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冷戰結束后，由于東西方的軍事對峙趨緩及全球性的經濟不景氣，各國的國防經費都遭到大幅度縮減，使大多數的軍用飛機都需要延長使用年限，如此雖然可節省采購新機的花費，但老飛機結構上令人頭痛的疲勞與腐蝕，則是延長服役期限時必須嚴肅以對的課題。 1 前言 東西方冷戰時期，西方軍用飛機的設計使用年限通常是20年到30年，為了維持對蘇聯的軍事優勢，這些軍用飛機在到達使用年限后都會予以退役，但自1991年蘇聯瓦解后，雙方的軍事對峙一夜之間驟然消失，維持軍事優勢已無必要性，加上本世紀初的全球性經濟不景氣，國防經費遭到大幅度刪減，使得許多的軍用飛機在到達使用年限后仍然得繼續服役，部分機型的服役時間甚至高達50年以上。 B-52“同溫層堡壘”（Stratofortress）轟炸機是冷戰時期美國的核轟炸主力，后一架B-52H于1962年出廠，原本預定在服役30年后的1992年退役，如今美國空軍決定該機得繼續服役到2040年，屆時服役時間將逼近80歲，堪稱是爺爺級的古董機。而于1961年進入美國空軍服役的T-38“禽爪”（Talon）噴氣教練機，原設計服役壽命為7,000飛行小時，但經過數次性能延長服役壽命后，在2013年時的實際飛行時數已達15,000飛行小時，等到預計的2026年退役時，實際飛行時數將達23,000小時，為原本設計值的3倍多。 T-38在1997~2001年的世紀之交更換了全新機翼，老機得以開新花 延長飛機使用年限固然可以省下采購新飛機的經費，但伴隨著飛機使用時間的增加，飛機結構的疲勞（fatigue）及腐蝕（corrosion）問題也會隨之一一浮現。根據一份1997年發表的研究報告，從1954年到1995年這40年間，全球共約發生2,800次飛機失事，其中由于結構問題導致的有67件，原因及百分比為︰其它及設計不良各占10.4%、維修不良占7.5%、超負荷（overload）占28.4%、疲勞及腐蝕占百分之43.2%。結構問題中疲勞及腐蝕危害烈，幾乎占了一半，可見要維持老飛機的飛行，必須對結構疲勞及腐蝕有正確的認知及處置，而這也是目前各國空軍現正面對的首要課題。 結構疲勞破壞典型破斷面 2 疲勞 疲勞是指在低于材料極限強度（ultimate strength）的應力（stress）長期反復作用下，導致結構終于破壞的一種現象。由于總是發生在結構應力遠低于設計容許應力的情況下，因此常能躲過一般人的注意而不被發覺，這也是疲勞危險的地方。 材料在承受反復應力的作用過程中，每一次的應力作用稱為一個應力周期（cycle），此周期內的材料受力狀態，由原本的無應力先到達正應力（拉伸應力），然后到達負應力（壓縮應力），后回到無應力狀態。在此受力過程中，每一個應力周期所經歷的時間長短（即︰頻率）與疲勞關系甚微，應力周期的振幅及累積次數才是決定疲勞破壞發生的時機；另外，壓縮應力不會造成疲勞破壞，拉伸應力才是疲勞破壞的主因。 材料承受反復應力的作用過程 疲勞破壞大致分為兩類︰低周期疲勞（low cycle fatigue）及高周期疲勞（high cycle fatigue）。一般而言，發生疲勞破壞時的應力周期次數少于十萬次者，稱為低周期疲勞；高于此次數者，稱為高周期疲勞。低周期疲勞的作用應力較大，經常伴隨著結構的塑性變形（plastic deformation）；高周期疲勞的作用應力較小，結構變形通常維持在彈性（elastic）范圍內，所以不致有變形。 材料疲勞破壞的進程分為三階段︰裂紋初始（crack initiation）、裂紋成長（crack growth）、強制破壞（rupture）。材料表面瑕疵或是幾何形狀不連續處，材料晶格（lattice）在外力作用下沿結晶面（crystallography plane）相互滑移（slip），形成不可逆的差排（dislocation）移動，在張力及壓力交替作用下，于材料表面形成外凸（extrusion）及內凹（intrusion），造成初始裂紋。這些初始裂紋在多次應力周期的拉伸應力連續拉扯下逐漸成長，并使材料承載面積縮減，降低材料的承載能力。當裂紋成長到臨界長度（critical length）時，材料凈承載面積下的應力已超過材料的極限強度，此時的材料強制破壞也就無法避免了。 飛機結構的疲勞破壞常發生于幾何形狀不連續處，因此在維護延長服役年限的老飛機時，對一些幾何面積變化較大的位置，如︰R角、鉚釘孔邊……，都得特別留意。比較麻煩的是有些結構件在原本的設計負載下，預期使用期間不會有疲勞破壞的顧慮，因此未留下檢查進手空間，或是結構需大部拆解后才有辦法檢查，這些位置在延長服役期間如果未能檢查，就會有相當的潛在飛行風險。 3 腐蝕 腐蝕是個存在已久的老問題，亞熱帶高溫潮濕的環境更有利于腐蝕的發生。本質上，腐蝕是個無法避免的過程，只能以適當的處置來延緩其發生或降低帶來的損害，明白了常見的腐蝕及其或處置方式，對飛行或節省維修經費，都會有莫大的幫助。 廣義來說，腐蝕是指材料受到環境介值預期外的侵襲所造成的材料性質退化。不論是金屬、聚合物（polymer）、或陶瓷（ceramic）……皆難逃腐蝕。這是因為在自然界里，材料以礦石中硫化物（sulfide）或氧化物（oxide）型態存在的情況穩定，一旦經由各種精煉過程成為純物質或合成物質的型態，就成為不穩定狀態，而腐蝕就是材料恢復穩定的一種方式。例如：自然界的鐵是以氧化鐵的形式存在于礦石中，經過提煉之后成為純鐵或合金鋼，但在歲月的侵襲下，終究會恢復到生銹的氧化鐵。 一般人都有個錯誤的觀念，認為腐蝕與空氣濕度有直接的關系，因此潮濕的東南亞地區較容易發生腐蝕，而干燥的北美或歐洲大陸，則較不會有腐蝕的困擾。事實上，腐蝕的發生與空氣濕度（Absolute Humidity）關系甚微，與空氣相對濕度（Relative Humidity）則密不可分。此處的空氣濕度就是一般人所認知的空氣濕度，它是指在某一溫度下，空氣中所含的水蒸氣含量；而空氣相對濕度則是指在某一溫度下，空氣中的水蒸氣含量與該溫度下空氣所能容納的水蒸氣含量之比值。當空氣相對濕度到達某一臨界值（Threshold）時，水蒸氣會在金屬表面形成水膜，促使電化學（electrochemical）反應發生，進而加快腐蝕速率，因此東南亞地區的年平均空氣濕度固然高于北美或歐洲大陸地區，但兩地區的年平均空氣相對濕度則未必一定如此，事實上，全球大部分地區的年平均空氣相對濕度大約都在70%到80%之間，換言之，不論是東南亞地區或是大陸型氣候的美國，都會遭遇到相同程度的腐蝕問題。
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特種合金適用于很多行業，因為它具有很多特性，例如表面能生成難溶的和保護性能良好的腐蝕產物膜的金屬。這種情況只有在金屬處于特定的腐蝕介質中才出現，例如，PB和AL在H2SO4溶液中，FE在H3PO4溶液中，MO在鹽酸中以及ZN在大氣中等。 金合材料 特種合金用的哪三種方法來獲得耐腐蝕性的？ 1、加入能促使特種合金表面生成致密的腐蝕產物保護膜的合金元素，是制取耐蝕合金的又一途徑。例如，鋼能耐大氣腐蝕是由于其表面形成結構致密的化合物羥基氧化鐵[FEOX·(OH)23-2X]，它能起保護作用。鋼中加入CU與P或P與CR均可促進這種保護膜的生成，由此可用CU、P或P、CR制成耐大氣腐蝕的低合金鋼。 2、提高金屬或合金的熱力學穩定性，即向原不耐蝕的金屬或合金中加入熱力學穩定性高的合金元素，使形成固溶體以及提高合金的電極電勢，增強其耐蝕性。例如在CU中加AU，在NI中加入CU、CR等，即屬此類。不過這種大量加入貴金屬的辦法，在工業結構材料中的應用是有限的。 3、加入易鈍化特種合金元素，如CR、NI、MO等，可提高基體金屬的耐蝕性。在鋼中加入適量的CR，即可制得鉻系不銹鋼。實驗證明，在不銹鋼中，含CR量一般應大于13%時才能起抗蝕作用，CR含量越高，其耐蝕性越好。這類不銹鋼在氧化介質中有很好的抗蝕性，但在非氧化性介質如稀硫酸和鹽酸中，耐蝕性較差。這是因為非氧化性酸不易使合金生成氧化膜，同時對氧化膜還有溶解作用。
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