[发明专利]一种异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法

说明书

本发明是关于飞机环境谱及当量化技术研究，涉及一种异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法；本方法依据单一金属环境折算系数原理推导组合结构环境折算系数公式，建立环境折算系数数据库。基于仿真方法，建立异种金属接触时的电偶腐蚀模型，并获得电偶腐蚀的电位分布和总电流等信息，验证电偶腐蚀模型的正确性，补充组合金属结构环境折算系数数据库。选取飞机典型的异种金属组合接触结构进行试验，根据腐蚀损伤表征量来修正异种金属组合结构的加速当量环境谱。最终构建组合结构加速腐蚀当量化理论和工程方法。

技术领域

本发明是关于飞机环境谱及当量化技术研究，具体是关于飞机异种金属材料组合结构实验室加速环境谱与服役环境间当量关系折算方法的研究。

背景技术

国外在飞机使用环境模拟分析、环境谱的编制及加速腐蚀当量化技术研究方面取得了一定研究成果，例如：美国已编制了飞机典型防护涂层加速谱，海洋环境下典型紧固件周围涂层验证的加速谱。另外，美国空军还针对军用飞机在亚热带沿海地区服役的环境条件，研究、编制了加速腐蚀试验环境谱及试验程序(简称“CASS谱”)，并在机体涂层体系、典型结构的环境损伤试验中得以应用。同时，国外在环境谱编制当量关系的自然暴晒试验验证方面，开展了大量的舰上、外场暴露试验及实验室加速腐蚀试验。借鉴国外的先进技术，结合飞机结构腐蚀防护与控制的总体技术要求，国内已逐步收集、整理了沿海地区、内陆地区、东海、南海及亚丁湾海域等区域的腐蚀环境要素数据，开展了环境谱当量化技术和加速腐蚀环境/载荷谱编制的技术方法研究研究，编制了个别机种/地域的使用环境谱，同时初步编制了检验外露件和内部件涂层有效性和有效期的加速腐蚀环境/载荷谱，并展开了新型材料及典型结构腐蚀加速试验工作。例如：“十五”期间，中国特种飞行器研究所开展了机场地面停放环境谱、个别机种机体结构局部环境谱、空中环境谱、加速腐蚀当量环境谱、环境/载荷谱的编制方法及各种典型环境谱的深入分析、研究。

综合而言，已有的加速当量关系确定方法，均是针对单一金属材料的腐蚀动力学而言的，与客观实际的组合结构腐蚀动力学存在着较大的差别，如何描述组合结构的腐蚀动力学规律，并将其环境实施当量化以再现组合结构的腐蚀发展规律，均是目前研究的难点。迫切需要开展深入的研究。

发明内容

本发明的目的

本发明是基于电化学原理，采用测试电偶腐蚀电流和理论腐蚀预测模型相结合的方法，计算异种金属组合结构在不同腐蚀环境下的折算系数，编制组合结构加速试验环境谱，能够评价飞机全寿命期内关键结构设计许用值正确性、生产制造工艺/措施质量的稳定性，维修与维护的安全性。

本发明技术方案

一种异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法，其特征在于，基于单一金属折算系数理论推导组合结构环境折算系数公式，建立环境折算系数数据库，基于仿真方法，建立异种金属接触时的电偶腐蚀模型，采用电化学测试方法测定组合结构折算系数公式中的待定项，验证电偶腐蚀模型的正确性，补充组合金属结构环境折算系数数据库，选取典型的异种金属组合接触结构进行试验，根据腐蚀损伤表征量来修正异种金属组合结构的加速当量环境谱，从而建立异种金属材料组合结构加速当量环境谱。

所述单一金属折算系数理论为采用异种材料组合结构电偶腐蚀电流I_c作为度量参量，环境因素随时间呈谱状变化，因此结构的腐蚀也是时强时弱呈谱变化，代表金属腐蚀速率的电流I_c也在随时间而变化，对组合金属结构件(接触面积S确定)，在t₁至t₂时间内金属的腐蚀电量可以用积分形式表示：

F为法拉第常数，I_c为腐蚀电流；

在试验室条件下，对同一结构件，由选定的试验谱，其结构试验件的腐蚀电流为I′_c如图2所示，在试验时间t′₁至t′₂之内金属结构的腐蚀电量Q′可表示为：