防腐蝕 省經(jīng)費(fèi)

思成

數(shù)據(jù)表明，美國空軍每年用于防腐蝕去腐蝕維修、維護(hù)的成本已經(jīng)超過50億美元。每架飛機(jī)每年因腐蝕花多達(dá)100萬美元。腐蝕問題不僅涉及經(jīng)濟(jì)性問題，還嚴(yán)重危害飛機(jī)的飛行安全，已成為決定飛機(jī)壽命、保證技戰(zhàn)術(shù)水平的關(guān)鍵因素之一。如果能從一開始就更好地了解一種材料的特性，就能實(shí)現(xiàn)智能維護(hù)，并最終在整個(gè)壽命周期中降低成本。

飛機(jī)新涂層應(yīng)用前的腐蝕智能評(píng)估方法

飛機(jī)涂層是減緩腐蝕的重要手段。輕質(zhì)、高性能及對(duì)環(huán)境友好是飛機(jī)涂層材料的發(fā)展方向。由于飛機(jī)制造商和其他企業(yè)越來越重視環(huán)保，所以他們強(qiáng)烈要求涂層制造商減少有致癌性的鉻元素用量。

從2015年起，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究人員就在牽頭研制能夠與傳統(tǒng)重鉻酸鈉密封劑性能相似的非鉻材料。其環(huán)境安全飛機(jī)無鉻底漆Aerocron 210電涂項(xiàng)目被列入2016年100個(gè)最創(chuàng)新的技術(shù)。

隨著新涂層的實(shí)驗(yàn)室測試、室外環(huán)境暴露和飛機(jī)試驗(yàn)，性能差的涂層可以在早期被篩選掉，從而簡化鑒定工作并減少與涂層測試相關(guān)的時(shí)間和成本。為了加快試驗(yàn)進(jìn)度，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室和空軍腐蝕預(yù)防和控制辦公室開發(fā)了一種新的腐蝕和涂層評(píng)估系統(tǒng)（以下簡稱CorRES）。

傳統(tǒng)的飛機(jī)涂料測試不提供局部腐蝕過程的數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)來說是最大的風(fēng)險(xiǎn)。CorRES采用先進(jìn)的、低成本的傳感器和監(jiān)測技術(shù)，結(jié)合多模態(tài)測量，采用模塊化、開放式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以支持在整個(gè)腐蝕測試過程中對(duì)環(huán)境參數(shù)、腐蝕、涂層性能和材料殘余強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)的多模態(tài)傳感檢測。

該系統(tǒng)可以固化在專用設(shè)備中，也可以在筆記本電腦上運(yùn)行。CorRES系統(tǒng)通過一套傳感器套件，可以測量自由電子和電流腐蝕、涂層屏障性能以及環(huán)境對(duì)涂層材料的影響，為研究人員提供了一套比當(dāng)前腐蝕測試系統(tǒng)更全面的數(shù)據(jù)。

CorRES系統(tǒng)組成及工作原理

CorRES系統(tǒng)由美國Luna創(chuàng)新公司開發(fā)，主要包括多傳感器面板、溫度傳感器面板、接線盒、RS-485接口電纜及可選的電池模塊、一臺(tái)筆記本電腦（用作運(yùn)行CorRES軟件），以及一個(gè)單基站計(jì)算機(jī)。多傳感器面板包括一個(gè)金互連探頭，一個(gè)由AA7075-T6（UNS A97075）鋁合金制作的探頭，以及一個(gè)由AA7075-T6鋁合金和316L型（UNS S31603）不銹鋼制作的電鍍腐蝕探頭。

采用金互連探頭傳感器來測量涂層屏蔽和阻隔性能，利用鋁合金探頭測量工程合金的自由腐蝕速率，同時(shí)可利用電鍍腐蝕探頭來測量金屬表面的電化學(xué)腐蝕程度，甚至可以測量外部環(huán)境對(duì)涂層腐蝕的影響等等。CorRES溫度傳感器面板包括用于測量表面溫度的傳感器，以及用于裸露或包覆條件下測試的電導(dǎo)傳感器。溫度傳感器面板記錄空氣溫度和相對(duì)濕度以及所有其他測量參數(shù)，并保存到用戶計(jì)算機(jī)中。CorRES接線盒允許連接多達(dá)10個(gè)對(duì)接平臺(tái)到單基站計(jì)算機(jī)。

CorRES系統(tǒng)的基本工作流程為：首先將對(duì)應(yīng)傳感器探頭固定在測試設(shè)備的易腐蝕區(qū)和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件上；打開CorRES軟件，各個(gè)監(jiān)測探頭以無線多跳方式將測試數(shù)據(jù)匯總于筆記本電腦；電腦將數(shù)據(jù)通過RS-485接口電纜與基站內(nèi)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器相連，數(shù)據(jù)進(jìn)入基站有線網(wǎng)絡(luò)。

診斷分析軟件安裝于基站服務(wù)器計(jì)算機(jī)上。軟件接收前端監(jiān)測點(diǎn)的測試數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行信息顯示和分析診斷。通過軟件系統(tǒng)，用戶可以直觀地看到想要監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過觀察圖譜，能夠正確分析例如溫度變化、局部腐蝕程度以及涂層典型損傷及壽命評(píng)價(jià)等。經(jīng)過各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理后，就能得到關(guān)于涂層腐蝕的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

例如在腐蝕速率監(jiān)測方面，在電鍍腐蝕電極在使用環(huán)境下形成正負(fù)極，腐蝕電流在電極中進(jìn)行傳遞，通過零電阻將各個(gè)電極中的電流進(jìn)行測試，給出腐蝕電流，實(shí)現(xiàn)腐蝕速率的測試。同樣，在涂層老化率監(jiān)測方面，主要基于電化學(xué)交流阻抗法，將涂層涂覆在監(jiān)測探頭表面，對(duì)防腐蝕層體系施加不同頻率的激勵(lì)信號(hào)，根據(jù)電化學(xué)原理，就可以測試出防腐蝕層的電阻等電化學(xué)特性。測量獲得的電荷轉(zhuǎn)移或極化的阻力與被監(jiān)控表面的腐蝕速率成正比，以此表征放腐蝕層的性能。

應(yīng)用前景

CorRES平臺(tái)不僅在空軍，也可以用于工業(yè)界的其他領(lǐng)域，以更好地協(xié)助他們的涂層評(píng)估工作。用戶包括美國領(lǐng)先的飛機(jī)制造商、合金制造商、涂料原材料制造商和英國國家物理實(shí)驗(yàn)室等。