蚀故障的发生,那个部门当负主要责任,当时的调查表3-明,46件事故中,17件是设计直接造成的,占37%;35件是制造过程造成的,占76.1%,其中以电镀、热处理和机械加工造成的过失造成的事故居多,我国航空制造的决定权在设计,只有经过设计部门批准的制造工艺才可以使用,所以,制造工程中的责任也应该是设计负责,或者说设计与制造共同负责,可见,航空腐蚀故障的频频发生,制造的不科学当负责任,更应该负责的是设计。设计师和制造工程师没有责任、不担责任、无知和疏忽是造成航空腐蚀事故的主要责任人。(可参考表3-6)