高飞
（海装上海局驻常州地区军事代表室；213022 ）
1 引言
某型航空发动机使用环境具有高温、高湿、强日照、高盐雾等特点，同时经常在沿海地区飞行，恶劣的海洋环境下长期使用，发动机本体9项零部件（轴流压气机整流器、压气机机匣、前盖、离心压气机转子、径向扩压器、燃烧室机匣、滑油箱、进气整流罩、燃气涡轮二级导向器）出现了一定程度的腐蚀现象。为进一步提高该型发动机抗腐蚀能力，结合零部件材料特性及结构特点，开展防腐蚀改进研究工作。
2 发动机简介及零部件腐蚀具体情况
该型发动机是一型自由涡轮式后输出涡轮轴发动机，主要由一级轴流压气机、一级离心压气机、带离心甩油盘装置的折流环形燃烧室、两级轴流式燃气涡轮、两级轴流式自由涡轮、体内减速器等部件及成附件构成。随机抽选两台发动机样本，一台为寿命使用初期，另一台为首次修理间隔期使用末期，经分解检查腐蚀情况见表1。
表1 两台发动机腐蚀情况
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3 腐蚀防护方案的制定
3.1 主要目标
针对上述腐蚀情况，为进一步提高在严酷的海洋环境下该型发动机使用可靠性及耐腐蚀性，根据发动机腐蚀零部件的腐蚀情况以及零部件材料，制定合理可行的腐蚀防护措施，并进行必要的试验验证。
3.2 基本原则
针对海洋环境使用的防腐蚀要求，综合该型发动机特点，确定发动机腐蚀防护改进的基本原则如下：
腐蚀防护改进设计主要集中在发动机使用过程中所暴露的薄弱环节上，并充分借鉴国内成熟型号在海洋环境条件下使用的经验；
综合周期与成本因素，本次腐蚀防护设计不考虑更换材料，只增加表面处理或防护涂层；
外露件一般应当施加可靠的表面防护；确因功能需要无法表面防护的，应当综合采取密封、隔离等手段加以保护；
冷端流道件应在满足功能要求的基础上，尽可能施加表面防护；防护层应具有优良的耐腐蚀性、结合性能和抗冲击性能；
优先选取经试用或试验验证的具有良好耐腐蚀性的表面处理措施和防护涂层措施；
增加腐蚀防护措施后的零部件不能影响发动机性能和工作可靠性。
3.3 腐蚀防护措施分析
通过对开展腐蚀防护工作零部件结构特点、工作环境等进行综合考量，借鉴国内成熟型号腐蚀防护经验，并结合现有腐蚀防护工艺手段，针对流道内静子钢件主要进行磨粒流处理或化学镀镍磷处理，机匣类零件表面、钣金件焊缝处以及机匣安装边涂防护漆进行密封隔离保护。
3.3.1 磨粒流
磨粒流加工是以磨料介质（掺有磨粒的一种可流动的混合物，常用磨粒为碳化硅、立方氮化硼、氧化铝和金刚砂）在压力下流过工件所需加工的表面，进行去毛刺、除飞边、磨圆角，以减少工件表面波纹度和粗糙度，达到精密加工的光洁度。在需要复杂手工精加工或形状较为复杂的工件以及其他方法难以加工的部位，磨粒流加工时最好的可供选择的加工方法。
3.3.2 化学镀镍磷
化学镀镍磷是通过自催化还原反应在钢件表面及其他各种基材表面上得到均匀、致密、光亮的镍磷合金镀层。它具有超低孔隙率、高硬度、高耐磨性、超强耐蚀性等优良性能。用在耐蚀性不强的钢制零件表面能起到明显的腐蚀防护效果，同时由于此种镀层表面完整、结晶细致、均匀无缺陷，与基体结合性强，同样有利于增强基体耐蚀性能。
3.3.3 涂防护漆
对于各类型材料零件外表面、焊缝表面或零件连接结构处，增加合适的涂漆防护处理都能增强零件在恶劣环境下的耐腐蚀性能。
TW-7水基耐高温涂料是一种新型无机涂层，主要成份为水基含铝无机磷酸盐，成膜后近70%、80%的成份都为铝粉颗粒，可满足长达1000小时以上的盐雾试验性能测试。该措施已在该型发动机燃烧室机匣、中间机匣、转接机匣上应用，具有很好的中高温耐蚀性能，在实际使用过程中该三处机匣表现较好的防腐蚀性能。
在焊缝处增加底漆+面漆（H06-25锶黄环氧聚酰胺底漆和NC-2-Ⅱ（3）环氧聚酰胺磁漆）的防腐涂层，可有效隔绝外部环境对焊缝处的影响。
对于零件安装连接结构，主要通过涂覆铝粉有机硅烘干耐热漆（W61-55），其工作温度可达500℃，有较好的耐冲击性、耐水性和耐汽油性，使用机械方法，易于去除。经调研，在国内同类型发动机装配过程中，压气机与燃烧室结合面、燃烧室和涡轮结合面均会涂覆W61-55铝粉有机硅烘干耐热漆，以增强结合面的耐腐蚀性能。
3.4 腐蚀防护措施工艺可行性分析
3.4.1 轴流压气机整流器磨粒流处理
轴流压气机整流器为1Cr17Ni2马氏体不锈钢，抗海洋环境腐蚀能力一般，尤其是气流通道叶片表面。抽取两台发动机的轴流压气机整流器均出现锈蚀的现象，经除锈清理，零件外观基本良好，说明腐蚀程度较轻微。初步拟定对轴流压气机整流器进行磨粒流处理，提高表面光洁度，提高耐腐蚀性能。
目前，发动机零件中轴流压气机盘和离心压气机转子均会进行磨粒流处理，处理效果较好，工艺成熟稳定。可对轴流压气机整流器进行工艺试验，最终确定磨粒流工艺参数，工艺路线成熟可行。
3.4.2 径向扩压器化学镀镍磷处理
径向扩压器零件材料为2Cr13抗氧化钢，抗海洋环境腐蚀能力较差，工作后表面腐蚀情况较为严重。初步拟定在零件表面镀镍磷，能够起到较好的防腐性能，且结合力强，抗冲刷。
从工艺可行性方面分析：
化学镀镍磷属于化学镀覆类，镀覆过程无需通电，可不受极化效应及尖端放电等电流分布影响，只要溶液各部分浓度、温度、pH值相同，所得各部分镀层厚度基本一致；
镀覆过程不受零件外观形状影响，只要溶液能够进入的区域均可镀覆，对于扩压器这种形状较为复杂的零件也可做到正常镀覆；
经调研，在国内同类型发动机中，部分轴承类零件（材料为GCr15）中均采用了化学镀镍-磷技术，工艺较为成熟。该工艺可在不锈钢零件表面形成镍磷镀层，且镀层质量优良，耐蚀性方面也有较大提升。
3.4.3 滑油箱/进气整流罩焊缝抛光、涂漆
滑油箱和进气整流罩基体材料均为1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢，具有良好的抗腐蚀性能，可以满足海洋环境的使用要求，不必采取防护措施，但应保证零件表面质量。在该型发动机使用过程中，滑油箱与进气整流罩基体工作情况良好，主要表现为焊缝处发生腐蚀。因此需提高焊接质量，并对滑油箱焊缝处进行抛光，打磨光滑，可有效去除表面杂质、氧化物，起到清理表面的作用，然后在其表面刷涂一层底漆（H06-25锶黄环氧聚酰胺底漆）和一层面漆（NC-2-Ⅱ（3）环氧聚酰胺磁漆），可起到基本的防腐作用，工艺简单可行。
3.4.4 压气机机匣表面、前盖外表面涂漆
前盖材料为2Cr13抗氧化钢，外表面不进行表面处理；压气机机匣材料为18Mn2CrMoBA，外表面喷涂H61-1。该型发动机喷涂TW-7热端部件机匣表面未发生腐蚀情况，因此决定压气机机匣外表面和前盖的外表面贯彻与燃烧室机匣相同的表面防腐措施，即喷涂TW-7无机涂层，可起到较好的腐蚀防护作用，同时工艺成熟可行。
3.4.5 压气机机匣/燃烧室机匣安装边涂漆
借鉴国内同类型发动机的经验，在压气机机匣和燃烧室机匣安装边结合处同样采用涂覆铝粉有机硅烘干耐热漆（W61-55）的措施。该型发动机压气机机匣后安装边处温度为300℃左右，燃烧室机匣后安装边处温度为500℃左右， W61-55铝粉有机硅烘干耐热漆能够满足耐热要求，在安装边结合处涂覆密封，保护结合面，提高防腐性能，工艺简单可行，并易于去除。
4 试验验证
4.1 工艺试验
4.1.1 化学镀镍磷处理
化学镀镍磷工艺较为成熟，已成功应用于国内外多型发动机的轴承类零件（基材GCr15），证明该工艺可在不锈钢零件表面形成镍磷镀层，且镀层质量优良，耐蚀性方面也有较大提升。
因此，根据要求对径向扩压器开展了首件试验，并确认了工艺参数。同时为保证翻修间隔期内发动机使用的可靠性，对径向扩压器化学镀镍磷层的大修工艺进行了完善，以保持零部件的抗腐蚀能力。
4.1.2 涂覆铝粉有机硅烘干耐热漆（W61-55）
虽然在国内同类型发动机发动机上已成熟应用铝粉有机硅烘干耐热漆（W61-55），但考虑到该型发动机的结构特点，按照要求对压气机机匣、燃烧室机匣的安装边涂覆铝粉有机硅烘干耐热漆（W61-55）完成了首件试验，并确认了工艺参数。
4.2 环境试验
环境试验参照GJB150.11A-2009《军用装备环境试验方法盐雾试验》要求开展（见表2），根据要求，完成2Cr13材料试片及镀镍磷状态试片的酸性盐雾试验。
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1 酸性盐雾试验 GJB150.11A-2009《军用装备环境试验方法盐雾试验》 采用5±1%的NaCl溶液，采用硫酸或氢氧化钠调节溶液pH值为3.5±0.5，交替进行24h喷盐雾和24h干燥两种状态共96h。 a)金属无明显发暗
b)金属防护层腐蚀面积占金属防护层面积的10%以下 2Cr13材料试片及镀镍磷状态的试片
4.3 整机试验
在完成上述工艺试验及环境试验基础上，对分别增加相应防腐蚀改进措施的轴流压气机整流器、前盖组合、径向扩压器、滑油箱、进气整流罩、压气机机匣、燃烧室机匣以及燃气涡轮二级导向器，开展了整机适应性试车，结果对发动机性能无影响，符合相关要求。
5 结论
针对某型发动机外场使用过程中出现的腐蚀情况，根据零部件结构特点、工作环境等，对发动机本体9项零部件（轴流压气机整流器、压气机机匣、前盖、离心压气机转子、径向扩压器、燃烧室机匣、滑油箱、进气整流罩、燃气涡轮二级导向器）分别开展防腐蚀改进工作，制定的防腐蚀改进方案、措施合理可行，工艺成熟并经试验验证，可有效提高该型发动机的抗腐蚀能力。
作者简介：高飞（1985-），男，工程师，大学本科