(完整版)维护技术基础(ME-AV)第2章课件.ppt
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1、维护技术基础(维护技术基础(ME ME AVAV)第二版)第二版第第2 2章章 金属腐蚀和机体防腐措施金属腐蚀和机体防腐措施刘成英刘成英2.1 金属腐蚀金属腐蚀定义:金属在定义:金属在周围介质周围介质的作用下发生的作用下发生化学作用化学作用或或电化电化 学作用学作用而引起的而引起的破坏破坏。腐蚀原因腐蚀原因缓慢缓慢的的自发自发过程;过程;飞机的表面损伤无法避免;飞机的表面损伤无法避免;实际腐蚀程度并不是都能预测;实际腐蚀程度并不是都能预测;腐蚀和疲劳是飞机结构破坏的两大重要因素。腐蚀和疲劳是飞机结构破坏的两大重要因素。人们对人们对腐蚀防护的控制要领不了解和不重视。腐蚀防护的控制要领不了解和不重
2、视。不注意将飞机腐蚀问题反馈给设计部门。不注意将飞机腐蚀问题反馈给设计部门。飞机腐蚀与防护是系统工程,设计,选材,加工,装配,使飞机腐蚀与防护是系统工程,设计,选材,加工,装配,使用,维护等方面任何一个不合理因素都会造成腐蚀。用,维护等方面任何一个不合理因素都会造成腐蚀。金属腐蚀金属腐蚀 :化学腐蚀化学腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀腐蚀结果:金属原子从金属晶点阵中转变为离子状态腐蚀结果:金属原子从金属晶点阵中转变为离子状态区别:有无电流产生区别:有无电流产生2.1.1 2.1.1 化学腐蚀化学腐蚀 定义:金属与定义:金属与非电解质非电解质或或干燥气体干燥气体相互作用相互作用 特点:不产生腐蚀电流特
3、点:不产生腐蚀电流 最重要腐蚀形式:气体腐蚀最重要腐蚀形式:气体腐蚀 举例:发动机燃烧室、涡轮叶片高温氧化举例:发动机燃烧室、涡轮叶片高温氧化 n 定义定义 广义上来说,指金属在高温下与气氛中的氧、硫、氮、广义上来说,指金属在高温下与气氛中的氧、硫、氮、碳等元素发生化学反应。碳等元素发生化学反应。狭义上来说,指金属和氧反应形成各种氧化物。狭义上来说,指金属和氧反应形成各种氧化物。狭义高温氧化狭义高温氧化 航空腐蚀航空腐蚀 钠、硫腐蚀钠、硫腐蚀(广义高温氧化)(广义高温氧化)高温热腐蚀高温热腐蚀 钒蚀钒蚀 碳蚀碳蚀1.1.高高温氧化温氧化树枝状碳树枝状碳叠碗状碳叠碗状碳麻坑麻坑瘤瘤2.氧化膜及其
4、保护作用氧化膜及其保护作用 氧化膜:发生化学腐蚀时,金属材料外层产生的金属氧氧化膜:发生化学腐蚀时,金属材料外层产生的金属氧 化物化物 作用:对金属表面有一定的保护作用作用:对金属表面有一定的保护作用 条件:条件:致密、完整致密、完整 与基体金属之间有较强附着力,有一定的塑与基体金属之间有较强附着力,有一定的塑 性和强度性和强度 具有与基体金属相近的热膨胀系数具有与基体金属相近的热膨胀系数 在介质中稳定性好,熔点高在介质中稳定性好,熔点高2.1.2 电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀 定义:金属与定义:金属与电解质溶液电解质溶液之间的电化学作用之间的电化学作用 特点:产生腐蚀电流特点:产
5、生腐蚀电流 最重要腐蚀形式:大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀最重要腐蚀形式:大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀1.电化学腐蚀原理和发生条件电化学腐蚀原理和发生条件 1)电化学腐蚀原理)电化学腐蚀原理 活泼金属为阳极,受腐蚀活泼金属为阳极,受腐蚀 阳极(氧化反应)阳极(氧化反应):不活泼金属为阴极,受保护不活泼金属为阴极,受保护 阴极(还原反应)阴极(还原反应):电化学腐蚀的实质电化学腐蚀的实质:一个发生在金属:一个发生在金属和溶液界面上的多相界面反应。和溶液界面上的多相界面反应。电子的传递电子的传递:阳极阳极 阴极阴极 电解质溶液电解质溶液22ZneZn222HeH将将Zn片与片与Cu片直接接触,片直接
6、接触,并同时浸入稀硫酸溶液中。并同时浸入稀硫酸溶液中。可以观察到,从溶液中不可以观察到,从溶液中不断有气泡逸出,过一段时断有气泡逸出,过一段时间取出金属片,可以看到间取出金属片,可以看到Zn片的厚度变薄了,而片的厚度变薄了,而Cu片无变化。片无变化。腐蚀原电池,简称腐蚀电腐蚀原电池,简称腐蚀电池。腐蚀电池与原电池的池。腐蚀电池与原电池的区别就在于:原电池是能区别就在于:原电池是能够把化学能转变为电能,够把化学能转变为电能,作出有用功的装置。而腐作出有用功的装置。而腐蚀电池是只能导致金属破蚀电池是只能导致金属破坏而不能对外作有用功的坏而不能对外作有用功的短路电池。短路电池。2)电化学腐蚀发生的条
7、件)电化学腐蚀发生的条件两个电位不同的金属形成阳极两个电位不同的金属形成阳极、阴极阴极存在电解质溶液存在电解质溶液在阳极和阴极之间形成电子通路在阳极和阴极之间形成电子通路2.宏观和微观腐蚀电池宏观和微观腐蚀电池 1)宏观腐蚀电池)宏观腐蚀电池 用肉眼可见的电极构成的腐蚀电池称为宏观腐蚀电池用肉眼可见的电极构成的腐蚀电池称为宏观腐蚀电池 浓差电池浓差电池 电偶腐电偶腐蚀电池蚀电池2)微观腐蚀电池)微观腐蚀电池 由由于金属表面的电化学不均于金属表面的电化学不均匀性,在金属表面上微小区域匀性,在金属表面上微小区域或局部区域存在或局部区域存在电位差电位差,如工,如工业纯业纯Zn在稀的硫酸中形成的腐在稀
8、的硫酸中形成的腐蚀电池即为微观电池。其特点蚀电池即为微观电池。其特点是肉眼难于辨出电极的极性。是肉眼难于辨出电极的极性。金属表面电化学不均匀性的原因:金属表面电化学不均匀性的原因:(1)金属化学成分不均匀)金属化学成分不均匀(2)金属组织的不均匀)金属组织的不均匀(3)金属表面的物理状态不均匀)金属表面的物理状态不均匀 (4)金属表面膜不完整)金属表面膜不完整 按腐蚀的形态外观分腐蚀腐蚀全面腐蚀(均匀腐蚀)全面腐蚀(均匀腐蚀)局部腐蚀局部腐蚀电偶腐蚀电偶腐蚀缝隙腐蚀缝隙腐蚀小孔腐蚀小孔腐蚀剥蚀剥蚀应力腐蚀开裂应力腐蚀开裂磨蚀磨蚀腐蚀疲劳腐蚀疲劳氢损伤氢损伤2.1.3 金属腐蚀的形式金属腐蚀的形
9、式金属腐蚀形态比例金属腐蚀形态比例1.全面腐蚀全面腐蚀 全全面腐蚀表现为金属表面可见的均匀腐蚀,它直接由化面腐蚀表现为金属表面可见的均匀腐蚀,它直接由化学侵蚀作用而引起,腐蚀的结果是使金属构件变薄,直学侵蚀作用而引起,腐蚀的结果是使金属构件变薄,直到最后发生破坏。到最后发生破坏。737737后增压隔框长桁上的表面腐蚀后增压隔框长桁上的表面腐蚀机理:化学侵蚀,电化学腐机理:化学侵蚀,电化学腐蚀蚀表现:表面呈无光泽的灰色表现:表面呈无光泽的灰色或条纹,表面粗糙,使金属或条纹,表面粗糙,使金属构件变薄,最后发生破坏。构件变薄,最后发生破坏。腐蚀条件腐蚀条件表面没有涂层表面没有涂层不合理地施用保护性涂
10、层和不合理地施用保护性涂层和密封层密封层保护性涂层遭到破坏保护性涂层遭到破坏防护防护选择合适的材料和合选择合适的材料和合适的保护性涂层适的保护性涂层缓蚀剂缓蚀剂及时去除腐蚀产物及时去除腐蚀产物2.局部腐蚀局部腐蚀局部腐蚀局部腐蚀类型类型电偶腐蚀电偶腐蚀 缝隙腐蚀缝隙腐蚀 点腐蚀点腐蚀 丝状腐丝状腐蚀蚀 晶晶间腐间腐蚀蚀 层离腐蚀层离腐蚀1)点腐蚀)点腐蚀 定义:小孔腐蚀又称点蚀、孔蚀和坑蚀。是金属的大部分定义:小孔腐蚀又称点蚀、孔蚀和坑蚀。是金属的大部分表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微,但在局部地方出现腐蚀小孔并表面不发生腐蚀或腐蚀很轻微,但在局部地方出现腐蚀小孔并向纵深处发展的一种极为隐蔽的局部腐
11、蚀形态向纵深处发展的一种极为隐蔽的局部腐蚀形态机理机理u小孔腐蚀小孔腐蚀“源源”形成形成u钝化活化腐蚀电池形成钝化活化腐蚀电池形成u闭塞电池形成,并形成自催化过闭塞电池形成,并形成自催化过程程 特点特点局部出现腐蚀小孔并向纵深发展局部出现腐蚀小孔并向纵深发展易钝化的金属容易发生易钝化的金属容易发生油箱、地板梁、机翼蒙皮油箱、地板梁、机翼蒙皮修理困难修理困难图图2-2 铝的点蚀铝的点蚀示意图示意图小孔腐蚀的形貌小孔腐蚀的形貌 小小孔腐蚀孔腐蚀2)缝隙腐蚀缝隙腐蚀 定义:在两个金属表面或一个金属和一个非金属表面之间定义:在两个金属表面或一个金属和一个非金属表面之间 的缝隙内发生强烈的局部腐蚀。的缝
12、隙内发生强烈的局部腐蚀。缝隙缝隙腐蚀腐蚀 发生条件:一定宽度(发生条件:一定宽度(0.0250.1mm0.0250.1mm)的缝隙、缝)的缝隙、缝内液体静滞内液体静滞缝隙腐蚀示意图及实际形态缝隙腐蚀示意图及实际形态(a a)铆接;()铆接;(b b)法兰连接;()法兰连接;(c c)污垢沉积;()污垢沉积;(d d)水泵法)水泵法兰连接实物兰连接实物 特点特点 无论是同种或异种金属的接触还是金属同非金属的无论是同种或异种金属的接触还是金属同非金属的接触,只要存在满足缝隙腐蚀的接触,只要存在满足缝隙腐蚀的狭缝狭缝和腐蚀和腐蚀介质介质,都会发生缝隙腐蚀;都会发生缝隙腐蚀;几乎所有的腐蚀介质都能引起
13、金属的缝隙腐蚀,而几乎所有的腐蚀介质都能引起金属的缝隙腐蚀,而含有含有氯离子氯离子的溶液通常是缝隙腐蚀最为敏感的介质;的溶液通常是缝隙腐蚀最为敏感的介质;遭受缝隙腐蚀的金属表面既可以表现为遭受缝隙腐蚀的金属表面既可以表现为全面腐蚀全面腐蚀,也可表现为也可表现为点蚀形态点蚀形态。3)丝状腐蚀丝状腐蚀 定义:定义:在非金属涂层下面的金属表面发生的一种细在非金属涂层下面的金属表面发生的一种细 丝状腐蚀。(膜下腐蚀)丝状腐蚀。(膜下腐蚀)特点特点 特殊的缝隙腐蚀特殊的缝隙腐蚀 发生在钢、镁和铝的镀层、磷发生在钢、镁和铝的镀层、磷化层和涂覆的漆膜下面化层和涂覆的漆膜下面 腐蚀产物似线状细丝构成的网腐蚀产
14、物似线状细丝构成的网络,引起表面漆层起泡或破裂络,引起表面漆层起泡或破裂 最重要影响因素:大气湿度最重要影响因素:大气湿度65%65%,丝状物开始形成,丝状物开始形成95%95%,形成疱状物,形成疱状物 磷化处理和含铬酸盐的底漆层磷化处理和含铬酸盐的底漆层可限制,无法彻底预防可限制,无法彻底预防蒙皮表面的丝状腐蚀蒙皮表面的丝状腐蚀4)晶间腐蚀晶间腐蚀 金属在适宜的腐蚀环境中沿着材料的金属在适宜的腐蚀环境中沿着材料的晶界晶界发生和发展的发生和发展的局部腐蚀破坏形态。晶间腐蚀从金属材料表面开始,沿着局部腐蚀破坏形态。晶间腐蚀从金属材料表面开始,沿着晶晶界向内部发展界向内部发展,使晶粒间的结合力大大
15、丧失,使材料的结合,使晶粒间的结合力大大丧失,使材料的结合力大大丧失。力大大丧失。晶间腐蚀发生在金属晶粒晶间腐蚀发生在金属晶粒边界处,金属由大量的单边界处,金属由大量的单个晶粒构成,每个晶粒边个晶粒构成,每个晶粒边界与晶粒内部的金属化学界与晶粒内部的金属化学成分不同。当存在电解液成分不同。当存在电解液时,晶粒边界和晶粒中心时,晶粒边界和晶粒中心充当阳阴极相互反应,晶充当阳阴极相互反应,晶粒边界发生快速、选择性粒边界发生快速、选择性的腐蚀。的腐蚀。晶间腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀INTERGRANULAR CORROSION5)层离腐蚀)层离腐蚀 定义:在沿着平行于材料表面的平面上发生的腐蚀引起
16、定义:在沿着平行于材料表面的平面上发生的腐蚀引起的层状剥离。通常,这种破坏发生在晶界处。的层状剥离。通常,这种破坏发生在晶界处。层层离离腐蚀利用金属表面下的晶间腐蚀的产物扩展的力量腐蚀利用金属表面下的晶间腐蚀的产物扩展的力量将金属表面撬起。剥层腐蚀常见于晶粒厚度小于卷状形式时将金属表面撬起。剥层腐蚀常见于晶粒厚度小于卷状形式时的型材上的型材上6)电偶腐蚀)电偶腐蚀 定义:金属与电位更正的另一种金属或非金属相定义:金属与电位更正的另一种金属或非金属相 互接触时而引起的加速腐蚀互接触时而引起的加速腐蚀 机理:电化学腐蚀机理:电化学腐蚀 表现:不同金属接触边缘附近的白色或灰色粉状表现:不同金属接触边
17、缘附近的白色或灰色粉状 颗粒颗粒 给氧面积原理:双金属电偶中,保持阳极面积一定,腐给氧面积原理:双金属电偶中,保持阳极面积一定,腐 蚀程度与阴极面积成正比。(避免蚀程度与阴极面积成正比。(避免“大阴极小大阴极小 极极”)防护防护防止接触防止接触缓蚀剂缓蚀剂 在在双金属电偶腐蚀中,阴阳两极相对面积比有着重要意义。双金属电偶腐蚀中,阴阳两极相对面积比有着重要意义。阳极被腐蚀,因此阳极要尽量大。例如:在同样的条件下,阳极被腐蚀,因此阳极要尽量大。例如:在同样的条件下,铜铆钉铆接钢板与钢铆钉铆接铜板,由于钢的电位较负,为铜铆钉铆接钢板与钢铆钉铆接铜板,由于钢的电位较负,为阳极,钢板腐蚀之后与铜铆钉的连
18、接依然很牢固而钢铆钉却阳极,钢板腐蚀之后与铜铆钉的连接依然很牢固而钢铆钉却完全腐蚀破坏了。大阴极小阳极的状况是极为有害的。完全腐蚀破坏了。大阴极小阳极的状况是极为有害的。防护措施:防护措施:减少相接触金属的电极电位差减少相接触金属的电极电位差采取绝缘措施,加绝缘垫片、密封剂以隔离金属采取绝缘措施,加绝缘垫片、密封剂以隔离金属采用缓蚀剂进行保护,阻止腐蚀介质的侵采用缓蚀剂进行保护,阻止腐蚀介质的侵蚀蚀 座椅导轨定座椅导轨定位孔处的电偶位孔处的电偶腐蚀腐蚀 电化序电化序 标准电极电位:金属与它标准电极电位:金属与它离子活度为离子活度为1 1的溶液接触时的的溶液接触时的平平衡电极电位衡电极电位,称为
19、该金属的标准电极电位。,称为该金属的标准电极电位。离子活度:指的是参与电化学反应的离子的有效浓度。离子活度:指的是参与电化学反应的离子的有效浓度。平衡电极电位:双电层不随时间变化,即电荷平衡,平衡电极电位:双电层不随时间变化,即电荷平衡,物质平衡。物质平衡。标准电位序(电化序):将各种金属的标准电极电位按其标准电位序(电化序):将各种金属的标准电极电位按其代数值增大的顺序排列起来。代数值增大的顺序排列起来。电化序作用:大体判断金属腐蚀的热力学可能性。电化序作用:大体判断金属腐蚀的热力学可能性。(标准电极电位负值大的金属,比较容易失去电子进行氧化(标准电极电位负值大的金属,比较容易失去电子进行氧
20、化反应,是比较活泼的金属,容易发生腐蚀,反之则不易发生反应,是比较活泼的金属,容易发生腐蚀,反之则不易发生腐蚀。)腐蚀。)6.应力腐蚀应力腐蚀阳极溶解型应力腐蚀阳极溶解型应力腐蚀(APC-SCC)(APC-SCC)定义:指处于拉应力状态下的合金,在特定的腐蚀介定义:指处于拉应力状态下的合金,在特定的腐蚀介质中,由于产生局限于合金内某种微电池的质中,由于产生局限于合金内某种微电池的阳极溶解阳极溶解而导致破裂的现象,用而导致破裂的现象,用SCCSCC表示。表示。SCCSCC认为,应力腐蚀要经过膜破裂认为,应力腐蚀要经过膜破裂-溶解溶解-断裂这三个阶断裂这三个阶段。段。紧固件孔处的应力腐蚀开裂紧固件
21、孔处的应力腐蚀开裂1)应力腐蚀发生的三个必要条件应力腐蚀发生的三个必要条件 (1)敏感材料)敏感材料 (2)特定的腐蚀介质)特定的腐蚀介质 (3)拉伸应力)拉伸应力2)应力腐蚀的特点)应力腐蚀的特点 (1)裂纹生成的三个阶段)裂纹生成的三个阶段 (2)应力腐蚀都发生在微小局部)应力腐蚀都发生在微小局部 (3)表面有钝化膜和防护膜的合金构件往往容易发)表面有钝化膜和防护膜的合金构件往往容易发 生应力腐蚀生应力腐蚀 (4)应力腐蚀造成的断裂宏观上都是脆性断裂)应力腐蚀造成的断裂宏观上都是脆性断裂3)防止应力腐蚀的措施)防止应力腐蚀的措施 (1)正确选择材料)正确选择材料(2)降低或消除应力)降低或
22、消除应力(3)控制环境)控制环境(4)涂覆保护涂层)涂覆保护涂层4.工业介质的腐蚀工业介质的腐蚀 1 1)飞机上发生的酸碱溶液腐蚀)飞机上发生的酸碱溶液腐蚀 电瓶中的电解质溶液和蒸气都会对电瓶舱及排放口的金属电瓶中的电解质溶液和蒸气都会对电瓶舱及排放口的金属造成腐蚀造成腐蚀 2 2)汞(水银)汞(水银)水银容易与未加保护层的铝产生汞齐化,迅速对铝及铝水银容易与未加保护层的铝产生汞齐化,迅速对铝及铝合金制件带来严重的腐蚀。受水银污染的铝,迅速被粉化合金制件带来严重的腐蚀。受水银污染的铝,迅速被粉化成银白色粉末,或者呈绒毛状的腐蚀产物,水银继续侵蚀成银白色粉末,或者呈绒毛状的腐蚀产物,水银继续侵蚀
23、基体铝合金,倘若铝处于应力作用下,开裂将迅速产生。基体铝合金,倘若铝处于应力作用下,开裂将迅速产生。一旦发生水银的外溢,立即清除掉水银是刻不容缓的任务。一旦发生水银的外溢,立即清除掉水银是刻不容缓的任务。5.大气腐蚀大气腐蚀 在常温下在常温下、潮湿空气中发生的腐蚀潮湿空气中发生的腐蚀 1 1)影响大气腐蚀的因素)影响大气腐蚀的因素 (1 1)大气相对湿度)大气相对湿度(2)大气的温度和温差)大气的温度和温差 一般随温度的升高,腐蚀加快一般随温度的升高,腐蚀加快(3 3)大气的成分)大气的成分 大气中的有害气体大气中的有害气体 空气中的粉尘,颗粒空气中的粉尘,颗粒2)防止大气腐蚀的措施)防止大气
24、腐蚀的措施 (1)提高金属材料的耐腐蚀能力)提高金属材料的耐腐蚀能力 (2)降低大气的)降低大气的 (3)在金属构件表面采取保护性覆盖层)在金属构件表面采取保护性覆盖层 (4)保护金属表面干燥和清洁)保护金属表面干燥和清洁 (5)保持金属表面的光洁度)保持金属表面的光洁度 (6)及时处理腐蚀产物)及时处理腐蚀产物6.微生物腐蚀微生物腐蚀 微生物腐蚀是由飞机油箱中的微生物(主要是真菌)所微生物腐蚀是由飞机油箱中的微生物(主要是真菌)所引起的。它们在燃油和水的分界面上繁殖,形成的新陈代谢引起的。它们在燃油和水的分界面上繁殖,形成的新陈代谢产物腐蚀金属。在热而潮湿的气候下燃油的微生物腐蚀率高。产物腐
25、蚀金属。在热而潮湿的气候下燃油的微生物腐蚀率高。真菌形似线状,形成簇状或分散的小球,具有粘性,通真菌形似线状,形成簇状或分散的小球,具有粘性,通常呈棕色或黑色粘附在油箱底。如图。常呈棕色或黑色粘附在油箱底。如图。机翼油机翼油箱底部箱底部的微生的微生物腐蚀物腐蚀产物产物2)微生物腐蚀的特征)微生物腐蚀的特征 (1)微生物腐蚀是指在微生物生命活动参与下所发生的)微生物腐蚀是指在微生物生命活动参与下所发生的 腐蚀腐蚀 (2)产生微生物腐蚀时,金属表面总有黏泥式的沉积物)产生微生物腐蚀时,金属表面总有黏泥式的沉积物 (3)发生微生物腐蚀部位的金属,总是带有点腐蚀的迹)发生微生物腐蚀部位的金属,总是带有
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