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飞机典型内腔结构防腐改进研究

李国元  
【摘要】: 内腔结构腐蚀是目前影响飞机安全飞行和经济修理的严重问题,本文着重围绕飞机典型内腔腐蚀的原因和机理、加速腐蚀试验方法、防腐体系改进、喷涂技术的改进、喷涂设备的喷嘴研制和喷涂工艺参数优化、防腐改进后涂层的防腐效果评定等一系列关键技术问题开展了较为系统的研究,取得了如下几方面的创新和技术突破。 1)搞清了现役飞机典型内腔腐蚀的原因。以某系列飞机平尾大轴为例,其产生腐蚀的主要原因可归结于三方面。第一,在连接部位存在间隙,腐蚀介质能够渗入到平尾大轴内腔而难以排出,局部环境恶劣;第二,内腔表面所采用的防腐体系及其涂装技术不合理,涂层的抗腐蚀性能差;第三,所采用的结构材料30CrMnSiNi2A高强钢对环境腐蚀比较敏感,焊接工艺的引入会进一步增加焊接部位腐蚀敏感性,加快腐蚀的萌生和发展。 2)揭示了现役飞机典型内腔腐蚀的机理,发现了焊缝周围金属基体微观组织存在的应力腐蚀损伤特征。随着服役时间增加在腐蚀环境和残余应力的共同作用下焊缝周围会产生应力腐蚀损伤并不断发展,在疲劳载荷作用下应力腐蚀损伤严重的局部位置就很可能萌生疲劳裂纹,甚至导致断裂。 3)应用防腐性能优异的SLF-2重防腐涂料(用作底漆)和IMR21纳米复合涂料(用作面漆)的涂层体系代替了现役飞机平尾大轴内腔的TB06-9涂层体系,实现了典型飞机内腔结构防腐涂层体系的改进。 4)提出了内腔结构无气自动喷涂的涂装方法。从防腐机理的角度分析,内腔结构干湿交替的腐蚀环境,会导致涂层内应力增加,降低涂层与基体的结合力,直接影响到涂层对水分子及其它离子的屏蔽作用。而采用喷涂的涂装方法可明显提高涂层的均匀性、其与基体间结合强度和抗渗透性能,从而提高涂层的抗腐蚀性能。 5)通过对国内外各类喷嘴进行解剖分析,在搞清其工作原理的基础上,经过反复设计和试制,成功地研制出性能良好的特殊喷嘴;对喷涂压力、工件转速、喷枪直线运动速度、涂料的粘度、固化温度、固化时间等涂装工艺参数进行了优化,解决了内腔无气喷涂的关键技术难题。 6)针对典型飞机内腔结构的局部环境和腐蚀特点,提出了对应的加速腐蚀试验方法,建立了加速腐蚀环境谱,在实验室条件下较好地再现了内腔结构腐蚀损伤过程和特征,为研究内腔结构的腐蚀损伤过程以及评定涂层体系的抗腐蚀品质和使用寿命提供了试验方法。 7)采用本文所建立的加速腐蚀试验方法对防腐改进前后涂层的防腐效果进行了评定。结果表明:采用传统的TB06-9涂料,只改进涂装方法的情况下,就可将涂层的寿命提高12倍;而采用SLF-2重防腐底漆或SLF-2重防腐底漆+IMR21纳米复合面漆替代TB06-9底漆,用喷涂替代捋涂后,涂层的使用寿命可提高50倍以上。 8)本文建立的飞机内腔结构防腐改进技术方法已成功推广应用于某系列飞机平尾大轴制造和修理中。内窥镜检查结果表明,防腐改进后整个平尾大轴内腔表面涂层质量有了大幅度提高。


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