摘 要:本文介绍了美国海军航母舰载作战飞机,特别是F/A-18战斗机所遭受的严酷海洋环境腐蚀问题以及解决措施。
关键词:美国海军 航母舰载机 F/A-18 海洋腐蚀
一、 航母舰载机海洋环境腐蚀
为什么有风险的材料是生产F/A-18飞机所必不可少的?一个重要的原因就是腐蚀控制。如果飞机在空中飞行,腐蚀问题一般不在空中,而是在地面,或者像F/A-18飞机一样是在海洋之中。
对美国海军航母舰载机来说,观测报告指出腐蚀速度是相当严重的。

图1 F/A-18服役环境 暴露环境的严酷是腐蚀严重的原因之一,但它还需要与飞机在地面的时间相联系(或者在航母舰载机的修理甲板上,因为情况也许如此)。美国海军飞机平均每天飞行4~5小时,然而,腐蚀过程在非作战期间最活跃。因此,海军航母舰载机静止地暴露于严酷腐蚀环境每天达19~20小时。这揭示并说明海军航母舰载机遭受腐蚀的数量和严重性。因此,不仅气候因素进入了腐蚀方程式,而且持续时期和暴露方式也进入了腐蚀方程。 二、F/A-18战斗机腐蚀类型
风和水的联合行动是产生海水浪花的条件,在航母舰载机和船处于低干舷的情况下,当人们协助钢质门保持开启状态时,海水浪花会被带到飞行甲板和机棚甲板上。有时,这些水花似乎像飞沫或薄雾,其大小取决于主要气象条件。如果加上排气,盐雾就可能被酸化至pH为2。经常发现这些薄雾冷凝在舰载机上,以致达到飞机表面滴落海水的程度,因此环境的腐蚀性很强。
蒸发后残留的固体盐粒子可能积聚在飞机裂缝和接缝处。随后,由于湿气的加入(即使没有海水时),在裂缝或接缝处盐水条件就能产生和形成,换言之就是因为堆积物吸引湿气到金属表面从而形成了电解液。
腐蚀是类似于电池的化学反应,电子从一端流向另一端,因此需要同时存在三个条件才能发生腐蚀:
○1 存在一个阳极(材料最可能腐蚀)和阴极(材料腐蚀可能性最小)
○2 在阳极和阴极之间有电子导体
○3 电解液
对飞机来说,阳极和阴极可能是铝翼梁和复合外壳,电解液是来自波浪的盐水,而波浪正好越过航空母舰舰首以后坠落。由于阳极和阴极材料是按照设计标准(重量、强度和性能)选择的,阻止腐蚀的普通方法是密封隔水(电解液),通常是采用涂料和密封剂来实现的。
发生在飞机上的腐蚀类型有几种。在F/A-18飞机模铸线发现的普通腐蚀类型是丝状腐蚀,其特点是发生在涂漆的铝底层。丝状腐蚀多数从紧固件周围和涂覆体系已破裂的蒙皮边缘开始。高的相对湿度、氯离子(海盐)和氧促进了丝状腐蚀生长。维修腐蚀区域的方式是采用局部打磨方法除去腐蚀。海军已经研制出在现场进行腐蚀维修的自修复面漆。它含有无铬酸盐缓蚀剂以及不需要底漆。 
图2 丝状腐蚀 剥离腐蚀会引起铝薄片或分层的形成,这类腐蚀就是众所周知的剥层腐蚀。可以想象实心铝块变成了多层铝薄片。这类腐蚀是非常明显的,可能会导致铝结构强度的显著损失。 
图3 剥层腐蚀 如果一直观察F/A-18,那么剥离腐蚀是少见的,大多数部件采用较新的铝合金和改进的热处理而消除了剥离腐蚀。
点蚀是局部腐蚀,起因于铝上的小坑。一旦点蚀开始,它可能就会扩大和在铝上形成深洞,并通过氯离子、低pH和水的参与而加速,所有这些正如前面所述,是航空母舰环境的特征。在F/A-18飞机上已经发现了点状腐蚀。 
图4 点状腐蚀 晶间腐蚀发生在某些铝合金晶粒的边界,这类腐蚀是微观的。严重的晶间腐蚀会导致铝合金的延展性损失和剥离腐蚀。晶间腐蚀也能导致飞机结构的临界载荷破裂失效。在弹离航空母舰和捕捉至航空母舰时,F/A-18飞机要经受严酷的载荷。在高重力加速度操作时,严酷的载荷也会被加载到飞机上。 
图4 铝合金晶间腐蚀 应力腐蚀开裂(SCC)是最有破坏性的腐蚀类型之一。像晶间腐蚀一样,SCC也沿铝合金晶粒边界而发生。当有持续不变的张应力和暴露于腐蚀环境(海盐)时,SCC就会发生。SCC像晶间腐蚀一样,也能导致飞机结构的临界载荷破裂失效。在飞机制造时,安装和装配应力也应该消除。材料选择和过程也能预防SCC,选择较小SCC倾向的铝合金是关键。必须采用经过长时间时效处理、延展的和消除了应力的铝合金。同样,利用开发的用于减少应力腐蚀开裂的恰当的铝回火热处理也很重要。 
图5 7079铝合金构件应力腐蚀开裂 三、腐蚀控制措施
几种其他材料被用于防止F/A-18飞机的腐蚀。铝包皮用在飞机上以减少腐蚀趋向。在包覆层情况下,相对于纯铝的薄牺牲层保护了其下面的高强铝合金。铬酸盐转化膜和阳极氧化铝提供了抗蚀性以及改善了涂层的附着力。电位不同的金属涂上有机涂层以隔离阳极和阴极材料。铬酸盐环氧底漆为铝底层提供了大部分的腐蚀保护。聚氨酯面漆因其卓越的弹性和耐久性而被使用。聚硫化物密封剂和铬酸盐底漆被用于装置的湿扣件腐蚀保护,也用于连接表面和嵌条密封以便减少水侵入的可能,可以防止某些类型的腐蚀。
为了腐蚀保护除了选择正确的材料之外,确保这些材料由波音公司有资格的供应商和转包商严格地生产和应用同样重要。金属化学处理溶液的维护浓度和温度、涂料和密封剂的正确混合及控制、检验涂料和密封剂的附着力、测量铝热处理后的硬度和电导率、通过氢脆测试和每月一次的盐雾试验等等都是判定获得飞机最好耐蚀性的重要步骤。波音公司依靠其做得很好的供应商和转包商,因为腐蚀或许是当军用飞机服役时所面临的最大敌人。
在新飞机上使用特殊涂料会给海军维护人员造成有关腐蚀控制方面的额外挑战。用于飞机信号控制的涂料有时会加速腐蚀过程。大范围的工作就要求供应商将腐蚀对这些材料的影响减到最小。已经研制成功改善了耐蚀性的特殊涂料。
美国职业安全与卫生管理局(OSHA)的规定也许会引起腐蚀保护方面的额外挑战。OSHA正考虑显著的减少工人暴露在六价铬环境下的允许数量。铬在铝飞机的腐蚀保护方面是主力。无铬酸盐底漆正在研制,目前正在F/A-18飞机和其他飞机模铸线表面上进行户外评价。户外评价表明无铬酸盐底漆接近于铬酸盐底漆的耐蚀性,但溶液仍然需要进行内部结构方面的研制改进。
随着环境规定方面的不断改变,设计未来飞机以便将腐蚀减到最小永远都是一种挑战。新材料例如appliqué 涂料可能减少对F/A-18飞机模铸线的腐蚀量。 
图6 F/A-18 B和JPAP Appliqué在甲板上 差异最小的金属和限制扣件的数量能减少潜在的腐蚀,同时也能减少装配时间和费用。当高性能飞机同时有强度和重量要求时,新材料需要能够提供改善的耐蚀性。
航母舰载机要遭受最严酷的腐蚀环境。腐蚀控制措施非常繁重并需要持久坚持,而确保的总目标就是保持F/A-18机队处于高度战备状态以便保护国家和同盟国的利益。由于环保要求、职业安全和健康规则的修改,需要供应商不断地研制更绿色和更安全的材料。在波音公司和它的供应商之间加强联系以便开发解决这些问题的措施是非常必须的。 参考文献 [1] THE BOEING COMPANY.CORROSION AT SEA.A&M ENVIRONMENTAL TECHNOTES.FEBRUARY 2000 VOLUME 5, NUMBER 1.
[2] http://engmil.stl.mo.boeing.com/engmil/ea/.
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