航空材料与腐蚀1

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1、1,第6章 航空器的腐蚀损伤,航空器的腐蚀损伤是航空器最严重损伤形式之一。它危及着航空器的飞行安全。在使用寿命期内，用于维修结构腐蚀损伤的费用是相当高的。,2,腐蚀的危害性不仅仅表现在对金属自身的损害，还会引起工厂停产或者产品质量下降，严重的甚至造成灾难性事故： 1967年，美国俄亥俄河上银桥倒塌，造成9人重伤，46人死亡。原因是铸造钢制眼杠由于应力腐蚀和疲劳腐蚀而断裂； 2004年4月17日，重庆天原化工总厂氯气泄漏和爆炸事故, 9人死亡失踪， 15万居民被疏散，主要原因是因为2号 氯冷凝器出现穿孔 ，从而造成氯气泄 漏和爆炸.,3,民航上也发生过数次由于腐蚀而引起的严重事故： 1981年，

2、一架波音737-200飞机，由于机身腐蚀引起结构破坏导致机毁人亡； 一架波音747客机，由于发动机涡轮轮盘渡镍，降低了抗疲劳性能，引起断裂，击穿发动机着火，被迫返航.,4,6.1 金属的腐蚀机理,6.1.1 金属腐蚀的定义 金属及其制品在生产和使用过程中，在周围环境因素的作用下，发生破坏变质，改变了原有的化学、物理、机械等特性，称为金属腐蚀。 根据金属腐蚀过程，可以把腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。,5,6.1.2 化学腐蚀,定义： 化学腐蚀是金属与环境介质直接发生化学反应而产生的损伤。在腐蚀过程中没有电流产生，腐蚀产物直接产生并覆盖在发生腐蚀的地方。,6,6.1.3 电化学腐蚀,一、原电

3、池 凡能将化学能转变为电能的装置称作原电池。它是由两个电极（阴极和阳极）和相应电解质溶液组成。,7,下列哪种说法是错误的？ A、化学腐蚀是金属与环境介质直接发生化学反应而产生的损伤。 B、化学腐蚀过程中有电流产生。 C、高温会加速化学腐蚀。 D、如果腐蚀产物很致密的话，能形成保护膜，减慢腐蚀速度，甚至使腐蚀停止下来。,8,9,活泼的金属电位低，发生氧化反应（失去电子），是阳极，被腐蚀。 不活泼金属电位高，发生还原反应（得到电子），是阴极，被保护。 电极电位排序（参考）： K Ca Na Mg Ti Al Zn Al合金 Cd Fe Co Ni Cr Sn Pb Cu Ti(生成氧化膜) Hg

4、Ni(生成氧化膜) 不锈钢 Ag Pt Au,10,二、电化学腐蚀与腐蚀电池,电化学腐蚀就是在金属上产生若干原电池（实际上是短路原电池，即称腐蚀电池），金属成为阳极，遭到溶解而发生腐蚀。,11,三、铜铝合金的电化学腐蚀,12,四、腐蚀电池分类,根据组成腐蚀电池的大小，可以把腐蚀电池分为 宏电池：用目视可分辨出阴、阳极的腐蚀电池 微电池：不能用目视分辨出阴、阳极的腐蚀电池 宏电池与微电池是相对而言，难以截然分开。,13,五、发生电化腐蚀的条件,金属间存在电位差，即不同金属间或者金属的不同区域之间存在电极电位差值； 有电解液。即具有电位差的金属共同处于电解液中； 金属间相互接触。,14,电化学腐蚀

5、过程中 A、有自由电子流动。 B、电流沿线路从电位低的金属流向电位高的金属。 C、电位高的阳极被腐蚀。 D、电位低的阴极被腐蚀。,15,电化学腐蚀中 A、电位高的金属容易被腐蚀。 B、电位低的金属容易被腐蚀。 C、不需要存在电解质溶液。 D、无论是否有电解质溶液存在，只要有电位差就会发生腐蚀。,16,六、形成微电池的原因,（1）金属表面化学组成不均，夹杂有杂质。通常杂质为阴极，金属被腐蚀。 （2）金属表面组织不均（常由热处理造成）。晶界为阳极，晶界被腐蚀。 （3）金属表面生成氧化膜不均匀或氧化膜破裂。氧化膜为阴极，金属被腐蚀。 （4）金属表面物理状态不均匀（内应力和变形不同）。变形大、内应力高

6、的地方为阳极，易受到腐蚀。,17,金属电极电位的影响:电位差越大，腐蚀越容易进行； 金属表面状态的影响：表面越脏或者粗糙，越容易吸附水分，在表面形成电解液，从而腐蚀速度增加； 电解液成分的影响：一般来说，腐蚀速度随着电解液中酸、碱、盐的浓度增加而增大； 温度的影响：温度越高，电解液中离子扩散速度越快，腐蚀速度也越快。,七、影响电化学腐蚀速度的因素：,18,6.2 腐蚀类型,电偶腐蚀 牺牲性腐蚀 缝隙腐蚀 丝状腐蚀 点腐蚀 晶间腐蚀,剥层腐蚀 应力腐蚀 微生物腐蚀 水银腐蚀 化学剂腐蚀,19,6.2.1 电偶腐蚀,一、两种或两种以上的具有不同电位的金属相接触时产生的腐蚀称为电偶腐蚀。 二、阴极越

7、大、阳极越小，腐蚀速度越快；电位差越大，腐蚀速度越快。 三、防腐措施 1、阳极化（电解法）/化学处理（阿罗丁）/包镀层，生成致密氧化膜。 2、 涂底漆（湿安装）。 3、 绝缘处理（垫聚乙烯胶带）。,20,21,托板螺帽周围铝合金板的电偶腐蚀,22,防腐举例,1、 铝合金和钢紧固件 （1） 包铝； （2） 孔壁用阿罗丁处理； （3） 涂底漆； （4） 湿安装。 2、 镁合金和其它材料 （1） 涂底漆，至少各两道； （2） 接触面之间夹一层聚乙烯压敏胶带。,23,金属电偶腐蚀 A、与两种相互接触金属之间的电位差无关。 B、发生在电极电位相同的两种金属之间。 C、与是否存在腐蚀介质无关。 D、取决于

8、两种相接触金属之间的电位差。,24,镀铬的钢零件, 当镀层局部破坏后, 、裸露的钢为阴极, 镀铬层为阳极,镀层腐蚀。 、裸露的钢为阳极，镀铬层为阴极，钢件被腐蚀。 、裸露的钢为阴极，镀铬层为阳极，钢件被腐蚀。 、裸露的钢为阳极，镀铬层为阴极，镀层被腐蚀。,25,6.2.2 牺牲性腐蚀,为了保护基体金属，避免基体金属腐蚀，常通过滚压、电镀或喷涂等方法，在基体金属表面形成一层金属保护层。这层金属能起到隔离腐蚀介质的作用。如果这层金属保护薄膜的电位较低，在保护膜受到损伤时，遭到腐蚀的首先是金属保护薄膜。,26,27,举例,1、在铝合金（2024）上包覆纯铝（1230）层，则这层包铝层相对于2024铝

9、合金就是阳极。 2、在合金钢上镀锌或镀镉，镀层就是阳极。但是，如果镀铬，镀层是阴极，合金钢是阳极。,28,镀镉的钢零件,当镀层局部破坏后， 、裸露的钢零件为阴极，镀镉层为阳极，镀层被腐蚀。 、裸露的钢零件为阳极，镀镉层为阴极，镀层被腐蚀。 、裸露的钢零件为阴极，镀镉层为阳极，钢零件被腐蚀。 、裸露的钢零件为阳极，镀镉层为阴极，钢零件被腐蚀。,29,6.2.3 缝隙腐蚀,金属与金属或金属与非金属之间，由于存在特定的狭小缝隙，限制了与腐蚀有关物质（如溶解氧等）的扩散。从而形成以缝隙为阳极的（氧）浓差电池，使缝隙内金属发生强烈的局部腐蚀。这种腐蚀称为缝隙腐蚀。,30,缝隙腐蚀,31,腐蚀机理,在0.

10、0250.1mm的缝隙处最易发生，缝隙内既有水分流入，又保持相对静止。 缝隙腐蚀的前期以微电池的电化腐蚀为主导，呈均匀腐蚀型；而到后期形成宏电池腐蚀。缝内介质流动不畅和腐蚀产物的水解催化作用成了加快腐蚀速度的主要因素。 控制或减缓缝隙腐蚀的有效方法是使用防腐剂，排除水分，并阻止水分再进入缝隙。,32,33,下列哪种说法正确？ A、易生成氧化膜或钝化层的金属容易产生缝隙腐蚀。 B、易生成氧化膜或钝化层的金属不易产生缝隙腐蚀。 C、缝隙越宽越容易产生缝隙腐蚀。 D、产生缝隙腐蚀，不需要缝隙中存在腐蚀介质。,34,6.2.4 丝状腐蚀,丝状腐蚀是一种特殊形式的缝隙腐蚀，多数情况发生在保护膜下面，又称

11、膜下腐蚀或漆膜下腐蚀。腐蚀产物将漆膜拱起，呈现线丝状。 这种腐蚀经常发生在紧固件的头部或蒙皮的边缘处。,35,36,37,腐蚀机理,腐蚀初期，表面漆膜已破损的区域出现小的鼓泡，泡内由于腐蚀介质的作用而开始电化学腐蚀。腐蚀产物的增加使得漆膜和金属之间出现间隙，而间隙处的贫氧形成氧浓差电池，致使腐蚀不断向前扩展。 漆膜破损并存在有氯一类的活化剂就会促生丝状腐蚀。 影响丝状腐蚀的最主要因素是大气的相对湿度。当相对湿度高于65%时，才产生丝状腐蚀；相对湿度高于90%，腐蚀主要表现为漆膜鼓泡。随着湿度的增加，丝状腐蚀线条变宽。,38,39,下面哪项特征不属于丝状腐蚀 A、铆钉头周围有黑圈，且在背气流方向

12、有尾迹。 B、漆膜破损区有小鼓泡。 C、紧固件孔周围呈现线丝状隆起。 D、随湿度增加，丝状隆起的线条变宽。,40,6.2.5 点腐蚀,金属表面上产生的点状、小孔状的一种极为局部的腐蚀形态称为点腐蚀，或称为针孔腐蚀。结构修理中常将点腐蚀称为“麻坑”。 点腐蚀对结构的破坏性较大。它以腐蚀向材料厚度方向迅速扩展为特征。,41,42,腐蚀机理,当保护膜损伤后，这种腐蚀最易发生在晶粒边界、夹杂物或缺陷处。点腐蚀也是一种特殊形式的缝隙腐蚀，它只不过是在坑底具有较高的腐蚀速度而已。,43,6.2.6 晶间腐蚀,沿着晶粒边界或晶粒之间发生的选择性腐蚀称为晶间腐蚀（或晶界腐蚀）。 金属发生晶间腐蚀之后，其外观可

13、能没有明显变化，但原有的物理、机械性能几乎完全丧失，常常造成结构件突然破坏，晶间腐蚀有时会诱发应力腐蚀，所以危害性很大。,44,举例,Al-Cu系铝合金（如LY12，2024铝合金）在时效硬化处理时，在晶间会沉淀出CuAl2，在晶粒边界形成贫铜区，电位最低。所以，腐蚀沿着晶界贫铜区进行，产生晶界腐蚀。,45,下面哪种腐蚀，构件外观可能没有明显变化？ A、表面腐蚀。 B、摩振腐蚀。 C、丝状腐蚀。 D、晶间腐蚀。,46,6.2.7 剥层腐蚀,剥层腐蚀是一种特定形式的晶间腐蚀。具有晶间腐蚀倾向的铝合金经过锻造、挤压、滚压或冲压后，晶粒变成宽长而扁平的形状，在一定的腐蚀环境中就容易产生剥层腐蚀。这种

14、腐蚀多见于挤压型材，以Al-Cu-Mg系列合金发生剥层腐蚀最多。,47,48,49,检查,剥层腐蚀发生后，有时可用肉眼发现，因为结构件表面有肿涨凸起迹象。如果紧固件头偏斜，头部拔出或破坏，可能是由于发生了剥层腐蚀。 当剥层腐蚀较轻时，可用手指沿表面移动触摸，如果手感表面有鼓起现象，则构件可能产生剥层腐蚀。,50,剥层腐蚀是哪种腐蚀的特殊形式？ A、表面腐蚀。 B、点状腐蚀。 C、晶间腐蚀。 D、摩振腐蚀。,51,6.2.8 应力腐蚀,发生应力腐蚀的条件： 1、 有恒定的拉应力； 2、 有腐蚀介质； 3、 材料是对腐蚀敏感的合金。,52,53,54,应力腐蚀是 A、发生在受拉应力的纯金属中的一种

15、腐蚀开裂。 B、发生在受恒定拉应力作用的合金构件中的一种腐蚀开裂。 C、发生在受压应力的纯金属中的一种腐蚀开裂。 D、发生在受压应力作用的合金构件中的一种腐蚀开裂。,55,关于应力腐蚀，下述哪个论点是错误的 A、应力腐蚀临界应力强度因子KISCC与材料和介质有关。 B、通常，强度极限越高的材料，对应力腐蚀的敏感性越强。 C、拉应力引起的应力强度因子低于KISCC，则不发生应力腐蚀开裂。 D、构件加工成型产生的残余压应力，是产生应力腐蚀的主要应力。,56,6.2.9 微生物腐蚀,环境促使霉菌繁殖所产生的分泌物对构件的腐蚀称为微生物腐蚀。 微生物腐蚀主要发生在结构油箱内，霉菌分泌物能破坏和穿透油箱

16、铝合金结构保护层和密封胶，从而导致油箱渗漏，并破燃油管路、接头、活门座以及油滤等，还可能阻塞管路。,57,58,59,60,防腐措施,1、 在燃油里加微生物抑制剂； 2、 对燃油箱按规定放沉淀； 3、 严重时，放油、清洗、消毒。,61,6.2.10 水银腐蚀,水银泼溅以后，会迅速地、严重地腐蚀航空器结构。这种腐蚀是在铝合金表面出现灰白色粉状物或绒毛状物。水银在汞齐化过程中并没有消耗掉，后果严重。 发现水银，一定要彻底清除。,62,水俣病：是汞引起的著名环境公害病，因1953年首先发现于日本熊本县水俣湾附近的渔村而得名。患者具有明显神经症状如突发性惊吓、两眼斜视、吞咽困难、阵发性抽搐、口腔张开而不能说话，有的小孩眯着眼睛发出狂笑，不能自已。症状严重的，可出现痉挛、麻痹、意识障碍等急性发作，并很快死亡。除人体受害外，动物如猫的中毒表现也引人注目，主要是集体向大海狂奔，即所谓狂猫跳海。,63,6.2.11 化学剂腐蚀,当航空器构件直接接触侵蚀性化学剂或受到这种化学剂蒸汽的作用时，都会产生化学剂腐蚀。 航空器在以下几种情况