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复合材料在飞机防腐蚀中的应用

作者：贺宁龙；李进秀；王裕日期：2013-12-10 09:20 来源：《电子制作》

陕西省汉中市汉台区五一路陕飞大厦 723200

【文章摘要】
科学技术的进步直接导致了新型复合材料的发展，近年来，材料科学发展迅速，各种新型材料广泛应用于日常生活当中。复合材料相比普通材料具有更轻、更强、化学性质更加稳定等优点，因此，本文将介绍复合材料在飞机防腐蚀应用方面的内容。
　　　
【关键词】
复合材料；飞机防腐蚀；应用
　　　
飞机是一个庞大的结构复杂的系统，由于其高速飞行且常常处于不同气候环境下等特点，这使得飞机上的一些零部件以及机身的损伤现象十分普遍，针对这一现状，加强飞机的防护措施与积极研究各种新型复合材料并用于制造飞机上的一些零部件或者用于飞机防腐具有很强的现实意义。一般来说，飞机损伤主要体现在结构腐蚀上，这些腐蚀因素来源于多方面，不同类型与用途的飞机受腐蚀情况各不相同，比如，军用飞机由于飞行速度高，与大气的摩擦损伤很严重；农林飞机由于喷洒农药、化肥等，使得其遭受腐蚀等。复合材料（主要是碳纤维增强复合材料）具有优良的比强度、比刚度以及加工性能，能够抗腐蚀，而且密度小，是用于飞机防腐的极佳材料。下面文章围绕复合材料在飞机防腐蚀中的应用展开简要论述（主要以农林飞机防腐蚀为例）：
1 碳纤维复合材料在飞机零部件接头处的防腐
飞机不同零部件由于其材质不同，彼此之间往往都存在比较大的电位差，很容易形成电化学腐蚀，对此，需要对接头处进行必要的防腐蚀措施。
（1）应用钛合金材料根据不同材料电位值显示，钛合金、蒙耐尔合金与耐腐蚀不锈钢等材料的电位值与碳纤维复合材料最为接近，由于钛合金较其他材料更轻，所以实际应用中往往选用钛合金材料作为复合材料结构紧固件。这样一来，较好的解决了不同材质在接头上由于电位值差异而引起的电化学腐蚀问题。
（2）封闭接头对接头进行密封处理，实质上是切断电解质的通路，拒绝电解质与接头接触，从而达到保护接头的作用。常用措施有对接头进行涂胶、采用密封胶带（材质为环氧- 聚酰胺树脂）密封等。
2 树脂基玻璃纤维复合材料在农林飞机后机身中防腐应用
树脂基玻璃纤维复合材料不仅用于军用飞机，更广泛应用于民用飞机，比如农林飞机。农林飞机是一种低空低速飞行的飞机，载荷能力较小，采用玻璃纤维材料制造机身既可以加强机身抗腐蚀能力，又能减轻飞机自重，提高其工作能力。大量实践证实，农林飞机后机身下壁结构是其整个机身遭受腐蚀最为严重的部位，用树脂基玻璃纤维复合材料结构取代传统的金属铆接结构可以很好的减少该部位遭受腐蚀的程度。其具体措施：下壁板采用泡沫夹芯的结构方式，面板则用两层玻璃布，树脂材料为HJ-4，然后在常温下进行固化，夹芯填充材质则选用密度为32 千克每立方的ROHA-CELL 闭孔泡沫，厚度大致为10MM 左右，其中两根下大梁仍然采用铝合金材质进行设计；同时在铆接部位配备铝条以增加结构的强度，部分连接部件选用尼龙材料，通过引用上述复合材料对其进行改造以实现飞机该部位抗腐蚀性能的增强。改造完成之后再对其进行力学强度测试，下壁板在静力测试试验中的结果表明能够承受70% 极限负荷而不发生塑性形变；再进行极限负荷测试发现，结构不发生明显断裂现象；综合以上得出结论，运用树脂基玻璃纤维复合材料代替合金材料制造后机身下壁能够有效防止腐蚀，同时也能满足飞机正常工作时的力学强度要求。
3 飞机各构件之间机械连接采用复合材料，增强抗腐蚀能力
一般情况下，复合材料的强度与金属材料的强度差异都比较大，不能够很好的进行匹配，因此，飞机构件的机械连接上不能采用金属铆钉铆接，为加强抗腐蚀能力，往往在机械连接上采用尼龙材料、铝套冷镦铆、尼龙螺栓螺母等接连接件进行连接，并且对连接部位进行加厚处理。关于飞机夹层结构机械连接中的玻璃钢夹芯壁板连接，其连接中复合材料的防腐蚀应用分为以下技术类型：1. 泡沫夹芯壁板连接型式；这种型式用到的材料有泡沫夹芯垫板、玻璃布、密封胶、金属加强片、铝螺栓以及配合间隙粘贴工艺补偿垫片等，并且采用内面板收口方式，斜式收口相比直口具有更好的传力效果，接口更加牢固，然而，这种型式下，还需要考虑到壁板遇到较大轴力时，载荷传递容易发生离心作用，壁板下部容易形成积水等情况，因此，需要在积水部位用泡沫进行填充，再用玻璃布密封好。2. 口盖连接型式；这种型式又分为快卸、口盖铰链、口盖螺栓、非受力口盖等类别，采用的复合材料有泡沫夹芯壁板、尼龙密封罩、橡胶型材粘合固定件、粘环氧胶拧紧固定件等，以上材质抗腐蚀性能强，可以很好的提高飞机机械连接上抵抗腐蚀的能力。
4 总结
复合材料由于其更加优越的物理、化学等性能，使得其获得了足够的研发力度以及广阔的应用市场。随着材料科学的不断发展，新的高分子有机复合材料不断被成功合成并投入生产，未来的生产生活当中，复合材料的应用领域将更加广阔，应用前景将更加光明。本文只是简单介绍了复合材料在飞机防腐蚀方面的应用就足见复合材料超强的优越性，这些优越性主要体现在复合材料有效降低了飞机的损伤程度，延长了使用寿命，提高了工作效率等方面。复合材料的应用是一门学问，需要人们不断去尝试，不断去发现，充分利用复合材料的优良的性能解决我们生产生活中的实际问题是我们的终极目的。
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