引言

    加速腐蝕試驗(yàn)是飛機(jī)結(jié)構(gòu)日歷壽命評(píng)定的重要方法，加速環(huán)境譜的編制則是開展加速試驗(yàn)的前提。目前大多數(shù)的環(huán)境譜研究是針對(duì)金屬裸材和涂層結(jié)構(gòu)[1-4] , 但是隨著復(fù)合材料在飛機(jī)上的用量越來越大，復(fù)合材料的腐蝕問題也不容忽視。由于復(fù)合材料的老化不是基于電化學(xué)反應(yīng)，并且與涂層的老化機(jī)理也有較大區(qū)別，故適合于金屬基材和涂層的加速環(huán)境譜不再適合用于復(fù)合材料的加速試驗(yàn)。為進(jìn)行日歷壽命評(píng)定，必須建立針對(duì)復(fù)合材料的加速試驗(yàn)環(huán)境譜。本文以護(hù)航直升機(jī)典型復(fù)合材料為研究對(duì)象，在分析影響復(fù)合材料環(huán)境因素的基礎(chǔ)上，提出了一種適合復(fù)合材料的加速環(huán)境譜并預(yù)計(jì)了加速關(guān)系，隨后開展了艦上自然暴露試驗(yàn)和試驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)，用腐蝕程度對(duì)比法對(duì)估算的當(dāng)量關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證，為處于海洋環(huán)境下服役的飛機(jī)的日歷壽命評(píng)定奠定了基礎(chǔ)。

    復(fù)合材料裸材增重?cái)?shù)據(jù)分為6區(qū)間，計(jì)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(fù)合材料裸材增重符合正態(tài)分布。

    表 3 為復(fù)合材料裸材加速腐蝕 6 周期后增重?cái)?shù)據(jù)，表 4 為數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果。復(fù)合材料加速腐蝕吸濕增重點(diǎn)數(shù)分為 6 區(qū)間，計(jì)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(fù)合材料裸材吸濕增重符合正態(tài)分布。

 

    （2）復(fù)合材料腐蝕形貌分形維數(shù)統(tǒng)計(jì)

    復(fù)合材料裸材表面存在著大量的微孔、裂縫或溝槽、氣孔、雜質(zhì)等，隨著自然環(huán)境暴露或?qū)嶒?yàn)室加速環(huán)境的作用時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)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(fù)雜，如圖 2-3 所示試驗(yàn)室加速腐蝕不同周期復(fù)合材料裸材表面微觀形貌。故復(fù)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(shù)能度量物體表面的粗糙度和復(fù)雜度，表面越復(fù)雜越粗糙，分形維數(shù)越大，可作為評(píng)估復(fù)合材料腐蝕的指標(biāo)。

 

 

    表 5-6 為利用分形維數(shù)計(jì)算程序計(jì)算的自然暴露和試驗(yàn)室加速腐蝕后復(fù)合材料裸材表面分形維數(shù)，表 7-8 為對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果。根據(jù)表 5 的數(shù)據(jù)，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(fù)合材料裸材分形維數(shù)符合正態(tài)分布。根據(jù)表 6 數(shù)據(jù)，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(fù)合材料裸材分形維數(shù)符合正態(tài)分布。

 

 

    4 當(dāng)量關(guān)系驗(yàn)證

    （1）吸濕量驗(yàn)證

 

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

 

 

    其中 σ A 為試驗(yàn)室加速試驗(yàn)后吸濕量統(tǒng)計(jì)方差，σ B 為自然暴露試驗(yàn)后吸濕量統(tǒng)計(jì)方差，μ A 為試驗(yàn)室加速試驗(yàn)后吸濕量均值，μ B 為自然暴露試驗(yàn)后吸濕量均值，n A 為試驗(yàn)室加速試驗(yàn)后吸濕量數(shù)據(jù)樣本量，n B 為自然暴露試驗(yàn)后吸濕量數(shù)據(jù)樣本量。

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

    結(jié)果通過 F 分布和 t 分布檢驗(yàn)，可得出兩組數(shù)據(jù)來的方差和均值在 95%置信度下一致，即復(fù)合材料裸材加速腐蝕 6 周期對(duì)增重參數(shù)的影響相當(dāng)于艦上自然暴露一年的時(shí)間。

    （2）微觀腐蝕形貌驗(yàn)證

 

 

    其中 σ A 為試驗(yàn)室加速試驗(yàn)后分形維數(shù)統(tǒng)計(jì)方差，σ B 為自然暴露試驗(yàn)后分形維數(shù)統(tǒng)計(jì)方差，μ A 為試驗(yàn)室加速試驗(yàn)后分形維數(shù)均值，μ B 為自然暴露試驗(yàn)后分形維數(shù)均值，n A 為試驗(yàn)室加速試驗(yàn)后分形維數(shù)數(shù)據(jù)樣本量，n B 為自然暴露試驗(yàn)后分形維數(shù)數(shù)據(jù)樣本量。

    通過 t 檢驗(yàn)，兩組復(fù)合材料裸材分形維數(shù)（實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)與自然環(huán)境暴露試驗(yàn)）在顯著度為 0.05 情況下均值相同。

    結(jié)果通過 F 分布和 t 分布檢驗(yàn)，可得出兩組數(shù)據(jù)的方差和均值在 95% 置信度下相同，故在兩種腐蝕環(huán)境 - 時(shí)間歷程條件下，復(fù)合材料表面的分形維數(shù)再次驗(yàn)證了復(fù)合材料裸材結(jié)構(gòu)的腐蝕當(dāng)量關(guān)系，即復(fù)合材料裸材加速腐蝕 6 周期對(duì)其表面分形維數(shù)的影響相當(dāng)于艦上自然環(huán)境暴露一年。

    5 結(jié)論

 

    本文建立的復(fù)合材料在海洋大氣環(huán)境的環(huán)境譜由“紫外照射”和“濕熱老化”兩個(gè)環(huán)境塊組成。從吸濕量和微觀形貌兩個(gè)方面對(duì)比，艦面暴露一年和實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕 1434 小時(shí)試驗(yàn)件腐蝕程度在95% 置信度下一致。

 

    ●  作者簡(jiǎn)介

 

 

    劉成臣，男，1984 年 12 月生，碩士，高級(jí)工程師，2010 年畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)材料專業(yè)。工作以來，長(zhǎng)期致力于飛機(jī)防腐蝕設(shè)計(jì)和腐蝕損傷評(píng)估技術(shù)研究工作。2010 年曾擔(dān)任“某型機(jī)環(huán)境譜及當(dāng)量化技術(shù)”課題負(fù)責(zé)人，2011 年擔(dān)任“某型機(jī)艦上腐蝕損傷評(píng)估及防護(hù)技術(shù)”課題負(fù)責(zé)人，并負(fù)責(zé)蛟龍 600 的機(jī)身防腐蝕設(shè)計(jì)，2014 年負(fù)責(zé)陜飛公司某型號(hào)疲勞定壽及腐蝕防護(hù)技術(shù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，國內(nèi)首次開展了全尺寸機(jī)翼盒段密封耐久性試驗(yàn)，2015 年擔(dān)任“通用飛機(jī)水上使用的新型密封及防腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)”專題負(fù)責(zé)人，創(chuàng)新性的提出了用于替代飛機(jī)濕裝配的微膠囊新型密封技術(shù)。2017 年擔(dān)任兄弟單位某型飛機(jī)腐蝕防護(hù)專業(yè)主任設(shè)計(jì)師，負(fù)責(zé)該型號(hào)腐蝕防護(hù)與控制系統(tǒng)工程。獨(dú)立 / 參加編寫各類的技術(shù)資料文件（項(xiàng)目建議書、論證報(bào)告、合同、技術(shù)文件等）百余份，榮獲集團(tuán)公司科技進(jìn)步三等獎(jiǎng) 2 項(xiàng)，榮立中航工業(yè)集團(tuán)公司個(gè)人三等功 1 次，參與編寫海軍標(biāo) 1 項(xiàng)，發(fā)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(biāo)兵”稱號(hào)，2016 年，榮獲中國特種飛行器研究所“十大杰出青年”稱號(hào)；2017 年，被選拔為中航工業(yè)“環(huán)境試驗(yàn)與分析”專業(yè)技術(shù)領(lǐng)軍人才后備。