航空结构材料腐蚀13-3材料腐蚀与防护.pdf

航空航天结构材料 —材料腐蚀与防护 3 1 五、 航空发动机及其主要部件的腐蚀与控制 1．航空发动机的腐蚀 航空发动机的重要失效形式，现代航空发动机不断追求高推 重比、高压比和高涡轮前温度等性能指标，使腐蚀损伤所占比例 不断增加。 如美军对1664起发动机事故调查表明，腐蚀因素直接造成的 事故占15%。 飞机停放在机场时，发动机遭受的腐蚀与飞机机构相近，有 电偶腐蚀、缝隙腐蚀、点蚀、晶间腐蚀等电化学腐蚀； 当发动机处于工作状态时，由于高温工况、振动、气动及载 荷因素的联合作用，除各类电化学腐蚀继续存在外，还引起高温 氧化、热腐蚀、冲蚀、低熔点金属致脆、微动腐蚀、腐蚀疲劳、 应力腐蚀、碳腐蚀、钛合金零件的高温燃烧等特殊腐蚀失效，尤 其是现代航空发动机热端部件的工作温度愈来愈高，与高温环境 相关的腐蚀破坏更为严重。 2 1)电化学腐蚀。飞机的寿命大部分是在地面上消耗的，当飞 机在地面停放过程时因机场腐蚀环境和发动机零部件的具体结构， 导致各类电化学腐蚀发生。当发动机处于运行状态时，电化学腐 蚀则发生在发动机的冷端部件，如风扇、低压压气机叶片和盘等。 用于制造发动机风扇、压气机叶片及盘、涡轮叶片及盘等材 料有铝合金、钛合金、不锈钢、镍基合金等易钝化材料，因此， — 在含Cl 的潮湿环境，尤其是海洋大气环境下（气压高、盐雾大、 湿度大），易发生点蚀。而对于风扇或压气机转子叶片因易遭受 砂石、尘埃、雨滴的冲刷，表面完整性更易破坏，产生点蚀的倾 向更大。当点蚀坑正好处在叶片等转动部件的最大交变应力幅部 位时，则会促进疲劳裂纹的萌生与扩展，使发动机构件的疲劳强 度大大降低。 如海军某部对某涡桨型发动机一级压气机转子叶片 （1Cr12Ni2W2MoVNb马氏体不锈钢）进行检修时，发现进气边出现 不同程度的点蚀损伤。叶片使用仅10h，就使疲劳寿命降低24％。 3 航空发动机为充分利用各种结构材料的优势，用不同的金属 材料，如不锈钢卡环或锁片将钛合金叶片与盘固定在一起，用钛 合金紧固件连接铝合金、不锈钢结构等。 尽管设计中对异类金属间可能产生的接触腐蚀进行了考虑， 但由于发动机工况条件的复杂性，异类金属造成的电偶腐蚀现象 时有暴露，如多次出现不锈钢卡环与钛合金压气机叶片和盘间的 电偶腐蚀，从一般电偶序看，两种金属间是可以接触相容的。实 验发现发动机高温工况环境使不锈钢表面状态和成分发生变化是 导致电偶腐蚀的根本原因，而用常温下的接触腐蚀电偶序数据来 设计控制类似发动机工况环境的零部件的接触腐蚀是不合适的。 4 发动机压气机铝合金和不锈钢叶片、涡轮盘高温合金榫齿 上均发现过晶间腐蚀导致的破坏现象。 通常有三种表现形式： 第一种是点蚀坑底部出现沿晶开裂； 第二种是叶片表面出现较均匀的沿晶裂纹； 第三种则是剥蚀形式。 晶间腐蚀导致转子叶片和发动机盘疲劳寿命显著降低，如 遭受晶间腐蚀的GH2036合金榫齿使涡轮盘的寿命降低到原寿 命的1/500～1/300。 5 发动机零部件的应力腐蚀一般有两种，一是发动机开动期间发生 在冷端部件上，另一是发动机停车期间由残余应力造成的。不论是 由哪一种形式造成的，均促进转动部件的疲劳失效。 某涡喷型发动机一级压气机转子叶片由Cr17Ni2马氏体和铁素体 双相不锈钢制造，出现应力腐蚀损伤而导致成百片叶片疲劳断裂失 效，造成一等事故2起，损坏发动机12台，使4905台发动机约15万片