飛機、艦船、坦克與火炮等軍事裝備，通常要求能夠在嚴重的鹽霧潮濕環(huán)境和惡劣的氣候下使用，并充分發(fā)揮其效能，但是極易產(chǎn)生腐蝕缺陷問題。例如，飛機結構件因腐蝕而破壞，包括翼梁、門框、起落架外筒、螺旋槳轂，機翼等折斷，甚至導致飛機失事。

腐蝕已成為航空與軍事裝備事故的重要原因之一，由此導致軍事裝備防腐費用居高不下。據(jù)文獻介紹，美國防部每年花在防腐上的費用約達 10 億美元，國防部官員稱，在考慮維修問題時，腐蝕是現(xiàn)階段最大的問題。如果腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)后未得到及時發(fā)現(xiàn)，不實施早期處理，會導致維修費用的大幅度攀升及事故的發(fā)生。

1 裝備與結構件的腐蝕

軍事裝備與結構零部件在特定的腐蝕介質中工作時，常發(fā)生介質破壞與應力腐蝕。即使工作應力低于材料屈服應力，經(jīng)過一段時間后，也會發(fā)生突然的脆斷，即“介質破壞”。實際上，應力腐蝕開裂（靜載荷下）和腐蝕疲勞（交變載荷下）兩者一般都是在非常低的應力和非常弱的腐蝕介質聯(lián)合作用下產(chǎn)生的，這種破壞往往沒有宏觀預兆就突然發(fā)生，特別對于焊接或冷加工后未消除殘余應力的情況下，其危害更大。應力腐蝕開裂，一般包括 3 個不同階段。第1 階段，金屬構件表面上覆蓋有氧化膜或防腐蝕的金屬鍍層，在拉應力和腐蝕介質的聯(lián)合作用下，金屬保護膜被破壞而出現(xiàn)局部穿透，使金屬直接暴露在腐蝕介質中，形成蝕坑；第 2 階段，蝕坑起應力集中點的作用，成為應力腐蝕的裂紋源而出現(xiàn)裂紋；第 3 階段，在拉應力及腐蝕介質的聯(lián)合作用下裂紋繼續(xù)擴展，達到臨界裂紋尺寸后構件突然脆斷。

2 腐蝕檢測技術

2.1 光學目視檢測

這種方法是，借助各類放大鏡和孔探儀等進行宏觀目視檢測，檢查主要針對裝備與結構易腐蝕的部位，例如飛機起落架艙等易積水的潮濕部位和構件接頭。實踐中，通常是根據(jù)結構件的形貌外觀及顏色來判別腐蝕損傷，腐蝕部位在金屬材料（如機體）表面易出現(xiàn)脫漆、鼓起和分層，嚴重腐蝕部位還會出現(xiàn)層狀剝離及松散現(xiàn)象等。

2.2 電阻與電位、電流法檢測

電阻法檢測：金屬構件因腐蝕作用而使橫截面積減小，從而導致電阻增大。電阻探針是檢測裝備腐蝕情況的一種有效工具，該方法可對裝備的腐蝕狀況進行檢測與監(jiān)測，能準確地反映出裝備使用各階段的腐蝕率及其變化，且能適用于各種不同的介質，快速、靈敏、方便。電位、電流法檢測：金屬表面因腐蝕介質的存在致使導電性能變差，因而局部發(fā)生電位、電流異常。電位法已在陰極保護系統(tǒng)監(jiān)測中應用多年，并被用于確定局部腐蝕發(fā)生的條件。在軍事裝備維護方面，經(jīng)常應用小型電位儀、電流儀在現(xiàn)場探測缺陷與腐蝕。

2.3 超聲波法檢測

利用壓電晶片產(chǎn)生的高頻聲波穿過材料，測量回聲返回探頭晶片的時間或記錄產(chǎn)生共振時聲波的振幅作為訊號，來檢測缺陷或測量腐蝕后的實際壁厚。超聲波技術可檢測飛機多層結構下的腐蝕坑與腐蝕裂紋，可以直接顯示缺陷或給出厚度的數(shù)值，廣泛地用于檢測裝備內部的缺陷、腐蝕損傷以及測量構件和管件的壁厚?？梢詫κ褂弥械能娛卵b備反復進行測量，但是難以獲得足夠的靈敏度來跟蹤記錄腐蝕速度的變化。

2.4 漏磁法檢測

漏磁法檢測的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導率這一特性之上。腐蝕部位（特別是缺陷處）的磁導率遠小于磁性材質本體的磁導率，結構件（如鋼管）在外加磁場作用下被磁化，無缺陷時，磁力線絕大部分通過鋼管，此時磁力線均勻分布；當鋼管內部有缺陷時，磁力線發(fā)生彎曲，并且有一部分磁力線泄漏出鋼管表面，檢測被磁化鋼管表面逸出的漏磁通，就可判斷腐蝕嚴重的程度和缺陷是否存在。漏磁通法適用于各種管壁缺陷進行檢驗，檢測的管壁不能太厚，干擾因素多，空間分辨力低。

3 脈沖溫度記錄法檢測新技術

近年來國外對腐蝕檢測非常重視，采用了超聲 C 掃描、超聲成像、磁光成像、紅外成像、渦流檢測和微波檢測等新技術來檢測裝備與結構件的局部腐蝕損傷。位于美國密歇根州的熱波成像公司開發(fā)了一種稱為脈沖溫度記錄法（又稱主動溫度記錄法）的新技術，可檢測出用其他方法無法檢測出的、結構層間的腐蝕與缺陷。該探測新技術屬于主動紅外無損檢測技術，基于熱傳導理論和熱輻射的普朗克定律提出的。熱脈沖作用于試件表面之后，表面吸收熱能并向試件內傳導，當試件內存在缺陷時，由于缺陷部位與試件材料的熱特性不同而引起試件表面溫度場的分布異常，通過檢測系統(tǒng)紅外攝像儀對溫度分布異常的識別以達到檢測缺陷的目的。這種設備（脈沖紅外熱成像儀）的工作原理類似于一種秒級的攝影機，即將一束光投射在物體上而形成圖像。然而，與傳統(tǒng)攝影機不同的是，這種新設備可反映出隱藏在物體外表面之下的影像。這種特點結合其他諸如速度等方面的優(yōu)勢，使其在軍事裝備腐蝕缺陷檢測與維修平臺上占有重要地位。

3.1 脈沖溫度記錄法檢測原理與方法

由電磁輻射理論知道，只要物體溫度在絕對零度以上，它就會向外界發(fā)出輻射，同時也會吸收來自外界的輻射，一般情況下，這種輻射與吸收處于平衡狀態(tài)。脈沖溫度記錄法檢測技術是建立在電磁輻射和熱傳導理論基礎上的一種無損檢測技術。正是根據(jù)理論公式，利用脈沖熱源（激光閃射）施加的熱能打破被檢測試件所處的熱平衡狀態(tài)，在被檢測試件內部造成熱傳導過程，通過熱像儀接收來自物體的輻射，從而測定物體表面的溫度場分布，當試件內部有缺陷存在時，由于缺陷部位的熱傳導特性與無缺陷部位的熱傳導特性不同，這種差異將造成試件中有缺陷和無缺陷部分所對應的表面溫度分布的差異，從而各部位的輻射強度也就不同。利用快速紅外熱像儀監(jiān)測試件表面的溫度場分布，然后根據(jù)溫度場的異常分布情況來識別物體內是否存在缺陷。熱波成像無損檢測技術檢測能力和分辨力主要取決于試件中有缺陷和無缺陷部分各自對應表面溫度差值的大小。理論和試驗結果表明，表面溫度差與脈沖熱源施加的熱脈沖的能量密度成正比關系。因此，在檢測中適當提高脈沖加熱源的峰值功率，在一定程度上可以提高系統(tǒng)的檢測能力，這也是它與一般紅外檢測的重要區(qū)別。一般來說，金屬的發(fā)射系數(shù)較低，而非金屬的發(fā)射系數(shù)較高，發(fā)射系數(shù)的高低對熱波成像檢測的分辨力影響比較大。對于發(fā)射系數(shù)低的材料可以通過增加脈沖熱能得到補償，但補償是有限的，否則脈沖熱能過強可能會損壞被檢測試件。另外，也可以采用在發(fā)射系數(shù)低的試件表面涂發(fā)射系數(shù)高的涂層的辦法來增強熱輻射，對表面性能穩(wěn)定的試件，這是一種比較好的辦法，但對表面性能不穩(wěn)定的試件，這種方法可能會對被檢測試件表面造成污染或損壞。實際檢測中，根據(jù)熱脈沖作用的方式，脈沖溫度記錄法無損檢測對試件的檢測分為2種方法：反射法和透射法。在反射法檢測中，脈沖加熱源與紅外熱像儀處于被檢測試件的同一側，而在透射法檢測中，脈沖加熱源和紅外熱像儀分居試件的兩側。由于在反射法和透射法這 2 種檢測方式中熱脈沖的作用方式不同，所以它們有不同的應用范圍。對于反射法來說，由于熱脈沖直接作用于試件表面，所以要求試件表面的耐熱性能要好一些，否則在檢測中可能造成試件表面的損傷。在檢測試驗中，熱脈沖作用于試件表面后的瞬間溫度一般在 100℃左右，如果提高熱脈沖的峰值功率，瞬間溫度會更高，在對紙質蜂窩材料檢測試驗中利用反射法就曾出現(xiàn)表面燒傷的現(xiàn)象。所以，反射法一般應用于表面耐熱性能較好的試件，比如一般的金屬材料試件。如果材料表面的耐熱性能不好，為避免損傷材料的表面，一般采用透射法。但是，利用透射法的前提條件是被檢測試件的厚度不能太大，否則無法檢測到缺陷。

3.2 熱波成像儀系統(tǒng)組成與檢測工藝過程

熱波成像儀系統(tǒng)主要包括3大部分：脈沖加熱源、紅外熱成像系統(tǒng)和專用探傷軟件，該系統(tǒng)方框圖如圖 1 所示。熱波成像儀是將呈閃爍樣的光投射在結構表面上，以實現(xiàn)脈沖溫度記錄法。與測量物體熱信號的、被動的紅外檢測系統(tǒng)不同的是，它是將一種光脈沖投射到目標上，因而達到主動記錄溫度的目的。真正起作用的并不是光而是熱，其原理是在物體表面上加以少量的熱，然后，隨著它在物體內擴散，測量這一熱能值。根據(jù)不同的熱擴散率，即可檢測表面下何處存在缺陷。根據(jù)具體環(huán)境與要求，制定和實施檢測工藝。簡單檢測工藝過程如下：

1）選擇熱源。采用脈沖加熱源為雙路脈沖氙燈，脈沖寬度小于 0.5ms,峰值功率約 106W; 使物體表面溫度處于 15 華氏度下，不致對裝備造成損傷；2）選擇工作波段。一般波段為8～12;3）調節(jié)分辨率。紅外熱像儀溫度分辨率0.1℃，空間分辨率 1.2mrad;4）選取圖像采集速率和記錄間隔。根據(jù)不同的應用背景選擇不同的檢測速率，圖像采集速度 25 幀 / 秒，每經(jīng)過 6 ～ 15 秒的間隔記錄一次溫度。熱波成像可將熱擴散數(shù)據(jù)匯編成真實可讀的圖像；5）結果判定與處理。如果外表面下存在腐蝕缺陷，就會呈現(xiàn)出表面溫度以不同的速率發(fā)生變化，圖像不同。

3.3 方法特點

1）檢測圖像清晰、功能強。這種方法證實了它比其它方法（如 X 射線法）功能更加強大，一個典型的例子是在石墨 / 鋁蜂窩壁板下植入的聚四氟乙烯物體的影像，分別通過 X 射線和溫度記錄法進行測量，X 射線法只能顯示朦朧的物體影像，而溫度記錄法顯現(xiàn)的影像十分清晰。

2）檢測速度快、可靠。溫度記錄法與其它方法比較也有優(yōu)越性，例如采用超聲法檢測艦艇腐蝕缺陷需要數(shù)月，而采用新法僅需 28 天，且腐蝕的檢出率提高了 40%。熱波成像檢測也存在一些亟待解決的問題，如缺陷的定量化分析、紅外熱圖象的處理和缺陷的識別以及檢測分辨力等。這些問題當中最棘手的是檢測分辨力，利用單脈沖加熱紅外熱成像技術，試驗中能探測的缺陷深度比較小，一般在 3 ～ 4mm 左右。目前國外有人使用多脈沖加熱技術進行紅外熱成像無損探傷，對于銅試件和石墨試件，探測深度可分別達到 5mm 和 7mm。

3.4 應用

以往紅外熱像技術首先在軍事領域獲得應用，德國在第二次世界大戰(zhàn)中率先裝備了紅外夜視儀、紅外通訊設備等。世界上第一臺商用紅外熱像儀于 20世紀 60 年代由瑞典的 AGA 公司研制，美國是目前紅外熱像技術最為先進的國家，絕大多數(shù)的紅外熱像儀器供應商也集中在美國。紅外熱像技術的應用研究美國最為活躍，其次是瑞典、英國和日本等國家。我國對紅外技術的研究起步于建國初期，目前我國能自行研制生產(chǎn)多種型號的制冷紅外熱像儀，全國首臺非制冷 FPA 紅外熱像儀已于 2001 年由華中光電研究所研制成功，并投入批量生產(chǎn)。這些成果的取得，標志著我國將結束紅外熱像儀長期依賴進口的局面，同時也意味著，紅外熱像儀產(chǎn)品價格的下降，應用領域的進一步擴大。已有多種探測軍事裝備腐蝕缺陷與內部缺陷的方法，其中紅外線、X 射線法、超聲波法都已廣為人知。對試件進行加熱的紅外檢測屬于主動式紅外檢測，依靠物體自身熱輻射而對其溫度場被動成象的紅外檢測屬于被動式紅外檢測。被動式紅外檢測在工業(yè)上用于設備、構件等的熱點檢測外，在軍事上應用如紅外夜視儀、紅外瞄準鏡等，在醫(yī)學上可應用于檢查人體溫度異常區(qū)域。但熱波成像這種脈沖溫度記錄法無損檢測技術具備獨特的特征，因而廣泛適用于國防工業(yè)軍事裝備。美國北卡羅來納州的?？哲娦祹斓?Richard Wood 稱，熱波成像系統(tǒng)在該軍械庫已成功使用 5 年以上。在當今數(shù)字化世界中，所有的圖形均以數(shù)據(jù)為基礎。隨著半導體技術和計算機技術日新月異、突飛猛進的發(fā)展，紅外熱像儀的硬件性能日益提高、軟件功能不斷完善。目前紅外熱像儀所達到的空間分辨率 <0.1mrad、目標斑點尺寸0.0003″、幀頻 1400 幀 / 秒、溫度分辨率 <0.001℃、探測元數(shù)量 106 個，測溫上限 3600℃、像素 >512（H）×512（V），并集成功能強大的圖像分析與處理軟件，如圖像邊緣自動檢測與增強、任意點的目標輻射率自動校正、圖像分割、紅外熱像序列圖的比較運算等。

4 軍事裝備腐蝕檢測潛在應用技術

一種新的自動電化學監(jiān)測技術在石油領域已經(jīng)過現(xiàn)場驗證，采用該技術可以對管線的腐蝕進行評估，并實時監(jiān)測腐蝕情況的變化。在軍事裝備腐蝕檢測方面，下面是 5 類未來可望應用的潛在技術。

4.1 電化學技術

電化學阻抗譜（EIS）。Bard 于 1982年首次將 EIS 引入導電高分子的研究領域。許多學者應用 EIS 對各類導電高分子體系進行了廣泛的研究，不適合于實際的現(xiàn)場腐蝕監(jiān)測。人們針對大多數(shù)腐蝕體系的阻抗特點，通過適當選擇 2 個頻率，來監(jiān)測金屬的腐蝕速率，并設計和制造了自動交流腐蝕監(jiān)控器。

電化學噪聲技術。電化學噪聲是指電化學動力系統(tǒng)中，其電化學狀態(tài)參量（如：電極電位、外測電流密度等）的隨機非平衡波動現(xiàn)象。這種噪聲產(chǎn)生于電化學系統(tǒng)的本身，而不是來源于控制儀器的噪音或是其它的外來干擾。1968年 Ive·rson 首次記錄了腐蝕金屬電極的電位波動現(xiàn)象，電化學噪聲技術作為一門新興的實驗手段在腐蝕與防護科學領域得到了長足的發(fā)展。

4.2 薄層活化技術

通過帶電粒子活化或中子活化等核反應方法，適合應用于難以接觸到被測表面或被測表面被重疊結構覆蓋的部位，同常規(guī)的檢測方法相比，薄層活化法是非接觸式無損遠程監(jiān)測磨損、腐蝕和沖蝕等材料表面的剝蝕。20 世紀 70年代，美國、英國、德國、日本等發(fā)達國家對 TLA 技術進行了深入的開發(fā)并成功地在商業(yè)領域中進行了推廣應用。與此同時，發(fā)展中國家也在實驗室里引進了該技術對磨損腐蝕現(xiàn)象進行研究。薄層活化技術在檢測由于磨損或腐蝕而導致材料剝落方面是一種非常有效的技術，作為在線腐蝕監(jiān)測技術，TLA 能夠對運行的裝備提供可靠的磨損或腐蝕評價。

4.3 場圖像技術

場圖像技術（電指紋法）是通過在給定范圍進行相應次數(shù)的電位測量，對局部現(xiàn)象進行監(jiān)測和定位。獨特之處在于將所有測量的電位同監(jiān)測的初始值相比較，這些初始值代表了部件最初的幾何形狀，可以將它看成部件的“指紋”。運用該方法對腐蝕速度的測量是在管道或容器壁上進行，而不用小探針或試片測試。其敏感性和靈活性要比大多數(shù)非破壞性試驗好。此外該技術還可以對不能觸及部位進行腐蝕監(jiān)測，例如對具有輻射危害的核能發(fā)電廠設備的危險區(qū)域裂紋的監(jiān)測等。

4.4 光電化學與拉曼光譜

光電化學方法是一種原位研究方法，對于表征鈍化膜的光學和電子性質、分析金屬相合金表面層的組成和結構以及研究金屬腐蝕過程均有很好的效果。作為一種在微米及納米尺度范圍內研究光電活性材料及光誘導局部光電化學的新技術，激光掃描光電化學顯微技術的研究豐富了人們從較微觀的角度對金屬氧化膜電極、半導體電極表面修飾及腐蝕過程等認識。

激光拉曼光譜在過去的近二十年中越來越廣泛地在金屬腐蝕研究領域被運用，主要包括用電化學調制的原位表面增強拉曼散射（SERS）對一些重要的緩蝕劑體系的研究和用電化學調制的 SERS、普通拉曼光譜以及其它的原位或準原位拉曼對一些氧化或鈍化膜進行表征和研究。近幾年，拉曼光譜已被用于漆膜下金屬腐蝕產(chǎn)物的研究，研究大氣腐蝕、局部腐蝕以及測量氧化膜應力的工作也正在探索和進行中。

4.5 瞬變電磁與電磁微波技術

利用瞬變電磁（TEM）法檢測構件的腐蝕狀況，實際所測定的是本體的物性差異。由于瞬變電磁所發(fā)射的階躍脈沖實際上是由各種高頻和低頻諧波疊加而成，一次發(fā)射可以同時包含豐富的信息（如腐蝕、裂紋），可完成不同目的的信息探測，目前已用于礦物勘探，所以采用小波分析等技術方法可開發(fā)用于檢測腐蝕。

微波是一種高頻電磁波，其特點是波長短、頻率高、頻帶寬，它的波長在 1 ～ 1000mm 之間，頻率通常為300MHz～300GHz。微波已應用于軍事、民用航空復合材料、構件的脫膠等無損檢測，基本原理是綜合利用微波與物質的相互作用，一方面微波在不連續(xù)界面處會產(chǎn)生反射、散射、透射，另一方面微波還能與被檢材料產(chǎn)生相互作用，此時的微波場會受到材料中的電磁參數(shù)和幾何參數(shù)的影響，通過測量微波信號基本參數(shù)的改變即可達到檢測材料內部缺陷的目的。對金屬構件，表面發(fā)生腐蝕，腐蝕層、缺陷處的介電特性與本體將會產(chǎn)生差異。目前各國重視研究開發(fā)隱身技術，應用各種介質對電磁微波的吸收實現(xiàn)隱身，可望借鑒這一原理檢測軍事裝備的腐蝕層。

5 結語與展望

軍事裝備腐蝕檢測技術并不多，其中熱波成像脈沖溫度記錄法無損檢測新技術，可實現(xiàn)大面積檢測，速度快、直觀，應用范圍十分廣泛，包括軍事裝備、航空航天及電力工業(yè)，無論如何它對于降低缺陷風險、減少維修費用方面起著至關重要的作用，但并不能代替所有其他諸如 X 射線及超聲等方法。但對于某些應用場合，特別是對軍事裝備的腐蝕缺陷更具有其優(yōu)點。這種新的檢測方法的紅外熱像儀總的發(fā)展趨勢是：體積更小、質量更輕、環(huán)境適應性更強、性價比更高、功能更強大、操作使用更方便，以滿足不同用戶在不同場合下的使用需求。軍事裝備腐蝕檢測發(fā)展的方向是各種腐蝕檢測技術優(yōu)勢互補，并開發(fā)研究一些潛在應用的腐蝕檢測技術。在腐蝕檢測儀器方面，與計算機技術和自動控制技術相結合，智能化、可視化與小型化，能現(xiàn)場原位應用的儀器將是主流發(fā)展的趨勢。

（來源：知網(wǎng)）