民机腐蚀的检查方法9-1

• 在航空领域，由于工作环境的特殊性，工作条件的苛刻性， 对金属材料有更高性能的要求：更高的强度、优良的抗疲 劳性、耐蚀性、耐热性等。
• 飞机上主要使用的是合金结构钢。调质钢30CrMnSiA就是最
常用的飞机用钢。
化学成分对耐蚀性的影响——C
（1）非氧化性酸中，含 C量愈高，碳钢的腐蚀速度愈快，钢 中含C量增高，其组织中渗碳体量就会增多； （2）氧化性酸中，随着C含量的增加，腐蚀速率增高，当C含 量超过某一数值后，腐蚀速率下降，阴极相（渗碳体）促进
金属材料的选择原则
• 飞 机 用 调 质 钢 30CrMnSiA ， 当 热 处 理 控 制 其 抗 拉 强 度 在
1176MPa以下时，对应力腐蚀和氢脆的敏感性不太大，而当 热处理到抗拉强度为1373MPa时，对应力腐蚀和氢脆的敏感 性明显增加。所以选材的同时也要选择合适的热处理状态， 控制材料的抗拉强度在技术要求的中、下限为宜。
Pd钯、Pt铂、Ru钌及其它Pt铂族金属；
• 灰口铸铁中含有石墨，在 20℃的10 ％硝酸中，石墨的存在 使基体Fe 处于钝态；碳钢不能自钝化，在盐酸中， Fe 无法钝 化，石墨反而使腐蚀增加。
合金化增大腐蚀体系的电阻
•促使合金表面生成具有保护作用的腐蚀产物；
• 对合金元素和腐蚀产物的要求：
-与基体金属形成固溶体，满足力学性能要求； -腐蚀产物不溶于腐蚀介质、电阻高、致密完整。 • 典型应用：加入Cu、P、Cr等元素的低合金耐候钢。
耐蚀金属材料的分类
•成分：
– Fe合金，重金属合金，难熔金属合金，贵金属合金等。 • 耐蚀性： ①不锈－在大气条件下和中性电解质； ②耐酸－对活性的酸稳定：盐酸、硝酸、硫酸、碱及其它介 质稳定； ③耐热－高温下对气体腐蚀； ④耐其它形式腐蚀－如耐磨蚀、抗应力腐蚀、耐腐蚀疲劳等。 • 组织结构： -固溶体；双相或多相合金；沉淀硬化等复杂合金。
铁矿石Fe2O3
鼓风炉–还原成Fe
Fe氧化–铁锈-Fe2O3
结构钢
熔炉
纯金属的耐蚀性
在恒温、恒压条件下，反应的自由能ΔG与电量Q、电极电位 E之间成正比变化： ΔG = −QE 纯金属的热力学稳定性： • 标准电极电位越负，则热力学上越不稳定，易腐蚀；
• 标准电极电位越正，则热力学上越稳定，不易腐蚀。
-常用合金元素有：Cu、Sb(锑)、Sn、Cr、Ni
。
• 碳与铁的合金通称为碳钢。
• 按 含 碳 量 的 高 低 可 分 为 低 碳 钢 (0.02-0.25%C) 、 中 碳 钢
(0.25-0.60%C)和高碳钢(0.6-2.11%C)。 • 含碳量增加，碳钢的塑性、韧性降低，硬度升高； • 强度在含碳量为0.9%左右时达最高值，然后逐步下降。 • 碳钢的生产工艺比较简单，价格便宜，具有一定的机械性 能，在国民经济各部门获得广泛的应用。
合金化阻滞阳极过程
减少阳极相的面积：
• 基体是阴极，第二相或晶界是阳极，减少阳极面积，提高
耐蚀性； • 海水中， A1-Mg 合金中的第二相 Al2Mg3 是阳极，随着 Al2Mg3 逐渐被腐蚀掉，阳极面积减小，腐蚀速度降低； • 合金中第二相是阳极的情况很少，多数合金第二相是阴极

相；
• 加大局部腐蚀的危险性（阳极相构成连续的通道）。
Fe的耐蚀性
在自然环境（大气、天然水、土壤等）中耐腐蚀性相对最差
– Fe及其氧化物上氢过电位低，酸性水氢去极化腐蚀容易；
– Fe及其氧化物上氧离子化过电位低，氧去极化腐蚀容易； – 铁锈层中Fe3＋参与去极化作用； – 石墨与渗碳体（Fe3C）具有相当高的阴极效率； – Fe腐蚀产物的保护性能相当差，Fe(OH)2易溶解；
中产生的残余拉应力，可采用应力消除热处理、喷丸、滚轧 等方法消除残余拉应力，并使其产生压应力，以减少应力腐 蚀开裂和氢脆的危险。
9.1.3
表面镀层与工艺的选择
1. 在对基体金属施加镀层时，要考虑镀层金属对基体金属有 无影响，要考虑电偶腐蚀问题。 高碳钢、低合金钢、钛合金等都有较高的镉脆敏感性，故 这些材料不能镀镉，甚至不能与镀镉的其它零部件接触， 不能与镀镉的垫片、螺栓装 配。铝合金使用钢或不锈钢 铆钉或螺栓连接时，铆钉或 螺栓最好镀铝，以防止铆钉 (螺栓)与铝合金形成电偶腐蚀。
3. 合金钢强度越高，其氢脆的敏感性越大。中强度钢，常温 下含氢 3-5PPM 即可发生氢脆；高强度钢，常温下只要含氢 1PPM就可能发生氢脆。 对于抗拉强度大于1235MPa的低合金钢，尽量不使用电解液 电镀工艺，可采用真空镀或离子镀的办法。 对于抗拉强度大于1517MPa的高强度结构钢应禁止用酸性除 锈液除锈，以防氢脆。
金属的耐蚀性与元素周期表
• 同一族中：稳定性随元素的原子序数增大而增加； • 最容易钝化金属：长周期偶数列IV、VI，原子内电子层未 被填满； • 最活性的金属：第I主族，比较不稳定的金属位于第II主族。
耐蚀材料的合金化原理和途径
• 提高阳极金属的平衡电位；
• 增加阴极极化率；
• 增加阳极极化率； • 加入易钝化元素使之钝化； • 加入强阴极性元素促进阳极钝化； • 增大腐蚀体系电阻。
– 易形成氧浓差电池；
– 在自然条件下钝化能力弱，在含氧水中远不如 Al 和Cr稳定。
铸铁的耐蚀性
铸铁耐蚀性低，合金化后形成耐蚀合金铸铁
1.高合金铸铁：
-高Si铸铁：SiO2致密保护膜； -高Ni铸铁：含14-30％Ni ，极好的耐碱腐蚀性； -高Cr铸铁：含15-30％Cr，钝化。 2.低合金铸铁
9.2.2
合金元素对抗蚀性能的影响
• 原因是在氧化性酸中，渗碳体的含量增加到一定数值后， 可使铁开始出现钝化所致。
环境里保持钝态，即所谓的不锈钢。
加入阴极性合金元素促进阳极钝化：
• 对于可能钝化的腐蚀体系，加入强阴极性合金元素，提高
阴极效率，使腐蚀电位正移，合金进入稳定钝化区； • 只适用于可钝化的腐蚀体系； • 加入阴极性元素的合金化只需很少（0.1％-0.5％）； • 可加入的阴极性合金元素主要是一些电位较正的金属，如
–工业Zn中含Fe或Cu杂质，Fe、Cu的析氢过电位低，成为Zn
在酸中腐蚀的有效阴极区，加速Zn的腐蚀； –加入析氢过电位高的Cd或Hg，由于增加了析氢反应的阻力， 可使Zn的腐蚀速度显著降低。
合金化阻滞阳极过程
增加阳极极化率Pa，使阳极过程受阻：
①减少阳极相的面积；
②加入易于钝化的合金元素； ③加入阴极性合金元素，促进阳极钝化。
9.1.2
加工工艺的选择
3. 结构锻件、机械加工板材和挤压件的关键表面，对因机械
加工和热处理后易受影响的表面，对锻件要求擦光、磨光、
抛光处理的部位，均应进行喷丸强化处理。 4. 对于冲压或热压配合、螺栓紧固、装配等工艺，可能在零 件表面产生残余拉应力的情况，可采用提高成形精度、合理
引入衬垫加以解决。对于成形、加工、热处理、焊接等工序
9.1.3
表面镀层与工艺的选择
2. 对高强钢和钛合金因其氢脆敏感性比较高，故在表面处理 过程中应严格控制酸洗和电镀工艺，防止氢脆的发生。 对这类材料酸洗时一定要加缓蚀剂，抑制氢的析出；电镀 可选用低氢镀液，控制合适的电流密度，以减少氢的渗透， 镀后还应进行脱氢处理。
9.1.3
表面镀层与工艺的选择
合金化提高热力学稳定性
腐蚀过程的推动力E0c－E0a
• 通过合金化把平衡电位E0a提高，对于非钝化控制的阳极活 化溶解过程，使腐蚀电流降低。 提高金属的热力学稳定性 – 加入平衡电位较高的合金元素（通常为
贵金属），可使合金的平衡电位升高，增
加热力学稳定性。
合金化阻滞阴极过程
• 增加阴极极化率Pc，使阴极反应受阻；
• 合理的选材涉及到材料的力学性能，加工工艺性能，材料 的工作状态，环境条件，耐蚀性和经济性等。 • 材料的耐蚀性与材料的结构组成、热处理状态、加工程序、 环境介质等因素有关。
• 在不影响其它性能要求的前提下，尽量选用抗蚀性能好的
材料和对抗蚀性能有利的加工工艺。 • 实践证明，腐蚀故障的发生，往往因选材不当或因加工过 程使材料抗蚀性能变劣所致。
9.1.4
环境因素的影响与控制
• 环境因素主要是指：温度、湿度、压力、大气成分、腐蚀 性介质的浓度与流速等。 • 在飞机运行过程中，航线一经确定，环境条件也就确定了。 • 在海上作业的飞机，无法避免海洋性环境介质的浸蚀； • 在热带地区运行的飞机，无法避免高温、高湿气候的影响； • 在发达工业城市之间运行的飞机，必然要经受工业污染大 气的侵害„„。
和应力腐蚀的影响更为明显。
9.1.2
加工工艺的选择
1. 经塑性变形加工成形的零部件，由于其组织结构的不稳定 性和不均匀性，晶格畸变严重，表面电位分布不均，抗蚀能
力降低。一般应进行低温去应力退火，以消除部分应力，或
者进行再结晶退火，使材料性能恢复到变形前的状态。 2. 超高强度钢、超硬铝、钛合金等材料，因其缺口敏感性大， 抗应力腐蚀、疲劳强度、断裂韧性都比较低，故加工过程中 应避免工具的划伤和碰伤。为改善它们的性能，可采取真空 冶炼、真空重熔、真空热处理、多向锻造和表面喷丸处理等 工艺。
• 7075铝合金在T76热处理状态耐剥落腐蚀性能好，而T73状
态却具有最佳的耐应力腐蚀开裂的性能。
9.1.1
金属材料的选择原则
3. 在能满足其它性能要求的前提下，尽量选用纯金属或单相 结构的合金材料，因为纯金属和单相结构的合金比多相结构 的合金材料具有更好的抗蚀性能。 4. 尽量选用纯度较高的材料。因为杂质元素是引起金属腐蚀 的因素之一，尤其对高强钢、铝合金和镁合金的抗均匀腐蚀
9.1.1
金属材料的选择原则
1. 对飞机上容易发生腐蚀破坏的区域或维修困难的部位，应 选用高抗蚀性的材料。这样不仅可以减少腐蚀故障发生的几