浅谈飞机与飞机油箱腐蚀的研究现状

郝兆辰 石 博 黄楚杰 雷 轩

（中国民航大学交通科学与工程学院油气储运工程系，天津 300300）

0 引言

如今，飞机材料及腐蚀方面的研究越来越备受重视。飞机油箱的腐蚀是影响飞行安全的一个重要因素，由于腐蚀过程会产生一些杂质，而这些杂质的成分比较复杂，不仅会影响油箱内航空油料的品质，也会堵塞油滤、油泵、燃油调节器以及燃油系统的其他附件，进而影响发动机的连续供油，严重影响航空安全。目前，国内外对于飞机油箱腐蚀方面的研究很多，但大多数都是研究裸钢在积水环境或者微生物环境下的腐蚀，我国对于有防腐涂层的金属研究越来越重视，美、英等发达国家也十分重视新的或改进的防腐涂层在飞机上的应用研究，并建立评定涂层的加速试验方法对涂层性能功能考核。

1 飞机及飞机油箱的腐蚀种类

1.1 化学腐蚀

金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程。这类腐蚀不普遍、只有在特殊条件下发生，例如，化工厂里的氯气与铁反应生成氯化亚铁：Cl2+Fe→FeCl2。虽然飞机与飞机油箱很少有这种特殊的条件，但在某些高温环境的催化下飞机材料也可能发生高温下的氧化还原反应或氢脆。还有飞机的输油管等由橡胶制成的部位也可能由于氧化造成变性。

1.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀就是金属和电解质组成两个电极，组成腐蚀原电池。例如铁和氧气，因为铁的电极电位总比氧的电极电位低，所以铁是负极，遭到腐蚀。特征是在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包，次层是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷。飞机遇到下雨天时，飞机表面会有雨水，一些非整体密封的部位更是会产生积水，雨水中含有大量的离子，比如氯离子等，就会与飞机的材料产生电化学反应进而产生腐蚀。对于飞机的金属材料特别是飞机油箱来说，金属长时间浸泡于液体环境中，会发生一系列的电化学反应和腐蚀，对于飞机油箱一般来说就是出现一些小鼓泡或者结垢或者出现一些黑色的凹陷。此外还有微生物腐蚀，微生物腐蚀是一种电化学腐蚀，所不同的是介质中因腐蚀微生物的繁衍和新陈代谢而改变以了与之相接触的界面的某些理化性质。微生物细胞新陈代谢的中间产物和最终产物的分泌物以及外酵素都能够引起材料失效。习惯上将细菌腐蚀分为厌氧腐蚀和好氧腐蚀，实际上在生物膜与细菌群体之中，多种菌类是共处一起的，在发生厌氧腐蚀的同时也在发生好氧腐蚀[1]在飞机油箱中也有很多的微生物，硫酸盐还原菌、硫氧化菌、腐生菌、铁细菌和真菌，这些都会与油箱内壁发生或多或少的微生物腐蚀，造成危险。

1.3 应力腐蚀

飞机材料或构件在静应力（主要是拉应力）和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。其特点是造成此种破坏的静应力远低于 材料的屈服强度 ,断裂形式为没有塑性变形的脆断。以飞机的起落架为例，在飞机降落时，起落架自锁支撑飞机，轮轴收到轴向拉应力，支撑杆收到轴向压应力，都会造成应力腐蚀。飞机的舱门由于需要严格的密封效果，所以需要很大的压力来关紧舱门，由此造成较大程度的应力腐蚀。

1.4 点蚀

点蚀是一种集中于金属表面很小的范围并深入到金属内部的腐蚀形态。点蚀一般是直径小而深度深。蚀孔的最大深度和金属平均腐蚀深度的比值，称为点蚀系数。点蚀系数愈大表示点蚀程度愈严重。在飞机油箱中，如果金属直接裸露在航空煤油中，长此以往航空煤油中的一些离子就会与油箱的金属发生反应，Fe变为Fe2+，Cr变为Cr3+，Ni变为Ni2+，蚀孔外钝化金属表面主要发生氧化极化反应，氧气和水变为OH-，产生Fe（OH）2，Fe（OH）3，堵塞在孔口形成浓差电池，加速了孔内阳离子的堆积，进而加速了腐蚀的进行会导致孔越来越深，造成危险[2]。

2 国内外防护腐蚀采取的措施

2.1 保持飞机停放周围环境的干燥，飞行后进行保养

为避免飞机长时间处在潮湿的环境造成化学或电化学腐蚀，应保证飞机停放时周围环境干燥些，在飞行后对飞机表面进行清洗，打蜡。注意飞机停放的位置要保持通风，且温度不宜过高也不宜过低，过高或过低的温度在潮湿的环境下都会催化化学腐蚀。

2.2 合理选择飞机和飞机油箱材料

对于飞机材料，要选用复合材料，钢中加入可以形成保护膜的铬、镍、铝、钛；改变电极电位的铜以及改善晶间腐蚀的钛、铌等，可以提高耐腐蚀性。如不锈钢这些抗腐蚀性能好的材料。另外要保证材料表面的光洁度，这样会增加材料的紧密度，减小与腐蚀性液体的接触面积，一定程度上减少腐蚀。

2.3 在飞机及飞机油箱表面涂抹防腐涂层

防腐涂层就是在金属表面涂抹一些涂料，隔绝金属与外界空气和液体等容易造成腐蚀的物质的直接接触，从而达到防腐的效果。国外军机复合材料表面防护涂层系统一般采用底、面漆双层的涂层系统，如无铬溶剂型防护底漆加柔韧型的防护面漆涂层系统、无铬水基防护底漆加柔韧型的防护面漆涂层系统。美国波音公司研制的舰载机 F/A-18E/F、T-45，采用的是高固体份防护环氧底漆 MIL-P-23377和聚氨酯蒙皮面漆 MIL-PRF-85285。环氧底漆具有优异的耐化学品性好及较好的施工性能，底漆经 1000小时丝状腐蚀后，划痕处生长的丝长不超过3.2mm，其与配套蒙皮面漆使用，耐盐雾2000小时后，在划痕处仍不出现腐蚀问题，具有优异的抗腐蚀性能[3]。波音飞机油箱的防腐涂层采用的是有机涂层，不同于普通涂层，这种涂层在金属表面有很强的附着力，对于油箱内油的隔离有着很好的效果，并定时检修飞机油箱，对于航空煤油来说，虽然十分精纯但还是会有少量的杂质，燃油中的重质成分会在油箱底部沉积，其中含有的酸性物质或一些微生物可能会损坏涂层。对于涂层来说随着浸泡时间的延长，涂层脱落的位置全部变为阳极，并一直作为腐蚀反应的阳极，发生金属溶解反应；阴极反应发生在涂层脱落位置的四周，随着时间的延长阴极区域不断向涂层远端迁移。并且在氯离子的渗透和涂层的失效原因，涂层下的一些点出现了阳极电流。也就是说涂层脱落面积越小，越先发生阴极的迁移。涂层脱落面积越大，随着时间的推移，阴极区域所占面积越大，涂层失效面积越大。所以定期查修，尽早发现涂层脱落并进行修补就会极大程度的减少油箱的腐蚀。

3 结语

从总体上看，国内外对于飞机腐蚀特别是飞机油箱腐蚀的研究较少，较为单调。做好飞机特别是飞机油箱的防腐蚀研究及工作，不仅可以减少因腐蚀造成大修和整体更换所耗费的大量人力物力；更关键的是可以大大提高飞机的安全系数，顺应我国乃至世界的经济高速发展，飞机行业的高速发展。