[發(fā)明專利]一種異種金屬材料組合結(jié)構(gòu)加速環(huán)境譜編制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711280408.9
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108256139A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 慕仙蓮;邱實;金濤;張登;張紅飛;劉成臣;王浩偉;廖圣智
• 申請（專利權(quán)）人: 中國特種飛行器研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

1.一種異種金屬材料組合結(jié)構(gòu)加速環(huán)境譜編制方法，其特征在于，基于單一金屬折算系數(shù)理論推導(dǎo)組合結(jié)構(gòu)環(huán)境折算系數(shù)公式，建立環(huán)境折算系數(shù)數(shù)據(jù)庫，基于仿真方法，建立異種金屬接觸時的電偶腐蝕模型，采用電化學測試方法測定組合結(jié)構(gòu)折算系數(shù)公式中的待定項，驗證電偶腐蝕模型的正確性，補充組合金屬結(jié)構(gòu)環(huán)境折算系數(shù)數(shù)據(jù)庫，選取典型的異種金屬組合接觸結(jié)構(gòu)進行試驗，根據(jù)腐蝕損傷表征量來修正異種金屬組合結(jié)構(gòu)的加速當量環(huán)境譜，從而建立異種金屬材料組合結(jié)構(gòu)加速當量環(huán)境譜。

2.如權(quán)利要求1所述的異種金屬材料組合結(jié)構(gòu)加速環(huán)境譜編制方法，其特征在于，所述單一金屬折算系數(shù)理論為采用異種材料組合結(jié)構(gòu)電偶腐蝕電流I_c作為度量參量，環(huán)境因素隨時間呈譜狀變化，因此結(jié)構(gòu)的腐蝕也是時強時弱呈譜變化，代表金屬腐蝕速率的電流I_c也在隨時間而變化，對組合金屬結(jié)構(gòu)件(接觸面積S確定)，在t₁至t₂時間內(nèi)金屬的腐蝕電量可以用積分形式表示：

F為法拉第常數(shù)，I_c為腐蝕電流；

在試驗室條件下，對同一結(jié)構(gòu)件，由選定的試驗譜，其結(jié)構(gòu)試驗件的腐蝕電流為I′_c如圖2所示，在試驗時間t′₁至t′₂之內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕電量Q′可表示為：

按腐蝕損傷等效原則，同一結(jié)構(gòu)件在服役環(huán)境條件中的腐蝕電量Q在試驗室條件下的腐蝕電量Q′，即可建立起兩種環(huán)境下的等量關(guān)系，即：

Q＝Q′ (2)

其中，I_c、I′_c皆為隨時間變化的變量，為說明問題方便，將I_c及I′_c作為常數(shù)討論，并設(shè)：t＝t₂-t₁；t′＝t′₂-t′₁，于是：

I_c·t＝I′_c·t′ (5)

為了縮短試驗時間t′，達到加速試驗?zāi)康模蓪⒃囼灜h(huán)境條件的腐蝕性加重，如提高試驗溫度、濕度、電解液濃度等方法以提高I′_c值，由式(5)得：

令(記作當量折算系數(shù))，則：

t′＝αt (7)

經(jīng)當量折算之后，試驗時間縮短α倍，達到服役環(huán)境與試驗室環(huán)境當量加速的目的。

3.如權(quán)利要求1或2所述的異種金屬材料組合結(jié)構(gòu)加速環(huán)境譜編制方法，其特征在于，所述組合結(jié)構(gòu)折算系數(shù)是在計算折算關(guān)系的過程中，異種金屬接觸時實際測得的電偶腐蝕電流是由于電偶效應(yīng)引起的腐蝕速度的增量，因此腐蝕電流為陽極金屬自腐蝕電流與電偶電流之和，即

I′_c＝I_s+I_g (8)

式中：I_s為自腐蝕電流，I_g為試驗測量得到的電偶電流。且設(shè)在求不同NaCl濃度下電偶腐蝕與水介質(zhì)條件下的折算系數(shù)為α時，有

αI′_c＝I_w (9)

則

式中：。

4.如權(quán)利要求3所述的異種金屬材料組合結(jié)構(gòu)加速環(huán)境譜編制方法，其特征在于，所述待定項為公式(10)中的水介質(zhì)中腐蝕電流I_w。

5.如權(quán)利要求4所述的異種金屬材料組合結(jié)構(gòu)加速環(huán)境譜編制方法，其特征在于，所述腐蝕電流I_w是通過腐蝕電流測量裝置采用動電位掃描法，并利用VersaStudio軟件對試驗數(shù)據(jù)進行采集測量，得到極化曲線；將制備好的兩種材料試件及飽和甘汞電極置于溶液中，接入PARSTAT 4000電化學綜合測試儀，并利用VersaStudio軟件對試驗數(shù)據(jù)進行采集測量，得到該電偶模型下的腐蝕電流。

6.如權(quán)利要求5所述的異種金屬材料組合結(jié)構(gòu)加速環(huán)境譜編制方法，其特征在于，所述建立異種金屬接觸時的電偶腐蝕模型是運用上節(jié)已經(jīng)測量得到的單一金屬材料極化曲線數(shù)據(jù)定義模型的非線性邊界條件；

1)依據(jù)鋁合金-鈦合金組合結(jié)構(gòu)單搭件的幾何尺寸，設(shè)計電偶腐蝕電極，即確定模型幾何形狀，進行數(shù)字建模；

2)再次設(shè)計試驗條件，包括電極狀態(tài)和環(huán)境條件；

利用有限元法對異種金屬電偶腐蝕預(yù)測仿真研究，預(yù)測結(jié)果包括腐蝕電位分布、電流密度分布和總電流等，根據(jù)當量折算系數(shù)法，計算不同陰陽極面積比、不同環(huán)境條件中鋁合金和鈦合金發(fā)生電偶腐蝕時與水介質(zhì)中的折算系數(shù)，結(jié)合實際電化學試驗測量得到的電偶電流，證明所建模型和計算結(jié)果的正確性。