航天用典型材料鹽霧環(huán)境適應(yīng)性分析

于丹 姜玉峰 魏澤宇 高健 姜淑敏

摘 要：以某幾種航天用典型材料為例，結(jié)合實(shí)際使用的環(huán)境工況，通過(guò)鹽霧環(huán)境鑒定試驗(yàn)結(jié)果分析典型材料的鹽霧環(huán)境適應(yīng)性，并給出使用建議。

關(guān)鍵詞：典型材料;鹽霧試驗(yàn);環(huán)境適應(yīng)性

0? ? 引言

鹽霧是指大氣中由含鹽微小液滴所構(gòu)成的彌散系統(tǒng)。鹽霧試驗(yàn)的目的主要是檢測(cè)被測(cè)產(chǎn)品的耐腐蝕可靠性，實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，是在鹽霧試驗(yàn)箱中開展的，利用含鹽溶液，在一定的溫度和相對(duì)濕度的環(huán)境下對(duì)材料或產(chǎn)品進(jìn)行加速腐蝕，重現(xiàn)材料或產(chǎn)品在一定時(shí)間范圍內(nèi)所遭受破壞的程度。

本文以某幾種航天用典型材料為例，結(jié)合實(shí)際鹽霧鑒定試驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，分析問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理，并針對(duì)產(chǎn)品使用給出改進(jìn)措施。

1? ? 試驗(yàn)現(xiàn)象

某機(jī)電作動(dòng)器在中航工業(yè)301所進(jìn)行鹽霧鑒定試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)部分零件表面出現(xiàn)銹蝕，腐蝕部位如圖1、表1所示6處。

2? ? 腐蝕原因分析

結(jié)合鹽霧試驗(yàn)工作原理，開展了零件銹蝕分析工作。導(dǎo)致部分零件表面腐蝕的原因共有3種，如圖2所示。下面結(jié)合問(wèn)題產(chǎn)品分解，逐一進(jìn)行分析、排除及定位工作。

2.1? ? X1：零件材料和表面處理方式抗腐蝕能力不足

據(jù)文獻(xiàn)查證，基本上所有不銹鋼都能耐腐蝕，主要是鉻元素氧化后可形成致密的鈍化層，能隔絕空氣和其他一些腐蝕性介質(zhì)對(duì)基材的影響。同時(shí)不銹鋼制品的表面粗糙度越高，耐鹽霧腐蝕能力越強(qiáng);鎳含量越高，碳含量越低，耐蝕能力越強(qiáng)，常見(jiàn)不銹鋼中1Cr8Ni9Ti和0Cr17Ni4Cu4Nb較適用于沿海地區(qū)。因此，機(jī)電作動(dòng)器使用的不銹鋼制零件的材料、表面處理方式和粗糙度可以滿足鹽霧試驗(yàn)的抗腐蝕能力要求（96 h），該故障模式可排除。

2.2? ? X2：零件在使用過(guò)程中表面受損

梳理發(fā)生腐蝕的不銹鋼零件，發(fā)現(xiàn)均為螺紋連接部位和裝配夾持面。在裝配過(guò)程中，裝配人員需使用力矩扳手工具對(duì)表2所示部位施加力矩，或者使用尖嘴鉗對(duì)開口銷進(jìn)行彎折，在此過(guò)程中極易損傷不銹鋼鈍化層，產(chǎn)生點(diǎn)蝕源，形成一個(gè)自催化式局部加重的原電池反應(yīng)，產(chǎn)生局部腐蝕，故該故障模式不可排除。

2.3? ? X3：零件防護(hù)措施不到位

由表1可知，機(jī)電作動(dòng)器部分零件采用了普通碳鋼和鈹青銅材料，雖然鈹青銅具有良好的耐蝕性，但在工業(yè)大氣和高溫高濕的環(huán)境中，其耐蝕性會(huì)大大降低，試驗(yàn)表明，濕度和腐蝕性大氣是引起銅合金腐蝕的主要因素。而碳鋼一般不具有耐腐蝕性。關(guān)節(jié)軸承材料屬于碳鋼，鈹青銅對(duì)高濕、高鹽綜合環(huán)境不耐受，而這幾種零件均未采取專門的防護(hù)措施，機(jī)電作動(dòng)器的一處平墊圈雖然有刷涂聚氨酯清漆TS01-3的要求，但由于是在裝配狀態(tài)下刷漆，有可能存在刷漆不到位的情況，因此防護(hù)措施不到位的故障模式不能排除。

3? ? 腐蝕機(jī)理分析

鹽霧對(duì)金屬材料的腐蝕，主要是導(dǎo)電的鹽溶液滲入金屬內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成“低電位金屬—電解質(zhì)溶液—高電位雜質(zhì)”微電池系統(tǒng)，發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，作為陽(yáng)極的金屬出現(xiàn)溶解，形成新的化合物即腐蝕物。金屬保護(hù)層和有機(jī)材料保護(hù)層也同樣，當(dāng)作為電解質(zhì)的鹽溶液滲入內(nèi)部后，便會(huì)形成以金屬和金屬保護(hù)層或有機(jī)材料為另一電極的微電池。鹽霧腐蝕破壞過(guò)程中起主要作用的是氯離子，氯離子非常容易傳到金屬氧化層金屬內(nèi)部，破壞金屬的鈍態(tài)。同時(shí)，氯離子具有很小的水合能，容易被吸附在金屬表面，取代保護(hù)金屬的氧化層中的氧，使金屬受到破壞。

除了氯離子外，鹽霧腐蝕機(jī)理還受溶解于鹽溶液里（實(shí)際上是溶解在試件表面的鹽液膜）氧的影響。氧能夠引起金屬表面的去極化過(guò)程，加速陽(yáng)極金屬溶解，由于鹽霧試驗(yàn)過(guò)程中持續(xù)噴霧，不斷沉降在試件表面上的鹽液膜使含氧量始終保持在接近飽和狀態(tài)。腐蝕產(chǎn)物的形成，使?jié)B入金屬缺陷里的鹽溶液體積膨脹，因此增加了金屬的內(nèi)部應(yīng)力，引起了應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致保護(hù)層鼓起。

另外，不銹鋼制零件的腐蝕機(jī)理也是如此，在海洋性氣候環(huán)境下，化學(xué)腐蝕和微電池腐蝕是不銹鋼腐蝕的主要形式，不銹鋼表面的鈍化膜可以保護(hù)內(nèi)部材料，在內(nèi)陸環(huán)境下，鈍化膜受損也可在空氣中愈合和再生，起到防腐蝕作用。在鹽霧氣候環(huán)境下，氯離子本身不能穿透這層氧化膜，當(dāng)鈍化膜受損時(shí)，空氣中的氧氣和氯離子同時(shí)進(jìn)入金屬裸露面，氯離子濃度越大，正極合金元素溶解速度越快。當(dāng)鐵原子的溶解速度不足于完全消耗電解液中的滲透氧氣時(shí)，不銹鋼表面仍能形成致密的防護(hù)層，表現(xiàn)出一定的防銹性能;當(dāng)鐵原子的溶解速度大于一定速度時(shí)，就可以完全消耗電解液中的滲透氧氣，生成Fe3O4，發(fā)生腐蝕。

4? ? 后續(xù)采取措施及驗(yàn)證

4.1? ? 采取措施

如表3所示，在環(huán)境鑒定鹽霧試驗(yàn)的機(jī)電作動(dòng)器所用的平墊圈8×14×1、標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼墊圈D8和螺栓M8×36處外露部分涂覆聚氨酯清漆TS01-3（津Q/HG 4946—95），其余零部件涂抹潤(rùn)滑脂用于保護(hù)零件表面，隔離鹽霧環(huán)境。

4.2? ? 措施驗(yàn)證情況

為驗(yàn)證采取措施有效性，在中航工業(yè)301所開展機(jī)電作動(dòng)器定型階段環(huán)境鑒定鹽霧補(bǔ)充試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，經(jīng)試驗(yàn)單位確認(rèn)，采取措施后，鹽霧試驗(yàn)通過(guò)。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

機(jī)電作動(dòng)器鹽霧鑒定試驗(yàn)后部分零件表面腐蝕原因包括：碳鋼和鈹青銅制零部件抗鹽霧腐蝕能力不足，防護(hù)措施不到位;不銹鋼制零件則是因使用過(guò)程中鈍化層損壞，導(dǎo)致在鹽霧試驗(yàn)時(shí)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因此，在后續(xù)使用過(guò)程中，在絲杠、鎖緊螺母、關(guān)節(jié)軸承和軸套部位涂抹潤(rùn)滑脂，可以使材料與鹽霧環(huán)境有效隔離。

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收稿日期：2020-03-02

作者簡(jiǎn)介：于丹（1987—），女，陜西渭南人，碩士，工程師，研究方向：中大功率機(jī)電伺服系統(tǒng)。