引言

    加速腐蝕試驗是飛機結構日歷壽命評定的重要方法，加速環境譜的編制則是開展加速試驗的前提。目前大多數的環境譜研究是針對金屬裸材和涂層結構[1-4] , 但是隨著復合材料在飛機上的用量越來越大，復合材料的腐蝕問題也不容忽視。由于復合材料的老化不是基于電化學反應，并且與涂層的老化機理也有較大區別，故適合于金屬基材和涂層的加速環境譜不再適合用于復合材料的加速試驗。為進行日歷壽命評定，必須建立針對復合材料的加速試驗環境譜。本文以護航直升機典型復合材料為研究對象，在分析影響復合材料環境因素的基礎上，提出了一種適合復合材料的加速環境譜并預計了加速關系，隨后開展了艦上自然暴露試驗和試驗室加速腐蝕試驗，用腐蝕程度對比法對估算的當量關系進行了驗證，為處于海洋環境下服役的飛機的日歷壽命評定奠定了基礎。

    復合材料裸材增重數據分為6區間，計算得到均值為 0.033，方差為 0.0048，2χ =2.094 ＜2χ0.05 7.815，故顯著度水平 0.05 情況下復合材料裸材增重符合正態分布。

    表 3 為復合材料裸材加速腐蝕 6 周期后增重數據，表 4 為數據統計處理結果。復合材料加速腐蝕吸濕增重點數分為 6 區間，計算得到均值為 0.033，方差為 0.0053，2χ =5.18 ＜2χ0.05 7.815，故顯著度水平 0.05 情況下復合材料裸材吸濕增重符合正態分布。

 

    （2）復合材料腐蝕形貌分形維數統計

    復合材料裸材表面存在著大量的微孔、裂縫或溝槽、氣孔、雜質等，隨著自然環境暴露或實驗室加速環境的作用時間的延長，復合材料表面的裂紋或缺陷不斷增大，其表面腐蝕老化形貌越來越粗糙復雜，如圖 2-3 所示試驗室加速腐蝕不同周期復合材料裸材表面微觀形貌。故復合材料表面腐蝕老化圖像包含著大量的腐蝕信息。物體表面形貌圖像分形維數能度量物體表面的粗糙度和復雜度，表面越復雜越粗糙，分形維數越大，可作為評估復合材料腐蝕的指標。

 

 

    表 5-6 為利用分形維數計算程序計算的自然暴露和試驗室加速腐蝕后復合材料裸材表面分形維數，表 7-8 為對應的數據統計處理結果。根據表 5 的數據，可算得均值為2.631，方差為0.025.2χ =6.247 ＜2χ0.05 =7.815， 故 顯 著度水平 0.05 情況下復合材料裸材分形維數符合正態分布。根據表 6 數據，可得其均值為 2.640，方差為 0.028，2χ=5.758 ＜2χ0.05 7.815，故顯著度水平0.05 情況下復合材料裸材分形維數符合正態分布。

 

 

    4 當量關系驗證

    （1）吸濕量驗證

 

    通過對比自然環境暴露與實驗室加速腐蝕 6 周期試驗（浸泡與紫外線照射）后試驗件的吸濕量，利用概率分析驗證其腐蝕程度的一致性。

 

 

    其中 σ A 為試驗室加速試驗后吸濕量統計方差，σ B 為自然暴露試驗后吸濕量統計方差，μ A 為試驗室加速試驗后吸濕量均值，μ B 為自然暴露試驗后吸濕量均值，n A 為試驗室加速試驗后吸濕量數據樣本量，n B 為自然暴露試驗后吸濕量數據樣本量。

    通過 t 檢驗，兩組復合材料裸材增重量（試驗室加速試驗與自然環境暴露試驗）在顯著度為0.05情況下均值相同。

    結果通過 F 分布和 t 分布檢驗，可得出兩組數據來的方差和均值在 95%置信度下一致，即復合材料裸材加速腐蝕 6 周期對增重參數的影響相當于艦上自然暴露一年的時間。

    （2）微觀腐蝕形貌驗證

 

 

    其中 σ A 為試驗室加速試驗后分形維數統計方差，σ B 為自然暴露試驗后分形維數統計方差，μ A 為試驗室加速試驗后分形維數均值，μ B 為自然暴露試驗后分形維數均值，n A 為試驗室加速試驗后分形維數數據樣本量，n B 為自然暴露試驗后分形維數數據樣本量。

    通過 t 檢驗，兩組復合材料裸材分形維數（實驗室加速試驗與自然環境暴露試驗）在顯著度為 0.05 情況下均值相同。

    結果通過 F 分布和 t 分布檢驗，可得出兩組數據的方差和均值在 95% 置信度下相同，故在兩種腐蝕環境 - 時間歷程條件下，復合材料表面的分形維數再次驗證了復合材料裸材結構的腐蝕當量關系，即復合材料裸材加速腐蝕 6 周期對其表面分形維數的影響相當于艦上自然環境暴露一年。

    5 結論

 

    本文建立的復合材料在海洋大氣環境的環境譜由“紫外照射”和“濕熱老化”兩個環境塊組成。從吸濕量和微觀形貌兩個方面對比，艦面暴露一年和實驗室加速腐蝕 1434 小時試驗件腐蝕程度在95% 置信度下一致。

 

    ●  作者簡介

 

 

    劉成臣，男，1984 年 12 月生，碩士，高級工程師，2010 年畢業于北京航空航天大學材料專業。工作以來，長期致力于飛機防腐蝕設計和腐蝕損傷評估技術研究工作。2010 年曾擔任“某型機環境譜及當量化技術”課題負責人，2011 年擔任“某型機艦上腐蝕損傷評估及防護技術”課題負責人，并負責蛟龍 600 的機身防腐蝕設計，2014 年負責陜飛公司某型號疲勞定壽及腐蝕防護技術項目負責人，國內首次開展了全尺寸機翼盒段密封耐久性試驗，2015 年擔任“通用飛機水上使用的新型密封及防腐蝕監測技術”專題負責人，創新性的提出了用于替代飛機濕裝配的微膠囊新型密封技術。2017 年擔任兄弟單位某型飛機腐蝕防護專業主任設計師，負責該型號腐蝕防護與控制系統工程。獨立 / 參加編寫各類的技術資料文件（項目建議書、論證報告、合同、技術文件等）百余份，榮獲集團公司科技進步三等獎 2 項，榮立中航工業集團公司個人三等功 1 次，參與編寫海軍標 1 項，發表核心論文 10 余篇。2013 年，榮獲中國特種飛行器研究所“青年立功標兵”稱號，2016 年，榮獲中國特種飛行器研究所“十大杰出青年”稱號；2017 年，被選拔為中航工業“環境試驗與分析”專業技術領軍人才后備。