舰载机液压系统实用防霉技术及试验研究.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． O 1 ． 2 0 1 4 舰载机液压系统实用防霉技术及试验研究 朱 武峰 ， 李 昆 ， 王 兵 ， 李 超 。 1 ． 海军航空工程学院 青 岛分院， 山东 青岛2 6 6 0 4 1 ； 2 ． 中航一集团 六。三研究所 ， 陕西 西安7 1 0 0 8 9 ； 3 ． 青岛 9 1 3 7 9部队， 山东 青岛2 6 6 0 4 1 摘 要 介绍了我国沿海霉菌的种类及特 点 ， 分析了霉菌对金 属和非金属材料 的腐蚀机理 。针对舰载机液压 系统 的典 型附件展开霉 菌 综合环境试验 ， 提出 了舰载机液压系统附件材料选择与结构 防霉设计的几点建议。 关键词 舰载机 ； 液压 系统 ； 防霉技术 中图分类号 T H1 3 7 V 2 3 3 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 1 0 0 7 1 0 4 P r a c t i c a l F un g u s p r o o f Te c h no l o g y a nd Ex pe r i me n t Re s e a r c h o f Ca r r i e r Ba s e d Ai r c r a f t Hyd r a u l i c S y s t e m Z HU M - ， e ， ， L I Ku n 2 , WA NG B i n g ， L I C h a o 1 ． N a v a l A e r o n a u t i c a l E n g in e e r i n g I n s t i tu t e Q i n g d a o C a m p u s ， Q i n g d a o 2 6 6 0 4 1 ， C h i n a ； 2 ． I n s t i t u t e 6 0 3 o f C h i n a Av i a t i o n I n d u s t Gr o u p I ， Xi ’ a n 7 1 0 0 8 9， C h i n a ； 3 ． Q i n g d a o 9 1 3 7 9 T r o o p s ， Q i n g d a o 2 6 6 0 4 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e s p e c i e s a n d c h a r a c t e r s o f f u n g u s a r o u n d s e a a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ； wo r k p rin c i p l e o f me t a l a n d n o n me t a l ma t e ri a l C O ／ T O S i O H ma d e b y f u n gu s i s r e s e a r c h e d ． C o mb i n e d e n v i r o n me n t e x p e ri me n t s c o n t a i n i n g f u n g u s f a c t o r h a v e b e e n ma d e ， s o me p r o p o s a l s o f ma t e ria l s e l e c t i o n a n d s t r u c t u r e f u n gu s - p r o o f d e s i g n o f c a r r i e r - b a s e d h y d r a u l i c s y s t e m a c c e s s o rie s a r e p u t f o r wa r d ． Ke y wo r d s c a r r i e r - b a s e d a i r c r a f t ； h y d r a u l i c s y s t e m； f u n gu s - p roo f t e c h n o l o g y 0 引言 1 霉菌 的种类及特点 随着航母舰载机装备部 队． 舰载机将在保卫我海洋 国土安全方面发挥着越来越重要的作用 由于我国海域 辽阔， 总体位于北太平洋 的西部边缘 ， 南起赤道附近， 北 至渤海辽东湾， 跨越温带、 亚热带和热带 3种气温带， 这 种温暖潮湿 的环境为霉菌的繁殖蔓延创造了良好的环 境 。 舰载机长期处于海洋环境 中， 容易受到霉菌的侵蚀 ， 而且舰载机液压系统大多处于机体的内部 ． 进一步为霉 菌提供 了更为适合 的环境 霉菌的生长会对液压系统造 成各 种危 害 。甚 至诱 发事 故 。美 国空 军 的 C一 1 3 0 、 K C1 3 5 、 B 一 5 2机翼 内部 曾受过芽枝霉和铜绿色极毛杆 菌的严重腐蚀 。2 0世纪 7 0年代 ． 我 国某飞机系统附件 霉变受损 ， 而诱发了飞行事故f 1_ 3 】 。 因此 。 深人分析霉菌的 特点 ， 研究对液压系统 的影响机理和失效模式 。 寻找防 止霉菌危害的措施 ． 对保证舰载机液压系统可靠性和安 全性是十分必要的 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 5 3 1 作者简介 朱武峰 1 9 7 1 一 ， 男 ， 湖北黄石人 ， 讲师 ， 硕士， 从事飞机工程及应 用领域的教学与研究工作。 自然界中霉菌种类有大约十万种 ．侵袭工业材料 的就有 4万多种 ． 而且分布极广。在环境条件达到适宜 它们 生长 的温度和湿度 一般温度 2 4 ℃～ 3 1 ℃。 湿度超 过 7 0 ％ 。 并且提供了足够 的营养物质 碳源、 氮源和无 机盐 时。 霉菌的孢子就会 开始萌芽和生长。而这些条 件． 舰载机正常工作的环境都能够提供I n ] 。 1 ． 1 霉菌的种类 根据霉菌的特点来 区分各种霉菌。这些分类 的依 据是 1 按形状与外观可分为 弧菌 V i b r i o “ 逗号” 状 细胞 ； 杆菌 B a c i l l u s 杆状细胞 ； 球菌 C o c c u s 圆球形 细胞 ； 丝状真菌样细胞的菌丝 My c e s 。 2 按适于生长的温度可分为 嗜温菌 Me s o p h i l e 最 适 宜 在 2 O o 【 ～ 3 5 q C温 度 下 生 的 细 菌 嗜 热 菌 T h e l q T I o p h i l e 高于 4 0 ℃的温度下依然有活性的细菌。 3 按消耗氧的情况可以分为 绝对或专性厌氧菌 a n a e r o b e s ．有 氧时 这样 的细 菌不起 作用 ；需 氧菌 A e r o b e s 它 们 的新 陈代 谢 需 要 氧 ；兼 性 厌 氧 菌 F a c u h a t i v e a n a e r o b e s ， 无论有无氧 ， 这样 的细菌都起 71 液 压 气 动 与 密 封 1 2 0 1 4年 第 0 1期 作用； 微嗜氧菌 Mi c r o a e r o p h i l e s ， 耗氧量很低的细菌； 耐氧菌 A e r o t o l e r a n t s ， 属于厌氧菌 ， 但是有氧 时不受 影 响 。 4 按照能源 、 碳源和电化学反应物的细菌分类如 表 l 所示 。 表 1 按照能源 、 碳源和 电化学反应物的细菌分类 分布在我 国沿海地 区的霉菌主要菌群有根霉属 、 毛霉属 、 梨头属 、 曲霉属、 青霉属 、 木霉属 、 紫红曲霉 、 白 地霉和镰刨霉属等。对产品影响比较大的霉菌有米根 霉 、 华根霉 、 苷薯根霉 、 鲁氏毛霉 、 总状毛霉 、 黑 曲霉 、 米 曲霉 、 黄 曲霉 、 栖土霉菌 、 产黄青霉 、 桔青霉等 ， 其中对 舰载机液压系统影响较大的有黑 曲霉 、 黄曲霉 、 杂色曲 霉 、 绳状青霉 、 球毛壳霉等。 1 ． 2霉 菌 的特点 1 霉菌具有体积小 、 吸收多的特点。霉菌体积微 小 ．从外界环境 中吸取营养和排泄废物是通过整个细 胞表面进行的 。 具有极大的表面与体积比。极大的表面 积使真菌在短时间内吸收大量养料和排出大量代谢废 物 ， 为大量生长繁殖提供了物质基础 。 因此 。 也具有强 大的吸收能力 2 霉菌具有代谢 旺、 繁殖快的特点。霉菌具有惊 人 的转化速度和代谢能力 ． 在条件合适时 ． 霉菌一昼夜 合成的产物可达本身原来重量的 3 0 4 0倍 霉菌的代 谢越旺， 则破坏的物质越多， 造成的损失越大 。霉菌的 繁殖速度快 ． 它们在短期 内产生很多后代 ， 使工业制品 迅速腐蚀、 腐败和霉变 。 3 霉菌具有适应强、 易变异的特点。霉菌 由于体 积小 、 数量多 、 繁殖快以及与外界的接触更为直接等原 因， 使得它们比较容易适应外界不 良的环境。如果环境 条件发生剧烈变化 ， 群体中的大多数个体会死亡 ． 其 中 个别个体会发生变异而适应新 的环境 2 霉菌腐蚀的作用机理 2 ． 1 金 属材 料 失效机 理 舰载机液压系统的附件大多 由铝合金 、不锈钢等 7 2 金属材料组成 。金属材料一般不具备霉菌生长所需的 营养 ．霉菌不可能通过其组成成分而直接损坏金属本 身 ．而往往是霉菌生长诱发的电化学效应引起金属材 料的损坏 ．腐蚀反应是通过构成该系统的三个组成部 分 金属 、 溶液和霉菌 的相互作用实现的。霉菌对金属 材料的腐蚀作用机理如下 1 霉菌生长代谢过程中分泌出腐蚀性物质 ． 如各 种酶 、 酸。这些物质引起钢 、 铜、 铝和其他金属的腐蚀。 2 霉菌生长改变金属表面状态 ． 使金属表面化学 势能变化 ． 形成一个半渗透性和半导电性的薄膜 ． 这个 薄膜起到电解液 的作用 ．从而在金属表面构成腐蚀电 池 ， 引起金属腐蚀 。 生物膜模型如图 1 所示 ． 生物膜带负 电． 在生物膜下面的开放结构里能够发生局部腐蚀嘲 。 图 1 开 放 式斑 纹状 生 物 膜 结 构 概 念模 型 及 其作 用 区 域 3 霉菌去极化作用引起腐蚀 。当电化学腐蚀原电 池 的一个 电极上形成 了电绝缘层或极化层时 ．原电池 腐蚀作用 中断 ， 霉 菌能消耗积聚在被腐蚀电极 如铁 上的硝酸盐和硫 ． 也能消耗在这一 电极上形成的氢气 、 氧气等气态产物 ， 从而使停止的腐蚀过程得 以继续。其 反应 过程 如 图 2所示 [5 1 圆阳 极 反 应 团阴 极 反 应 阴极反应 F e 2 S2 3 F e 2 6 O H F e S 3 F e OH ， 4 F e 2 8e 一 圈 8 H a d 8 H 8 0 H 一 圈 4 H zo 圈 4 F e 4 H 2 o s o 一 一3 F e O H 2 F e S 2 O H 图 2霉 菌 参 与 金 属 电 化 学 腐蚀 过 程 原 理 材料腐蚀到一定程度会使机载设备产生故障 。不 洁物体在不抗霉材料与抗霉材料连接处 ．不抗霉材料 上 的霉菌使抗霉材料易受间接腐蚀 ．从而加快霉菌对 设备的腐蚀过程 。对于舰载机来说 ． 由于其结构和零部 件应用的材料各式各样 ， 且相互邻接 ， 而且在制造贮存 和使用过程中 ， 难免在其表面积聚灰尘 、 油脂和各种污 物 ． 从而使抗霉材料 的表面易长霉 ． 由此所造成 的破坏 必然是各种失效机理组合和综合作用的结果 e 娟 O 十 工 4 8 8 圈圆 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 1 ． 2 0 1 4 2 ． 2非金 属材 料 失效 机理 天然材料和合成材料等非金属材料往往由碳氢化 合物组成 。霉菌生长后通过有机酸的水解作用 。 逐渐将 材料分解成为碳分子和二氧化碳而被破坏 ．碳分子被 转化为其细胞组分 ．因此碳氢化合物很容易被细菌利 用作为碳源和能源。有些情况下 。 碳氢化合物的分子可 以局部地被降解或稍稍改变[6 1 1 一般 塑料 塑料 中一般含有填料和增 塑剂 ．填料可分为有机 填料和无机填料 。有机填料大 多能提供霉菌的营养并 增加材料 的吸湿程度 ． 因而其耐霉性不如无机填料 塑 料中的增塑剂是获得塑性的主要成分 ．增塑剂处于大 分子 中间的空隙处 由于大多数增塑剂是半抗霉 的和 不抗霉的 。 它们不断被霉菌所利用。如果材料表面的增 塑剂被消耗 ． 则里面 的增塑剂会 向表面迁移 。 塑性变差 且更易老化 ． 因此 ． 塑料 中的有机填料和增塑剂是其被 霉菌腐蚀损坏的主要根源 2 天然橡胶和普通合成橡胶 天然橡胶和普通合成橡胶系高分子碳氢化合物 。 霉菌对橡胶的侵袭主要是使碳链断裂 ．其物理与机械 性 能因此 变坏 ； 其次 ， 加 人的添加剂如为硬脂酸 、 陶土 等 ， 可成为霉菌的食物。某些橡胶在氧化硫杆菌的作用 下 ， 能将橡胶 中的硫转化为硫酸 。 而使橡胶受到破坏。 3 漆 膜 漆 膜 的破 坏 主要 是 由霉 菌生 长所 产 生 的有 机 酸 性 物质所引起 有机酸性物质的长期作用会将漆 的脂链 打开或者把碳链氧化 ． 再经水解 ． 漆膜 的高分子结构变 成低分子结构 。如霉菌生长严重 ， 会逐渐将漆膜穿透 。 绝缘漆长霉以后 ．绝缘 电阻特性将显著下降或发生泄 电现象 3 霉菌综合环境试验 3 ． 1 试验 方案 本 试 验 方 案 是 根 据 国军 标 G J B 1 5 0 ． 1 0 A一 2 0 0 9 军用装备实验室环境试验方法第 l O部分霉菌试验 网 ， 并根据实际情况裁剪后制定 的 为了更好地反映海洋 环境下霉菌的破坏作用 ．将霉菌试验安排在八个循 环 的高低温 、 湿热和盐雾试验之后进行 ， 以检验环境综合 因素对液压系统的影响 霉菌综合环境试验方案如图 3 所 示 。 3 ． 2 试 验技 术 要求 1 霉菌试验箱工作空间的各点温度在 2 9 ℃～ 3 1 ℃ 之间 ，相对湿度在 9 0 ％～ 9 5 ％之间。指标点温度 3 0 1 ℃， 相对湿度在 9 5 5 ％。 8 个 循 环 图 3液 压 系统 环 境 试 验 方 案 2 试验附件经过超强紫外线照射 2 4 h后 ． 将试验 附件放入霉菌生化培养箱 ， 并植入试验霉菌 ． 附件霉菌 试 验 。 3 试验周期 2 8天 ， 在试验期 间， 定期对试件进行 调整和移位 ， 以保证各种霉菌的作用发挥。 3 ． 3试 验结 果及 分析 1 霉菌生长情况 以 7天为一个周期 ．对液压系统附件的霉菌生长 情况进行检查 ． 情况如下 1 在采样的液压附件表面上 ， 表 1中列 出的各菌 种 皆有 生长 发展 2 液压系统附件材料属于 I 一 级 ； 3 寄生在绝缘材料 、 塑料 、 皮革 、 橡胶纤 维素等物 质上并进行霉变损坏 。 间接寄生并加速腐蚀金属 4 木霉 属 占所有菌种 的 4 6 ％， 是首要菌种 ， 其他 菌种均在 1 0 ％以内。其中。 木霉属每年有一个繁衍高峰 期 立秋 的前 7天到后 8天之间 ； 在繁衍高峰期时 ， 刺 激动物的眼睛及皮肤 5 霉菌生长区的 P H 5 ． 3 ～ 6 ． 9 。 2 液压附件的腐蚀情况 经过霉菌试验后 ．液压系统附件 的金属表面大多 保持完好 。 但有些表面局部滋生霉菌 ． 并使金属腐蚀加 剧 特别是减速板作动器和安全活门的表面有大面积 的霉菌滋生 ．附件表面金属的腐蚀速度也远 大于单一 的湿热试验或盐雾试验 滋生 的霉菌与金属表面结合 强度较大 ， 去除困难。表层 的腐蚀产物通过机械方法去 除以后 ， 发现表层金属的点蚀明显增多 ． 而且腐蚀坑 占 据 的面积较大。其主要特点如下 1 不锈钢或铝合金等金属 的光滑表 面不容易锈 蚀及滋生霉菌 73