海上飛機發(fā)動機葉片的腐蝕失效與防護層

1、海上飛機發(fā)動機葉片的腐蝕失效與防護層論文導讀：發(fā)動機葉片的腐蝕十分嚴重。表面施加耐腐蝕防護層只是其中一個環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：海上型飛機，發(fā)動機葉片，腐蝕失效，防護層前言腐蝕是飛機發(fā)動機壓氣機和渦輪轉(zhuǎn)子及靜子葉片主要的表面失效形式。表面腐蝕的發(fā)生會使葉片的形狀尺寸產(chǎn)生變化，如出現(xiàn)蝕點、蝕溝、掉塊等，從而降低發(fā)動機性能和使用壽命。海上飛機因為長期在鹽霧腐蝕介質(zhì)下飛行和停放，發(fā)動機葉片的腐蝕十分嚴重，尤其是一些設計使用環(huán)境為北方內(nèi)陸地區(qū)的老舊機種。這些機種在研制和生產(chǎn)時都沒有考慮和采用沿海地區(qū)使用的各項防腐措施。因此在北方內(nèi)陸地區(qū)使用時幾乎不存在腐蝕，但在南方沿海使用時，壓氣機葉片和渦輪葉片腐蝕、斷裂導致

2、發(fā)動機損壞就成為多發(fā)性故障，一些腐蝕嚴重的機種在返廠翻修時甚至出現(xiàn)壓氣機葉片幾乎需要全部更換的情況。對于渦輪葉片，由于目前還沒有普遍采用先進的表面技術(shù)進行表面防護，在海鹽、硫和高溫的綜合作用下發(fā)生熱腐蝕，造成葉片表面金屬氧化加速、氧化皮成片脫落甚至葉片斷裂，也成為近些年來海航發(fā)動機主體結(jié)構(gòu)的多發(fā)性故障和危險性故障之一。1海洋大氣環(huán)境因素對發(fā)動機葉片腐蝕的影響相較于陸基飛機，海上飛機發(fā)動機葉片的腐蝕失效具有多發(fā)性和嚴重性，這和海上飛機發(fā)動機的工作及停放環(huán)境為海洋大氣緊密相關(guān)。對于壓氣機葉片，因為長時間處于空氣濕度大、溫度高、鹽霧重的環(huán)境里，海洋大氣中的含鹽粒子沉積在壓氣機葉片表面，產(chǎn)生吸濕潮解作

3、用，使金屬表面液膜的電導增大，加上氯離子本身具有很強的侵蝕性，因而加劇壓氣機葉片的電化學腐蝕。同時一些工業(yè)發(fā)達的沿海地區(qū)，大氣中還含有SO2、Cl2、CO2、CO和氮氧化物等污染物。這些污染物的存在進一步加劇金屬的電化學腐蝕，其中以SO2的影響為最大。而NH4+、NO2含量高則容易使鋁合金葉片產(chǎn)生剝蝕。用耐熱合金制成的渦輪葉片不會發(fā)生電化學腐蝕，但在發(fā)動機工作時會產(chǎn)生熱腐蝕以及高溫氧化。海洋大氣環(huán)境對渦輪葉片腐蝕的影響主要表現(xiàn)在熱腐蝕上，即高溫下NaCl等海鹽粒子與含硫的氣態(tài)介質(zhì)作用，生成熔鹽，附著在葉片表面，破壞葉片表面氧化層，使內(nèi)層金屬的氧化速度加快。實驗證明，工作氣氛中鹽份里的鈉能提高氧

4、化物離子的活度，生成揮發(fā)性氯化氫，加速葉片表面氧化層的破裂。2 發(fā)動機葉片在海洋大氣環(huán)境中的耐蝕性及腐蝕失效形式壓氣機葉片的常用制造材料有鋁合金、不銹鋼和鈦合金，其中鈦合金耐海洋腐蝕性最好。硬鋁（LY2，AlCuMg系合金）和鍛鋁（LD2、LD6、LD7、LD7-1，AlMgSiCu系合金）在海洋大氣中的耐蝕性相對較差，容易發(fā)生點蝕、晶間腐蝕、剝蝕等。不銹鋼葉片容易形成點蝕和晶間腐蝕。此外，由于工作葉片在發(fā)動機工作時要承受很大的拉應力和振動應力，會產(chǎn)生應力腐蝕和腐蝕疲勞。用耐熱合金制成的渦輪葉片一般不會發(fā)生電化學腐蝕，但在工作時會發(fā)生熱腐蝕。2.1點蝕點蝕具有很大的破壞性和隱患性，它使葉片更容

5、易發(fā)生晶間腐蝕、剝蝕、應力腐蝕和腐蝕疲勞，點蝕會成為這些局部腐蝕的起源。鋁合金和不銹鋼在海洋大氣中都會發(fā)生點蝕。兩種材料表面都有保護膜或鈍化膜，當鈍化膜表面存在裂縫、擦傷、夾雜等缺陷時，就很容易形成點蝕。當葉片表面液膜中的氯離子含量增大時，點蝕速率也會加大。幾種鋁合金在海洋大氣中的點蝕傾向稍有不同。實驗表明，防銹鋁、鍛鋁在海洋大氣中的抗點蝕能力好于硬鋁。不銹鋼產(chǎn)生點蝕的具體形態(tài)除了蝕孔還有坑蝕、麻點、蝕溝等等。2.2晶間腐蝕晶間腐蝕一般從表面開始，沿著晶界向內(nèi)部發(fā)展直至成為潰瘍性腐蝕，最后使整個構(gòu)件的金屬強度幾乎全部喪失，對結(jié)構(gòu)的安全危害很大。晶間腐蝕的產(chǎn)生必須具備兩個條件：一是晶界物質(zhì)的物理

6、化學狀態(tài)與晶粒不同，另一個是特定的環(huán)境因素如潮濕大氣、電解質(zhì)溶液等。不銹鋼和鋁合金葉片在海洋大氣中都會發(fā)生晶間腐蝕。如18-8鋼在晶界析出沉淀相（Cr23C6），使晶界附近為貧鉻區(qū)；硬鋁合金沿晶界析出CuCI2造成貧銅區(qū)，使晶界和晶粒成為腐蝕微電池的陽極和陰極，海洋大氣的潮濕和含鹽特性加劇了微電池的腐蝕過程。2.3剝蝕剝蝕是形變鋁合金的一種特殊腐蝕類型。硬鋁和防銹鋁對剝蝕都很敏感，這是因為這兩種合金在海洋大氣中都有較大的晶間腐蝕傾向。在材料經(jīng)過形變制成葉片時，葉片表層具有了平行表面的層狀晶粒組織。如果發(fā)生晶間腐蝕，形成的不溶性腐蝕產(chǎn)物比產(chǎn)生它們所消耗的金屬占據(jù)更大的體積，形成張應力，就會導致尚

7、未腐蝕的金屬開裂或剝落。2.4應力腐蝕應力腐蝕是由拉伸應力和腐蝕共同作用引起的破壞。應力腐蝕的產(chǎn)生必須同時具備三個條件，即特定環(huán)境、足夠大的拉伸應力、特定的合金成分和組織。鋁合金、不銹鋼在海洋環(huán)境中都有較大的應力腐蝕敏感性。發(fā)動機葉片上作用的拉伸應力來源可能為：機加工時產(chǎn)生的殘余應力；工作時作用的拉應力；由于腐蝕產(chǎn)物的體積效應而造成的不均勻應力?？萍颊撐摹８纳撇馁|(zhì)、設法降低或消除應力、表面施加保護涂層使葉片與環(huán)境隔離，或使用對環(huán)境不敏感的金屬作為鍍層，采用這些措施可以有效防止應力腐蝕斷裂。2.5腐蝕疲勞腐蝕疲勞是腐蝕與循環(huán)應力聯(lián)合作用產(chǎn)生的。循環(huán)應力的形式較多，對發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片來說，循環(huán)應力以交變的張應力和壓應力（振動應力）最為普遍。腐蝕疲勞可以使葉片在很低的應力條件下發(fā)生破斷，因此對發(fā)動機工作葉片的危害極大，尤其是鋁合金和不銹鋼轉(zhuǎn)子葉片。介質(zhì)因素是影響腐蝕疲勞的因素之一。研究表明：隨鹵族離子濃度