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[摘 要]铝合金是一种高质量的结构材料，主要应用于航空航天等重要装备。它的使用寿命对整机的寿命构成严重的影响。分析和研究铝合金在大气环境中的使用寿命，耐腐蚀性能是一项重要课题，因此本文对航空铝合金材料腐蚀损伤影响因素和腐蚀机理进行了相关探讨分析，以供参考。
[关键词]航空材料；铝合金；腐蚀机理
中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0039-01
腐蚀是飞机结构的一种主要损伤形式，是飞行故障及灾难的主要原因之一，特别是在我国沿海地区，服役过程中发现飞机机体腐蚀问题相当严重。因此对航空用铝合金腐蚀现象加以研究，找出其中包含着的腐蚀机理，并建立适当的方法将这些信息用于腐蚀损伤的研究是非常必要的。
一、航空铝合金及其材料性能
航空建设中，飞机在飞行过程中，对铝合金及其材料的要求比较高，需要发挥铝合金材料的高韧性、高强度、抗疲劳的特征，而且还要具有抗腐蚀的特点。考虑到飞机零件的全周期寿命，规范好铝合金及其材料的加工性能。
首先是铝合金及其材料加工时的静强度性能，保障铝合金在给定设计载荷的状态下，保持安全稳定的状态，禁止发生破坏，防止航空零部件出现永久变形的问题。静强度性能对铝合金材料的要求是：不出现疲劳裂纹，保障零部件在全周期寿命中的安全性。静强度性能设计中，铝合金材料可能会隐藏初始的缺陷，潜在疲劳裂纹的风险。根据已经出现的疲劳裂纹，规划出零部件整体结构的外载荷，便于铝合金材料在维修中能及时发现和处理损伤与破坏。
然后航空铝合金及其材料加工性能控制方面，考虑到飞机运行中的蒙皮温度影响因素，长期处于高温的状态中，铝合金材料的性能会逐步下降。一般情况下，协和式飞机的速度在2.2Ma时，飞机头部的温度，最高可以达到149℃，铝合金材料的性能，明显下降。在某个温度点，铝合金材料的性能会表现出急剧下降的状态，影响了材料的拉伸强度。铝合金材料加工性能中，必须注重温度对材料性能的影响，保障铝合金在一定温度区间中的稳定性，预防出现温度过高材料强度降低的情况。
最后是航空铝合金及其材料服役性能的运用。飞机不同部位的铝合金材料，服役性能有明显的差异，例如：疲劳、抗压强度、断裂韧性等，均是材料服役性能的范围。除此以外，部分特殊的结构材料中，还包括剪切强度与耐腐蚀等特征。我国航空运输中的商业飞机，正在朝着超音速的方向发展，延长飞机的运行寿命，增加航空材料市场的竞争力，深入研究商业飞机的结构，规划好铝合金及其材料的性能，投入到加工生产中。
二、飞机铝合金结构腐蚀疲劳的作用因素
影响飞机铝合金结构腐蚀疲劳的因素很多，归纳起来主要来自环境、力学和冶金三个方面。下面就铝合金腐蚀疲劳中有关环境和力学两方面的影响因素进行讨论。
1.腐蚀环境介质的影响
飞机铝合金结构的主要使用环境为潮湿大气、工业大气、海洋大气以及海水。其中，海洋大气和海水对飞机结构疲劳强度和寿命的影响最为强烈。铝合金在蒸馏水中的疲劳强度要低于在空气中的疲劳强度，而盐水中的疲劳强度往往又会比纯水中更低，但疲劳强度的降低并不总是随着腐蚀环境介质浓度的增加而增加的。
2.环境介质温度的影响
与一般疲劳相比，温度对腐蚀疲劳的影响有所不同，提高腐蚀介质的温度会使材料的耐腐蚀疲劳性能降低。但对于一般的腐蚀疲劳问题来说，如果温度改变不显著，对铝合金结构疲劳性能的影响并不大。
3.外加疲劳载荷的影响
对于飞机铝合金结构来说，所经受疲劳载荷的加载频率和平均应力对飞机结构的腐蚀疲劳寿命有着重要影响。普遍认为，加载频率越低，疲劳裂纹的扩展速率越大，材料的腐蚀疲劳强度越低，这同腐蚀介质与裂尖材料持续作用的时间有关。同时研究表明，不管是对空气中还是腐蚀环境下的疲劳问题，叠加在交变应力之上的平均拉应力对疲劳强度都有降低作用，而平均压应力则可使疲劳强度提高。
三、铝合金材料腐蚀机理与改善
铝合金本身电极电位低，易腐蚀，在焊接后微观组织发生、接头成分发生变化，使得接头的腐蚀机制变得复杂。接头组织中主要有α基体相和晶界处的β相，β相既可以阻碍铝合金的腐蚀，也可以充当阴极而加速铝合金的腐蚀。当β相在铝合金焊接接头中含量增加并弥散分布在基体时，α基体相开始腐蚀后生成比较致密的氧化膜层，该膜层阻碍了腐蚀的进展；β相不呈网状分布时，β相就充当阴极加速铝合金的腐蚀。开展了深冷处理对铝合金耐腐蚀影响的研究，采用合适的深冷处理工艺可以使晶粒细化，改善第二相的分布，控制第二相的含量，可以提高铝合金的耐腐蚀性能。
铝合金焊接件在受到外加应力和残余应力时发生塑性变形，在接头微小区域产生滑移台阶，滑移台阶的高度大于铝合金焊接件表面钝化膜的厚度后钝化膜破裂，在腐蚀介质中钝化膜金属与母体金属形成电化学反应的阴阳极，腐蚀微电池在阳极附近迅速溶解形成蚀坑，应力促进微电池反应最终形成应力腐蚀开裂。可在焊缝区的表面形成纳米强化层，减少表面的滑移带和晶界以及晶界上的位错塞积所引起的应力集中，消除表面各种缺陷，有利于耐腐蚀性能的提高。
稀土元素加入铝合金后可以细化α基体相和晶界处的β相，较小面积的阴极β相与铝合金中杂质结合，杂质降低的阴极极性使得电化学反应减慢，接头耐腐蚀性能提高。稀土加入铝合金后，容易与氧在铝合金表面生成致密的稀土氧化物，该化合物化学性质不活泼，在铝合金表面可以起到钝化作用，有利于耐腐蚀性能提高；含有稀土的铝合金在腐蚀过程中腐蚀电流减小，容抗增加，电阻增大，阴极β相析氢变得困难，耐腐蚀性能提高。基于此，可以研制含有稀土铝合金的铝合金焊丝，改善焊缝组织，提高焊接接头耐腐蚀性能。
四、结语
深入研究腐蚀疲劳损伤的形式、破坏机理、相关因素以及对飞机铝合金结构的影响，对提高飞机使用安全，延长飞机使用寿命、降低飞机维护费有着重要的意义。
参考文献
[1]回丽， 于翔， 许良，等. 航空铝合金腐蚀坑当量化技术[J]. 中國机械工程， 2015（16）.
[2]刘治国， 李旭东， 穆志韬. 航空铝合金材料腐蚀坑形状特征[J]. 腐蚀与防护， 2014， 35（2）：128-132.
[3]胡家林， 王琳. 航空铝合金材料腐蚀损伤研究[J]. 科技资讯， 2015， 13（6）：213-213.
[关键词]航空材料；铝合金；腐蚀机理
中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0039-01
腐蚀是飞机结构的一种主要损伤形式，是飞行故障及灾难的主要原因之一，特别是在我国沿海地区，服役过程中发现飞机机体腐蚀问题相当严重。因此对航空用铝合金腐蚀现象加以研究，找出其中包含着的腐蚀机理，并建立适当的方法将这些信息用于腐蚀损伤的研究是非常必要的。
一、航空铝合金及其材料性能
航空建设中，飞机在飞行过程中，对铝合金及其材料的要求比较高，需要发挥铝合金材料的高韧性、高强度、抗疲劳的特征，而且还要具有抗腐蚀的特点。考虑到飞机零件的全周期寿命，规范好铝合金及其材料的加工性能。
首先是铝合金及其材料加工时的静强度性能，保障铝合金在给定设计载荷的状态下，保持安全稳定的状态，禁止发生破坏，防止航空零部件出现永久变形的问题。静强度性能对铝合金材料的要求是：不出现疲劳裂纹，保障零部件在全周期寿命中的安全性。静强度性能设计中，铝合金材料可能会隐藏初始的缺陷，潜在疲劳裂纹的风险。根据已经出现的疲劳裂纹，规划出零部件整体结构的外载荷，便于铝合金材料在维修中能及时发现和处理损伤与破坏。
然后航空铝合金及其材料加工性能控制方面，考虑到飞机运行中的蒙皮温度影响因素，长期处于高温的状态中，铝合金材料的性能会逐步下降。一般情况下，协和式飞机的速度在2.2Ma时，飞机头部的温度，最高可以达到149℃，铝合金材料的性能，明显下降。在某个温度点，铝合金材料的性能会表现出急剧下降的状态，影响了材料的拉伸强度。铝合金材料加工性能中，必须注重温度对材料性能的影响，保障铝合金在一定温度区间中的稳定性，预防出现温度过高材料强度降低的情况。
最后是航空铝合金及其材料服役性能的运用。飞机不同部位的铝合金材料，服役性能有明显的差异，例如：疲劳、抗压强度、断裂韧性等，均是材料服役性能的范围。除此以外，部分特殊的结构材料中，还包括剪切强度与耐腐蚀等特征。我国航空运输中的商业飞机，正在朝着超音速的方向发展，延长飞机的运行寿命，增加航空材料市场的竞争力，深入研究商业飞机的结构，规划好铝合金及其材料的性能，投入到加工生产中。
二、飞机铝合金结构腐蚀疲劳的作用因素
影响飞机铝合金结构腐蚀疲劳的因素很多，归纳起来主要来自环境、力学和冶金三个方面。下面就铝合金腐蚀疲劳中有关环境和力学两方面的影响因素进行讨论。
1.腐蚀环境介质的影响
飞机铝合金结构的主要使用环境为潮湿大气、工业大气、海洋大气以及海水。其中，海洋大气和海水对飞机结构疲劳强度和寿命的影响最为强烈。铝合金在蒸馏水中的疲劳强度要低于在空气中的疲劳强度，而盐水中的疲劳强度往往又会比纯水中更低，但疲劳强度的降低并不总是随着腐蚀环境介质浓度的增加而增加的。
2.环境介质温度的影响
与一般疲劳相比，温度对腐蚀疲劳的影响有所不同，提高腐蚀介质的温度会使材料的耐腐蚀疲劳性能降低。但对于一般的腐蚀疲劳问题来说，如果温度改变不显著，对铝合金结构疲劳性能的影响并不大。
3.外加疲劳载荷的影响
对于飞机铝合金结构来说，所经受疲劳载荷的加载频率和平均应力对飞机结构的腐蚀疲劳寿命有着重要影响。普遍认为，加载频率越低，疲劳裂纹的扩展速率越大，材料的腐蚀疲劳强度越低，这同腐蚀介质与裂尖材料持续作用的时间有关。同时研究表明，不管是对空气中还是腐蚀环境下的疲劳问题，叠加在交变应力之上的平均拉应力对疲劳强度都有降低作用，而平均压应力则可使疲劳强度提高。
三、铝合金材料腐蚀机理与改善
铝合金本身电极电位低，易腐蚀，在焊接后微观组织发生、接头成分发生变化，使得接头的腐蚀机制变得复杂。接头组织中主要有α基体相和晶界处的β相，β相既可以阻碍铝合金的腐蚀，也可以充当阴极而加速铝合金的腐蚀。当β相在铝合金焊接接头中含量增加并弥散分布在基体时，α基体相开始腐蚀后生成比较致密的氧化膜层，该膜层阻碍了腐蚀的进展；β相不呈网状分布时，β相就充当阴极加速铝合金的腐蚀。开展了深冷处理对铝合金耐腐蚀影响的研究，采用合适的深冷处理工艺可以使晶粒细化，改善第二相的分布，控制第二相的含量，可以提高铝合金的耐腐蚀性能。
铝合金焊接件在受到外加应力和残余应力时发生塑性变形，在接头微小区域产生滑移台阶，滑移台阶的高度大于铝合金焊接件表面钝化膜的厚度后钝化膜破裂，在腐蚀介质中钝化膜金属与母体金属形成电化学反应的阴阳极，腐蚀微电池在阳极附近迅速溶解形成蚀坑，应力促进微电池反应最终形成应力腐蚀开裂。可在焊缝区的表面形成纳米强化层，减少表面的滑移带和晶界以及晶界上的位错塞积所引起的应力集中，消除表面各种缺陷，有利于耐腐蚀性能的提高。
稀土元素加入铝合金后可以细化α基体相和晶界处的β相，较小面积的阴极β相与铝合金中杂质结合，杂质降低的阴极极性使得电化学反应减慢，接头耐腐蚀性能提高。稀土加入铝合金后，容易与氧在铝合金表面生成致密的稀土氧化物，该化合物化学性质不活泼，在铝合金表面可以起到钝化作用，有利于耐腐蚀性能提高；含有稀土的铝合金在腐蚀过程中腐蚀电流减小，容抗增加，电阻增大，阴极β相析氢变得困难，耐腐蚀性能提高。基于此，可以研制含有稀土铝合金的铝合金焊丝，改善焊缝组织，提高焊接接头耐腐蚀性能。
四、结语
深入研究腐蚀疲劳损伤的形式、破坏机理、相关因素以及对飞机铝合金结构的影响，对提高飞机使用安全，延长飞机使用寿命、降低飞机维护费有着重要的意义。
参考文献
[1]回丽， 于翔， 许良，等. 航空铝合金腐蚀坑当量化技术[J]. 中國机械工程， 2015（16）.
[2]刘治国， 李旭东， 穆志韬. 航空铝合金材料腐蚀坑形状特征[J]. 腐蚀与防护， 2014， 35（2）：128-132.
[3]胡家林， 王琳. 航空铝合金材料腐蚀损伤研究[J]. 科技资讯， 2015， 13（6）：213-213.