Επίδραση της ατμόσφαιρας αεροδρομίου στα μεταλλικά κατασκευαστικά υλικά

Abstract

Public sector debt is spiraling in many countries, and the desire to reduce budget deficits has suddenly become top priority for policy-makers around the world. Portfolios across the whole spectrum of government are coming under pressure. Defense is no exception. However, while armed forces will likely continue to be required to reduce budgets even while national demands on their capabilities remain very high, two trends are evident. In the Western world, the spending growth typical of high-developed countries that dominated the defense landscape for decades is over. In developing countries, defense spending is increasing significantly. Because they have lower public debt levels, most of them are successfully funding the expansion of their defense capabilities.This study is a main part of a 10-year exposure pattern, in a coastal and a non-coastal military airports in Greece, in order to determine the corrosivity of the atmosphere of the airports, to estimate the long term corrosion behavior of the standard metals (carbon steel, copper, aluminum, zinc) and aeronautical material (AlClad2024-T3), according to ISO standards, ASTM norms and literature, aiming at the optimization of the local maintenance management and increasing the aircrafts operational life. Atmospheric corrosion of aircraft, and equipment is caused by both natural and man-made environments. Natural conditions, which affect the corrosion process, are moisture, temperature, salt atmospheres, ozone, sand, dust, solar radiation, insects and birds, and microorganisms. Man-made conditions, which also affect the corrosion process, are industrial pollution, manufacturing operations, storage conditions, and shipment.The military airports selected are multi-parametric exposure sites, which are mainly characterized by (i) the relative high relative humidity and time of wetness, (ii) the «low» airborne salinity deposition rate, (iii) the «low» sulphur dioxide pollutant concentration and a number of organic compounds in the airports atmosphere, primarily due to the combustion of aviation fuel (iv) the particulate matters presence, (v) the topography of the regions (vi) the direction and speed of the wind and (vi) the atmospheric precipitations (mainly rain).A classification of the corrosivity of the airport atmosphere was based both on environmental data and the corrosion rate measurements of carbon steel and aluminum standard specimens, after the first year of exposure, according to ΙSO standards and ASTM norms. The results of the gravimetric studies on carbon steel and aluminum specimens during the first year of the outdoor exposure, according to ΙSO standards, are also compared to the expected corrosion damage according to the Corrosion Damage Algorithm (CDA) employed by the US Air Force to predict the outdoor corrosion damage in aircrafts. The ISO classification methodology provides a good correlation among corrosivity of atmospheres and actual carbon steel and aluminum corrosion damage in the specific atmosphere. The atmospheric corrosivity regarding carbon steel and aluminum has been classified as C2 «Low». After the comparison of the results of gravimetric analysis on carbon steel and aluminum specimens exposed at the airports, to the expected corrosion damage estimated by the CDA, it is proved that that the CDA does not provide a good correlation between the predicted and the actual corrosion damage at the exposure sites. The effects on the metal surfaces from the first-year weight losses underline the necessity of field studies when possible, since the corrosion rate proved to be less than originally expected for all the tested metals, due to the regional topography and the environmental characteristics.The effects of pollutants and meteorology on the corrosion of Aluminum, Carbon Steel, Copper and Zinc at the environment of the airports, after a four-year period of outdoor exposure and the anticipated corrosion rate of these metals after thirty years of outdoor exposure are presented. After a comparison of the classification of the atmospheric corrosivity, based both on environmental data and the corrosion rate measurements of carbon steel and aluminum standard specimens, after the first year of exposure, for five consecutive years, according to ΙSO standards and ASTM norms, to the expected corrosion damage estimated by the Corrosion Damage Algorithm (CDA), is observed that the CDA does not provide a good correlation between the predicted and the actual corrosion damage at the site. The results underline the necessity of field studies in order to optimize the cost-benefit ratio in all steps of the aircrafts life-cycle.By understanding these conditions, maintenance managers and personnel will be better able to prevent aircraft damage and optimize the cost-benefit ratio in all steps of the aircrafts life-cycle locally.

Εκτέθηκαν μεταλλικά δοκίμια κραμάτων αλουμινίου, ψευδαργύρου, χαλκού και χάλυβα σε μη προστατευμένες σε ατμοσφαιρική κατακρήμνιση συνθήκες, στην οροφή υπόστεγου συντήρησης και σε απόσταση 200 και 21.000 περίπου μέτρων από τη θάλασσα στα Α/Δ Μεγάρων και Στεφανοβικείου αντίστοιχα. Το πειραματικό μέρος ακολουθεί τη μεθοδολογία των προτύπων ISO 9223:1992 (Corrosion of metals and alloys-Corrosivity of atmospheres-Classification), ISO 9224:1992 (Corrosion of metals and alloys-Corrosivity of atmospheres-Guiding values for the corrosivity categories), ISO 9226:1992 (Corrosion of metals and alloys-Corrosivity of atmospheres-Determination of corrosion rate of standard specimens for the evaluation of corrosivity), ISO 9225:1992 ( Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres – Measurement of Pollution), ISO 8407:1991 (Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres – Removal of Corrosion Products from Corrosion Test Specimens) και των ASTM G140-02 (Standard Test Method for Determining Atmospheric Chloride Deposition Rate by Wet Candle Method), ASTM G1-90:1999 (Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens).Στα δοκίμια αυτά με τη χρήση οπτικού μικροσκοπίου, Scanning Electron Microscopy/Energy Dispersive Spectroscopy (SEM/EDS), X-ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Fourier-Transform Infrared spectroscopy (FTIR), μακροσκοπικών παρατηρήσεων και με μετρήσεις διαφορών βάρους και χρήση του προγράμματος «TableCurve 2D v5.01» εξήχθησαν κρίσιμα συμπεράσματα σχετικά με την επίδραση του περιβάλλοντος των Α/Δ στα μεταλλικά δοκίμια, ο ετήσιος ρυθμός διάβρωσης των μετάλλων, η εξίσωση διάβρωσης του κάθε μετάλλου, η αναμενόμενη 30ετής εξέλιξη διάβρωσης τους και η συνεισφορά των ρυπαντών, της αλατότητας, της υγρασίας, της θερμοκρασίας, των μικροσωματιδίων στη διάβρωση των εξεταζόμενων μετάλλων στην ατμόσφαιρα των Α/Δ. Τέλος, διαβαθμίζεται κατά ISO η διαβρωτικότητα της ατμόσφαιρας των Α/Δ, αναφορικά με τον ανθρακούχο χάλυβα και το αλουμίνιο, και εξετάζεται η αξιοπιστία πρόβλεψης ζημίας διάβρωσης του Αλγόριθμου Ζημίας Διάβρωσης (Corrosion Damage Algorithm-CDA) και του Ευρωπαϊκού Χάρτη Διάβρωσης στα εν λόγω μέταλλα. Αναλυτικότερα: Όσον αφορά στην ύπαρξη ρύπου SO2, τα αεροδρόμια ταξινομούνται στην κατηγορία ρύπανσης P0, η οποία θεωρείται ότι είναι ρύπανση «υποβάθρου» από διοξείδιο του θείου και ασήμαντη από την άποψη της διάβρωσης. Και στα δύο Α/Δ εμφανίζεται υψηλή συγκέντρωση Ο3 και CO2. O ρυθμός εναπόθεσης χλωριόντων στα μεταλλικά δοκίμια αναμένεται έως 20 mg/m2d, ήτοι στην κατηγορία S0-S1, για τα Α/Δ μελέτης. Οι ατμόσφαιρες των στρατιωτικών αεροδρομίων της Πάχης Μεγάρων και του Στεφανοβικείου Μαγνησίας, ταξινομούνται από πλευράς χρόνου εφύγρανσης (TOW) ως T3 και Τ4 αντίστοιχα, σύμφωνα με το ISO9223. Κατόπιν σύγκρισης των αποτελεσμάτων της κατά ISO βαρυμετρικής ανάλυσης σε δοκίμια ανθρακούχου χάλυβα και αλουμινίου 1050 που εκτίθενται στα Α/Δ, με την αναμενόμενη ζημία διάβρωσης σύμφωνα με τον Αλγόριθμο Ζημίας Διάβρωσης και τον Ευρωπαϊκό Χάρτη Διάβρωσης, αποδεικνύεται ότι τόσο ο CDA όσο και ο Ευρωπαϊκός Χάρτης Διάβρωσης δεν παρέχουν καλή συσχέτιση μεταξύ της προβλεπόμενης και της πραγματικής ζημίας, λόγω ατμοσφαιρικής διάβρωσης, στα δύο στρατιωτικά Α/Δ. Μακροχρόνια, υπογραμμίζεται η υποχώρηση του SO2 ως κύριου διαβρωτικού παράγοντα των κατασκευαστικών μεταλλικών υλικών. Κύριο ρόλο στη διάβρωση αυτών διαδραματίζουν η υγρασία για τον χάλυβα και τον χαλκό, και η αλατότητα για τα κράματα αλουμινίου και τον ψευδάργυρο. Ιδιαιτέρως επιβαρυντική είναι, επίσης, η επίδραση των μικροσωματιδίων στο αλουμίνιο 1050, του όζοντος στο χαλκό και του διοξειδίου του άνθρακα στον ψευδάργυρο.