41某米系列直升机旋翼桨叶大梁下表面晶间腐蚀分析王跃然.doc

第二十八届（2012）全国直升机年会论文某米系列直升机旋翼桨叶大梁下表面晶间腐蚀分析王跃然1 范海蓉1 徐 雷2 雷运洪1（1 陆军航空兵学院，北京，101123，2 65529部队，辽阳，111000）摘 要：本文介绍了铝合金晶间腐蚀的特征和概念，并针对一起某米系列直升机旋翼桨叶大梁下表面晶间腐蚀现象，分析了造成腐蚀的发生原因，腐蚀发展的过程和机理，影响晶间腐蚀的内部材料因素和外部环境因素，并提出了具体的预防措施和腐蚀发生后的处理方法。关键词：桨叶大梁；晶间腐蚀1 引言随着直升机服役时间的增加，有效地检查出直升机结构上存在的各种腐蚀并进行去除，是成为保证飞行安全、延长部件使用寿命的关键。米系列直升机旋翼桨叶大梁多采用铝合金挤压型材，在大气环境下，铝合金处于钝化区，其表面形成一层致密的氧化膜，阻碍了活性铝基体与周围大气相接触，故具有良好的耐蚀性。但不当的维护方法和恶劣的环境会破坏旋翼表面涂装保护层和氧化膜保护层，并诱发铝合金的晶间腐蚀。2 晶间腐蚀的概念和特征晶间腐蚀是金属在适宜的腐蚀环境中沿着或紧挨着材料的晶界发生和发展的局部腐蚀破坏形态。晶间腐蚀从金属表面开始，沿着晶界向内部发展，使晶粒间的结合力丧失，以致构件的强度几乎完全消失，是一种危害性很大的局部腐蚀。典型的晶间腐蚀形貌如图1所示。途中深色区域为一个或若干个晶粒，浅色区域为晶界。a)×500 b)×1500图1 晶间腐蚀显微形貌晶间腐蚀的产生有两个必备条件：晶界物质的物理化学状态与晶粒不同；特定的腐蚀环境因素。旋翼晶间腐蚀不仅导致旋翼的承载能力降低，而且可诱发晶间型应力腐蚀开裂，使旋翼在远低于安全应力水平的情况下破坏。造成晶间腐蚀的原因主要有：晶界析出第二相，造成晶界某一合金成分的贫乏化；晶界析出易于腐蚀的阳极相；杂质与溶质原子在晶界区偏析；晶界区原子排列杂乱，位错密度高；新相析出或转变，造成晶界处较大的内应力。这些原因均可能构成特定体系的晶间腐蚀机理模型。3 旋翼下表面晶间腐蚀分析一架米系列某型直升机旋翼下表面晶间腐蚀宏观形貌如图2所示。可以看出旋翼桨叶大梁下表面涂装脱落，呈龟裂状腐蚀形貌，符合晶间腐蚀的特征。网状腐蚀沟内所包含的区域为若干个铝合金固溶体晶粒，而腐蚀沟所在位置为晶界。其发生的原因可以用图3和表1来解释。图2 旋翼下表面晶间腐蚀形貌图3 铝合金金相微观组织成分示意图表1 铝合金晶粒晶界各成分电极电位电极电位/V晶粒内部晶界LC固溶体纯AlS相:Al2CuMg相:MgZn2EH-0.81-1.00-1.04-1.07EHg-0.75-0.76-0.81-1.06旋翼表面铝合金在制造阶段的熔炼、热处理等过程中容易在晶界析出第二相，或者有杂质在晶界位置偏析，导致晶界区原子排列紊乱，位错密度高。从图3可知，铝合金晶界由三种物质组成，晶界的基体是不含合金元素的纯铝，纯铝内弥散分布两种金属间化合物：S相（Al2CuMg）和相（MgZn2），而晶界内部为严格化学计量比、成分稳定的铝合金固溶体。即满足了本文第二节所述晶间腐蚀必备条件的第一条。同时，该架机长期室外停放，下表面易积聚雨水或其他液体，而铝合金为两性金属，遇酸碱均可发生腐蚀。污染的潮湿大气，酸雨和不当的表面清洁措施均可提供电化学腐蚀的电解质溶液条件，即满足晶间腐蚀另一必备条件。由表1可知，不论采用标准氢电极还是饱和甘汞电极测量，晶界三种成分的电极电位均低于晶粒内部的铝合金固溶体的电极电位。腐蚀发生后，在晶粒-晶界组成的微观腐蚀原电池模型中，电极电位较高的晶粒组织电化学性质相对稳定，即作为阴极被保护；而电极电位较低的晶界物质电化学性质活泼，作为阳极被溶解，整体过程中发生的电化学腐蚀有：从腐蚀反应式中可以看出，腐蚀最终产物为铝的两性氢氧化物，同时电解质溶液有酸化的趋势，将加速晶间腐蚀的形成，腐蚀最终即形成图2所示晶间腐蚀宏观形貌。4 旋翼晶间腐蚀的影响因素和控制影响旋翼大梁晶间腐蚀的因素主要有组织因素、成分因素（内因）和环境因素（外因）。（1）组织因素 晶界和晶间的物理化学状态及化学成分不同，是导致其电化学性质不均匀，引发晶间腐蚀的关键。若晶界原子排列混乱，缺陷多，含有易产生晶界吸附的C、S、P、B、Si等元素，或析出成分复杂的第二相，均可加速晶间腐蚀。（2）环境因素 实验表明，酸性环境能增大铝合金晶间腐蚀电流，且电解质溶液PH值越小，腐蚀越剧烈，使阳极溶解速度加快，在含氧量高的电解质溶液中更为明显。因此在酸性环境中晶间腐蚀的倾向更为严重。此外，含复杂成分的雨水、潮湿大气和高温环境，均可加速晶间腐蚀。防止和控制旋翼大梁发生晶间腐蚀的主要方法有：（1）表面涂装 表面涂装是隔绝旋翼结构材料主体与外界腐蚀环境的第一道屏障，若发现涂层破损，应及时按修理手册处理。对于轻度涂层磕碰、划伤，可用砂纸将原涂层打磨掉后重新涂装；对于鼓泡、抽缩等情况，还应用规定的化学溶剂进行表面处理后方可重新涂装。（2）表面清洁 旋翼桨叶表面的积尘可作为腐蚀源诱发局部腐蚀，应使用抹布沾中性清洁剂顺一个方向轻轻擦除表面尘土，及时抖去赃物，不能用酸性或碱性溶液清洗铝合金旋翼，亦不能来回擦拭，防止抹布上的沙土擦伤表面涂层。直升机长期停放时应将旋翼桨叶套装防尘布罩。（3）腐蚀处理 当发现旋翼表面有轻微腐蚀时，可用抹布沾煤油擦除；如腐蚀较严重，可用沾有煤油的抹布沾上碳粉顺一个方向反复搓磨；腐蚀很严重时，可用“000”号砂纸沾上2号低温润滑脂擦磨；之后按规定进行表面涂装。5 小结米系列直升机铝合金旋翼桨叶的腐蚀现象容易被忽视，且晶间腐蚀的发生和发展会经历一个长期的过程，若采取合适的防护手段是可以对其进行有效控制的，因此在日常维护工作中应采取针对性措施做好维护保养工作，在雨季或潮湿地区应集中组织对旋翼进行预防性检查，并对机务人员进行有关腐蚀特点的维护教育，以提高旋翼桨叶的环境适应性。参 考 文 献1 李晓刚, 郭兴蓬. 材料腐蚀与防护M. 长沙: 中南大学出版社, 2009, 032 左禹, 熊金平. 工程材料及其耐蚀性M. 北京: 中国石化出版社, 2008, 083 CHEN Y L, J IN P. Study on Load Environmental Spectrum and Accelerated Corrosion Equivalent Spectrum of Aircraft Structure C , FATU GUE99 ,1999: 2353-2358.4 FOU GERES A L , HOLMS , ROOTZEN H. Pitting Corrosion : Comparison of Treatment s with Extreme value-distributed ResponsesJ . Technometrics, 2006, 48 (2): 262-272.1111