民航客机防护涂层的失效机制与7075铝合金结构件的腐蚀行为

摘要

为了研究民航客机结构的腐蚀机理,本文详细表征了服役客机7075-T6铝合金壁板及结构件的腐蚀形貌、裂纹特征和腐蚀产物,并从涂层和铝合金基体两方面入手对其腐蚀机制进行了探讨。
　　 利用扫描电子显微镜(SEM)及附带的能谱仪(EDS)对完整涂层和已腐蚀(未剥落)涂层表面、横截面及背面进行微观形貌和能谱分析。涂层表面的观察结果发现,完整涂层中面漆的添加剂(钛白粉)分布均匀,质地缜密,而发生腐蚀后的涂层钛白粉团聚明显,容易粉化脱落,涂层孔隙率也有变大的趋势,防护性能大大下降。中间漆层添加的滑石粉为面漆的附着提供良好的基底。涂层横截面样品清楚地显示面漆层、中间漆层、化学氧化层、铝合金基体的厚度和分布情况,裂纹在铝合金基体内部延伸扩展明显,但三层涂层的结合仍然完好。剥落涂层的背面形貌主要表现为龟裂状裂纹,而且铝元素的含量很高。
　　 对已剥落粉化涂层进行红外光谱分析,并和完整涂层粉末进行比较。剥落涂层中出现新的官能团类型,而且水分的含量比完整涂层要高的多,这些分子基团的变化是导致涂层发生腐蚀的重要原因。
　　 差热热重检测结果证实已腐蚀涂层内部的水份远高于完整涂层,而水份的存在为铝合金的腐蚀创造了极佳条件。X射线物相衍射分析(XRD)发现已剥落涂层比完整涂层的衍射强度稍大,剥落涂层的峰宽略小于原始涂层,这些结果说明剥落的油漆中的钛白粉颗粒尺寸有所增大。
　　 客机7075-T6态铝合金板材件和结构件铆钉孔附近区域的表面涂层容易出现鼓泡、开裂等现象,铆钉孔变大松动,并在孔周围发生层状的剥落腐蚀。在表面其他区域,涂层的变色、粉化和开裂的情况,铝合金基体也有不同程度腐蚀损伤。主要表现为腐蚀初期的点蚀,出现腐蚀孔洞和腐蚀坑,能观察到微裂纹和龟裂的分布。随后在基体内部观测到大量不连续的阶梯状平行的晶间腐蚀和沿晶应力腐蚀裂纹,而裂纹的扩展和腐蚀产物的膨胀是导致表面涂层鼓泡甚至脱落的重要原因。腐蚀末期,裂纹的连接和相互贯通导致铝合金基体失去原有的强度、塑性和韧性等各项力学性能,致使成片的脱落而造成结构件的失效。
　　 铝合金的腐蚀和外界环境有着紧密的关联。由于腐蚀过程中有腐蚀介质的参与,形成的腐蚀产物以氢氧化物为主。此外,腐蚀介质中的Cl-、SO42-等有害离子对铝合金板材和结构件的腐蚀具有明显的促进作用。