文章編號 :100026893 (2008) 0320634206
環境嚴酷性指數腐蝕當量方法及其應用研究
曹定國 ,任三元 ,王浩偉 (中國特種飛行器研究所 ,湖北荊門 480035)
Equivalent Method of Using ESI for Corrosion Damage and Its Application
Cao Dingguo , Ren Sanyuan , Wang Haowei
(China Special Flight Vehicle Research Institute , Jingmen 480035 , China)
environment severity index ( ES
) for corrosion damage and study its application in durability design for aircraft structures. On the basis of the relationship between material/ structure corrosion and a singularity environment type/ element/ intensity , according to ASTM G102289 (Standard practice for calculation of corrosion rates and related information from electrochemical measurements) , the ESI is induced and presented. Moreover , the ESI of a synthetical environ2 ment (comprised by several different environments) under certain engineering assumptions is also provided. According to the principle of equivalence of corrosion damage , the synthetical environment and its duration time (or environment spectrum) can be presented by a normal environment and its corresponding duration time. This method can be applied to provide basis for environment equivalence in accelerated corrosion tests and generate an environment equivalent spectrum to evaluate the inspection period/ calendar life of a structure in aircraft durability design. According to correlation test results , the ESI and the environment equivalent fac2 tor (EEF) in different environments for a typical metal and several cases for converting environment spectrum are calculated. Key words : corrosion prevention and control ; environment severity index ; equivalent ; aircraft structure ; dura2 bility design
摘 要 :建立統一的腐蝕損傷環境變量 ———環境嚴酷性指數 ( ESI) ,并研究其在飛機結構耐久性設計中的應用。在材料/結構腐蝕與單一環境類型/要素/強度關系基礎上 ,按照《由電化學測量值計算腐蝕率和相關量的標準方法》(ASTM G102289) ,引入并給出相應的 ESI ,并在一定工程假設下 ,給出在綜合環境 (由不同環境類型/要素/強度組成)作用下的 ESI。同時 ,在腐蝕損傷等效原則下 ,用標準的環境類型/要素/強度及其作用時間當量化地表征綜合環境及相應的作用時間
(即環境譜),為環境加速試驗環境當量提供依據并形成環境當量
譜以應用于飛機結構耐久性設計中的腐蝕防護與控制
( EEF) ,評估結構的檢查周期/日歷壽命。根據相關試驗結果計算了典型金屬材料在不同環境中的環境嚴酷性指數及環境當量化系數 ( EEF) ,給出了環境簡化或折算的算例。
材料/結構在物理/化學環境作用下要發生腐的研究與闡述 ,本文目的是按照《由電化學測量值蝕 ,其腐蝕量/率隨環境而變化。由于環境類型、計算腐蝕率和相關量的標準方法》(ASTM G1022 要素和強度以及表征腐蝕量/率的物理量的不同 ,89) [3]建立一種統一的腐蝕損傷環境變量 —
—環這種變化關系多樣復雜 ,大量試驗結果難以對比 ,境嚴酷性指數 (ESI) [4] ,并在腐蝕損傷等效原則特別是難以進行腐蝕損傷等效的當量分析。腐蝕下建立不同環境下的腐蝕損傷當量關系 ,即以某損傷的表征及當量等效長期為研究人員所關注和種標準/參考環境下的腐蝕效應當量地表征一種研究 ,文獻[122]已經從腐蝕電量和腐蝕程度等實際環境/環境譜作用下的腐蝕效應 ,為環境加速不同方法對腐蝕損傷的當量關系進行了比較全面試驗、結構耐久性設計中的腐蝕防護與控制的環
境當量譜以及結構全壽命期內的腐蝕環境工程奠
收稿日期 :2007208214 ;修訂日期 :2007212214定基礎。
基金項目 “:十五”海裝預研課題 (401090201)
通訊作者 :曹定國 E2mail : caodg605 @1631com重要術語簡述如下 :
阻、電位 ,與腐蝕損傷量存在一定轉換關系。
金中第
i種元素的原子量 ; ni為合金中第 i種元素環境嚴酷性指數 :表征各環境 (不同類型 /要素/強度 )引起的腐蝕嚴酷程度的綜合指數。1
EW =(4)
環境類型指大環境 ,如大氣、海水、化學、熱等 ,通常含有多種環境要素 ;環境要素指大環境包含的環境成分或特征量 ,如大氣包含溫度、濕度、鹽霧等 ,它們由相應的環境要素強度表示 ;環境要素強度指環境要素的含量、烈度、濃度等 ,如大氣濕度從 0變到 100 %;而綜合環境指實際自然環境、使用環境或人造環境 ,一般由多種環境類型以不同加權百分數組成。如民用飛機艙底、廚房和盥洗室區域內的內部結構件 ,室溫占 15 %,潮濕空氣占 50 %, 31 5%鹽水占 15 %和積存水占 20 %[5]。
腐蝕損傷量描述腐蝕損傷的宏觀機械量 ,如腐蝕深度、直徑、面積、質量 /重量損失等。而腐蝕損傷率描述在單位時間內發生的腐蝕損傷量。
腐蝕電量描述腐蝕的電化學量 ,如電流、電
1 ESI建立及環境當量化的電化學基礎 [3]
11 1 腐蝕電流密度
腐蝕電流值可從伽法尼電池和極化測量值獲得 ,包括塔菲爾 ( Tafel)外推值和極化電阻。第 1步是轉換電流測量值或估算值為電流密度。這可用總電流值除以暴露于溶液中的電極的幾何面積得到 ,其中假設電流均勻分布在所計算的面積上。在伽法尼電偶情況下 ,應該使用陽極試件的暴露區 ,計算可表達如下
icor =Icor /A (1)式中 :icor為腐蝕電流密度 ,μA/cm2 ; Icor為總的陽極電流 ,μA ;A為陽極試件暴露面積 ,cm 2。
計算中亦可利用其他單位 ,在某些計算機極化設備中 ,這些計算是自動進行的 ,試件面積通過程序輸入計算機。
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