1、研究背景

服役中的材料/產(chǎn)品無時無刻不受到環(huán)境中光、熱、水、腐蝕介質(zhì)等因素的緩慢作用，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)不斷被破壞而最終性能退化，形成安全隱患。人們希望在產(chǎn)品投入使用前，就能通過試驗預(yù)估材料能否適應(yīng)環(huán)境，預(yù)判它何時失效。傳統(tǒng)的辦法是將材料/產(chǎn)品放置于其將服役的環(huán)境一段時間，觀測其性能退化規(guī)律。這種方法耗費時間較長，受到研發(fā)周期的限制?？茖W(xué)家考慮使用室內(nèi)試驗箱，通過增強溫度、濕度、光照強度等因素，加快材料失效。然而，如果箱內(nèi)環(huán)境參量設(shè)置過高，材料退化偏離了正常的失效模式，其真實壽命也難以得到評估。因此，開發(fā)又快又準(zhǔn)的試驗方法，是評估材料失效的前提。

圖1  海洋及工業(yè)環(huán)境中的腐蝕現(xiàn)象

項目結(jié)合了自然環(huán)境試驗的高模擬性與室內(nèi)試驗的高加速性，研發(fā)了一種基于自然大氣環(huán)境試驗的綜合自然加速試驗技術(shù)。目前國際已有的自然加速試驗技術(shù)，普遍通過強化單一因素來提高加速性，而本裝置通過追蹤太陽增強日光輻照作用，高精度熱交換技術(shù)控制溫度的影響，集成噴淋及鹽霧耦合增強濕氣及氯離子的作用。該裝置可以用于海洋及工業(yè)大氣環(huán)境下的材料環(huán)境適應(yīng)性評估。

2、成果概況

項目通過開展海洋大氣環(huán)境效應(yīng)模擬試驗技術(shù)研究，厘清嚴(yán)酷復(fù)雜環(huán)境特征和效應(yīng)機理，再開展嚴(yán)酷大氣環(huán)境綜合自然加速試驗裝置研制、試驗方法驗證、試驗技術(shù)應(yīng)用研究，形成系統(tǒng)完整的嚴(yán)酷大氣環(huán)境綜合自然加速試驗技術(shù)。

項目研制了嚴(yán)酷大氣環(huán)境綜合自然加速試驗系統(tǒng)等5種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的試驗與測試裝置(圖2～4)；制定了4項軍工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和8項企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，獲得了8項授權(quán)發(fā)明專利，獲軟件著作權(quán)2項，發(fā)表研究論文15篇(圖5)。

圖2 綜合自然加速試驗系統(tǒng)安裝和測試

圖3 綜合自然加速試驗系統(tǒng)（第一代機）

圖4 綜合自然加速試驗系統(tǒng)（第二代機）

圖5 專利、標(biāo)準(zhǔn)、文章等核心自主可控成果

3、主要創(chuàng)新點

（1）嚴(yán)酷大氣環(huán)境綜合自然加速試驗技術(shù)

通過高精度日點軌跡跟蹤、智能噴霧控制、主動式表面濕潤傳感等技術(shù)，實現(xiàn)了戶外自然環(huán)境條件下“太陽輻射+鹽（酸）霧沉降+干濕循環(huán)+溫度”四因素的綜合強化效應(yīng)。通過開展戶外暴露試驗與大氣環(huán)境綜合自然加速試驗，驗證了該技術(shù)體系良好的模擬性和加速性：關(guān)鍵性能劣化的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9，加速倍率大于4倍。

圖6 日點軌跡跟蹤原理圖

圖7 表面濕潤傳感器

圖8 綜合自然加速試驗機總體圖

（2）自然熱循環(huán)強化加速試驗技術(shù)

通過太陽輻射光熱轉(zhuǎn)化率強化技術(shù)、環(huán)境熱交換抑制技術(shù)、防雷防靜電一體化保障技術(shù)等，強化戶外熱循環(huán)和晝夜溫差效應(yīng)，延長試驗區(qū)處于50℃以上的高溫段時長，最高溫度可達(dá)70℃。

圖9 復(fù)合固體推進(jìn)劑自然加速試驗箱

（3）有機涂層氯離子穿透效應(yīng)試驗技術(shù)

通過施加正負(fù)脈沖電壓控制氯離子定向往復(fù)運動，強化氯離子對涂層的“沖擊效應(yīng)”。用于裝備用有機涂層耐氯離子穿透能力評估，加速倍率較傳統(tǒng)鹽霧試驗提高了20倍。

圖10 有機涂層氯離子穿透試驗裝置

圖11 氯離子穿透有機涂層示意圖

4、實施效果及應(yīng)用前景

成果已在中汽研、長安汽車等多個型號產(chǎn)品中獲得應(yīng)用。主要包括全壽命期新材料研制、材料工藝優(yōu)選、防護(hù)工藝改進(jìn)、防護(hù)體系設(shè)計、環(huán)境適應(yīng)性評價等。項目研究成果還可推廣應(yīng)用于裝備服役壽命評估、環(huán)境影響效應(yīng)仿真、裝備維護(hù)與保養(yǎng)方案制定等多個方面。對保障裝備環(huán)境適應(yīng)性、提升裝備國際競爭力等方面發(fā)揮重要技術(shù)支撐作用，應(yīng)用前景廣闊！

圖12 各類材料體系試驗評價

圖13 汽車零部件評價篩選