飛機(jī)某模擬涂裝試樣加速腐蝕與自然暴露的對(duì)比研究

卞貴學(xué)，張楊廣,2，張勇，陳躍良

飛機(jī)某模擬涂裝試樣加速腐蝕與自然暴露的對(duì)比研究

卞貴學(xué)1，張楊廣1,2，張勇1，陳躍良1

（1.海軍航空大學(xué)青島校區(qū)，山東 青島 266041；2. 32102部隊(duì)，山東 煙臺(tái) 265200）

研究飛機(jī)某結(jié)構(gòu)模擬試樣加速腐蝕試驗(yàn)與自然暴露試驗(yàn)的相關(guān)性。選取飛機(jī)某結(jié)構(gòu)模擬試樣分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)和海南西沙外場(chǎng)自然暴露試驗(yàn)，以宏/微觀形貌、失光率、色差等級(jí)、腐蝕產(chǎn)物成分等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)試樣表面涂層的腐蝕損傷情況進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)和對(duì)比研究，對(duì)加速腐蝕2個(gè)周期和戶外暴露2年的疲勞試樣疲勞壽命和疲勞斷口形貌進(jìn)行對(duì)比分析。加速腐蝕試驗(yàn)2個(gè)周期和自然暴露試驗(yàn)2年試樣的試驗(yàn)過程色差變化規(guī)律一致，色差變化等級(jí)均為2級(jí)，光澤度變化規(guī)律一致，加速腐蝕試驗(yàn)后為3級(jí)，戶外自然暴露戶外為4級(jí)、棚下為3級(jí)，在螺釘邊緣均出現(xiàn)面漆剝落現(xiàn)象。7B04鋁合金試樣疲勞壽命斷口的韌窩和孔洞的數(shù)量都沒有發(fā)生明顯的變化，在顯著度為0.05時(shí)，兩組疲勞壽命的檢驗(yàn)量為1.6971，疲勞壽命無顯著差異。加速腐蝕試樣表面涂層的腐蝕程度介于戶外和棚下暴露試樣之間，這一結(jié)果與加速環(huán)境譜的編制原則相一致，也進(jìn)一步表明加速試驗(yàn)環(huán)境譜正確性。疲勞壽命無顯著差異，表明加速腐蝕試驗(yàn)可以較好地模擬飛機(jī)實(shí)際工作環(huán)境對(duì)試樣疲勞性能造成的影響。

加速腐蝕；自然暴露；疲勞壽命；失光率；色差等級(jí)

飛機(jī)在服役環(huán)境中面臨各種復(fù)雜、嚴(yán)酷的自然環(huán)境，腐蝕問題不容忽視。尤其是長(zhǎng)期服役于沿海地區(qū)的海軍飛機(jī)，由于經(jīng)常面對(duì)高溫、高濕、高鹽和強(qiáng)紫外輻射的海洋大氣環(huán)境，腐蝕問題更為突出[1-4]。在海洋大氣環(huán)境中進(jìn)行自然暴露試驗(yàn)是一種行之有效的腐蝕研究方法，通過實(shí)地暴露試驗(yàn)，可以掌握不同材料在海洋大氣環(huán)境中的腐蝕過程和腐蝕機(jī)理，為海軍飛機(jī)設(shè)計(jì)、選材及壽命預(yù)測(cè)提供重要依據(jù)[5-9]。然而，自然暴露試驗(yàn)存在試驗(yàn)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的迫切需要。近年來，開展室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)來推測(cè)長(zhǎng)期自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的方法在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[2,10-29]。

目前研究人員主要致力于兩方面研究：一是完善室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)方法[2,15-19]；二是建立室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)結(jié)果和自然暴露腐蝕結(jié)果的相關(guān)性[2,20-29]。室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)環(huán)境譜編制中考慮的環(huán)境因子是否為關(guān)鍵因子、產(chǎn)品本身是否完全暴露于自然環(huán)境以及自然暴露試驗(yàn)的時(shí)效性等諸多因素都會(huì)影響室內(nèi)加速腐蝕與自然暴露試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性。室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)與外場(chǎng)暴露試驗(yàn)之間的相關(guān)性主要體現(xiàn)在采用什么參數(shù)或指標(biāo)對(duì)金屬基材及其涂層體系的腐蝕損傷程度進(jìn)行對(duì)比分析，所選參數(shù)或指標(biāo)一般以定性分析為主，定量分析為輔[20-26]。對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)來說，腐蝕會(huì)使得構(gòu)件疲勞壽命下降，對(duì)飛機(jī)的使用安全影響較大，所以必須考慮腐蝕后的力學(xué)性能作為相關(guān)性研究的指標(biāo)[16,27-29]。當(dāng)前對(duì)相關(guān)性的研究多采用腐蝕程度對(duì)比法，不能夠全面有效地反映腐蝕損傷對(duì)疲勞性能的影響，缺少同時(shí)且綜合考慮疲勞壽命對(duì)比法和腐蝕損傷程度對(duì)比法的相關(guān)性研究。

文中選取飛機(jī)某關(guān)鍵部位涂裝模擬試樣分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)和機(jī)場(chǎng)外場(chǎng)自然暴露試驗(yàn)，對(duì)試樣表面涂層腐蝕損傷程度和腐蝕后結(jié)構(gòu)疲勞壽命進(jìn)行對(duì)比分析。旨在研究室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)與外場(chǎng)暴露試驗(yàn)之間的對(duì)比關(guān)系，為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)件的長(zhǎng)期腐蝕失效行為提供理論和數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 試樣

依據(jù)飛機(jī)某部位搭接形式，試樣均選用7B04- 7B04鋁合金薄板連接形式，7B04鋁合金成分見表1。為便于涂層老化規(guī)律測(cè)試，用于腐蝕試驗(yàn)的試樣采用平板搭接方式模擬某部結(jié)構(gòu)連接形式，腐蝕試樣外形尺寸如圖1a所示。用于疲勞壽命測(cè)試的試樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用某部結(jié)構(gòu)實(shí)際連接形式，并在此基礎(chǔ)上，模擬局部實(shí)際結(jié)構(gòu)承受載荷形式，腐蝕疲勞試樣外形尺寸如圖1b所示。試樣涂裝TB06-9底漆和TS96-71面漆，并按GB/T 1765—1989《測(cè)定耐濕熱、耐鹽性、耐候性（人工加速）的漆膜制備法》規(guī)定的方法和噴涂厚度制備。

1.2 室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)

室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)環(huán)境譜如圖2所示。該環(huán)境譜是按照腐蝕損傷等量法原理，綜合考慮飛機(jī)服役地區(qū)地理環(huán)境、飛機(jī)使用情況以及結(jié)構(gòu)形式等因素所編制的。其中飛機(jī)使用情況重點(diǎn)考慮飛機(jī)服役過程實(shí)際，戶外飛行、棚下停放和維護(hù)在日歷壽命中所占時(shí)間比例的情況。環(huán)境譜由濕熱暴露、紫外照射和鹽霧等三個(gè)環(huán)境譜塊構(gòu)成，加速試驗(yàn)1周期相當(dāng)于約自然暴露1年。

表1 7B04鋁合金成分

Tab.1 Chemical composition of 7B04 aluminium alloy

圖1 試樣外形和尺寸（單位：mm）

圖2 基于戶外環(huán)境的加速腐蝕試驗(yàn)環(huán)境譜

1.3 自然暴露試驗(yàn)

在海南西沙試驗(yàn)站，按照GB/T 6464—1997《金屬及其覆蓋層大氣腐蝕試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的一般要求》分別進(jìn)行戶外、棚下與庫房三類自然暴露試驗(yàn)，如圖3所示。測(cè)試周期為2年，每個(gè)月定期對(duì)試樣表面涂層色差、光澤度等物理性能進(jìn)行測(cè)試。

圖3 自然環(huán)境暴露試驗(yàn)

1.4 腐蝕程度檢測(cè)

根據(jù)GB/T 1766—2008《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》，按涂層的失光、色差、開裂、剝落、起泡和粉化等評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)涂層的腐蝕損傷情況進(jìn)行觀測(cè)。宏觀照片使用Canon 60D數(shù)碼相機(jī)拍攝，局部微觀形貌采用KH-7700體視顯微鏡進(jìn)行觀察。采用天津市信光科技開發(fā)公司XGP60鏡像光澤度計(jì)測(cè)量光澤度，測(cè)量范圍為0~199.9 Gs，分度值為0.1 Gs，穩(wěn)定度≤0.4 Gs/30 min，示值誤差≤1.0 Gs。采用HP-200精密色差儀檢測(cè)色差，有效測(cè)量口徑（照明口徑）為8 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差Δab在0.08以內(nèi)。

1.5 疲勞壽命對(duì)比試驗(yàn)

疲勞試驗(yàn)在MTS810材料綜合測(cè)試機(jī)上進(jìn)行，選取外場(chǎng)自然暴露2年和加速腐蝕2周期的腐蝕疲勞試樣。將試樣取回實(shí)驗(yàn)室，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷：max= 19 580 N，min=0進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。疲勞斷口經(jīng)線切割后，用掃描電鏡（SEM）進(jìn)行分析。

2 結(jié)果分析

對(duì)于連接件而言，由于試樣連接部位材料不連續(xù)且連接部位存在間隙，往往導(dǎo)致連接部位附近涂層的腐蝕損傷情況比較嚴(yán)重。因此，在進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，重點(diǎn)觀察連接部位附近涂層的損傷。

2.1 試樣腐蝕狀況對(duì)比分析

2.1.1 表面形貌對(duì)比分析

自然暴露試驗(yàn)2年和加速腐蝕試驗(yàn)2個(gè)周期后，試樣表面的宏觀形貌如圖4所示?？梢钥闯觯嚇涌傮w均未發(fā)生明顯腐蝕，表面涂層完好，未發(fā)生明顯起泡、剝落等現(xiàn)象。經(jīng)歷2年的自然暴露試驗(yàn)和2個(gè)周期的加速腐蝕試驗(yàn)后，加速腐蝕試樣（如圖4d所示）的損傷程度比戶外自然暴露試樣（如圖4c所示）輕微，但又明顯嚴(yán)重于庫房和棚下環(huán)境中的試樣。

圖4 不同環(huán)境試驗(yàn)后試樣的宏觀形貌對(duì)比

自然暴露試驗(yàn)2年和加速腐蝕試驗(yàn)2個(gè)周期后，試樣螺釘連接處的微觀形貌如圖5所示?？梢钥闯?，螺釘邊緣涂層均出現(xiàn)不同程度的面漆剝落現(xiàn)象，而且加速腐蝕試樣螺釘表面出現(xiàn)了裂紋，涂層損傷情況最為嚴(yán)重。

圖5 不同環(huán)境試驗(yàn)后試樣的局部微觀形貌對(duì)比

2.1.2 色差和失光率對(duì)比分析

將不同暴露條件下試樣的色差變化和失光率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，繪制隨暴露時(shí)間的變化曲線如圖6所示。由圖6a可見，試驗(yàn)后，戶外、棚下與庫房試樣的色差變化等級(jí)為2級(jí)，屬于輕微變色；加速腐蝕試驗(yàn)的試樣在2個(gè)周期后，顏色變化等級(jí)為2級(jí)，屬于輕微變色，變色程度介于戶外試樣與棚下試樣之間。從色差對(duì)比結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕試驗(yàn)與自然環(huán)境暴露試驗(yàn)規(guī)律相似，色差值屬于同一等級(jí)。

由圖6b可見，試樣在戶外、棚下和庫房自然暴露2年后，出現(xiàn)了不同程度的失光現(xiàn)象。其中戶外暴露試樣的失光率最高，失光等級(jí)為4，屬于嚴(yán)重失光。棚下暴露試樣的失光程度較輕，和室內(nèi)基本一致，而且由于涂層吸水作用，出現(xiàn)了先增光后失光的現(xiàn)象。室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)2個(gè)周期后，試樣的失光率介于戶外和庫房試樣之間，失光等級(jí)為3級(jí)，屬于明顯失光。對(duì)腐蝕試樣繼續(xù)進(jìn)行加速試驗(yàn)，直到自然暴露5年和實(shí)驗(yàn)室加速腐蝕5個(gè)周期。第5周期結(jié)束后，色差等級(jí)和失光率幾乎不再增加。這一結(jié)果表明，室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)具有較好的一致性。

圖6 涂層老化結(jié)果對(duì)比

2.1.3 腐蝕產(chǎn)物成分對(duì)比分析

選取腐蝕程度最為接近的戶外暴露2年和加速腐蝕2個(gè)周期的試樣，對(duì)螺釘連接周圍區(qū)域腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果如圖7所示。圖7中各峰的位置基本相同，強(qiáng)度趨于一致，表明腐蝕產(chǎn)物基本相同。戶外暴露試樣腐蝕區(qū)域主要由金屬元素的合金和氧化物組成，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)卡片信息，判定為κ-Al2O3。加速腐蝕試樣腐蝕區(qū)域同樣由金屬元素的合金和氧化物組成，但與戶外暴露試樣的組成有所不同，主要腐蝕產(chǎn)物可能為γ-Al2O3和Fe2SO4[30]。這主要因?yàn)樵诩铀俑g試驗(yàn)環(huán)境譜的編制過程中，同時(shí)考慮了戶外和棚下的腐蝕環(huán)境，其中包括紫外時(shí)長(zhǎng)、空氣濕度等，與實(shí)際戶外存在一定差異。

圖7 外場(chǎng)暴曬與加速腐蝕試樣腐蝕產(chǎn)物成分對(duì)比

2.2 疲勞壽命對(duì)比分析

2.2.1 斷口形貌對(duì)比

按照某部位設(shè)計(jì)載荷（max=19 580 N，min=0）進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，試樣斷口的SEM照片如圖8所示。從圖8可以發(fā)現(xiàn)，戶外環(huán)境下，7B04鋁合金試樣疲勞斷口的韌窩及含有夾雜相的孔洞數(shù)量與加速腐蝕試樣基本一致，且兩類斷口韌窩和孔洞里面包含完整的夾雜相粒子，夾雜物數(shù)量也基本一致。這表明了試樣受環(huán)境影響后的彈塑力學(xué)性能一致，也說明了室內(nèi)加速腐蝕與戶外暴露過程對(duì)試樣疲勞性能的影響基本一致。

2.2.2 疲勞壽命對(duì)比

1）疲勞壽命的分布參數(shù)估計(jì)。采用估計(jì)分布參數(shù)對(duì)對(duì)數(shù)中值壽命和對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值為[32-33]：

按照式（1）和式（2）分布參數(shù)估計(jì)方法，得到戶外暴露2年和加速腐蝕2個(gè)周期的試樣的疲勞壽命分布參數(shù)估計(jì)值，見表2。

2）統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析。取顯著度=0.05，按照檢驗(yàn)法進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)：

表2 疲勞壽命的分布參數(shù)估計(jì)值

Tab.2 Estimate value of distributed parameter of fatigue life

表明上述兩組數(shù)據(jù)具有方差齊性，且有總體標(biāo)準(zhǔn)差：

由于上述兩組數(shù)據(jù)具有方差齊性，采用檢驗(yàn)法對(duì)戶外暴露2年和加速腐蝕2個(gè)周期試樣的疲勞壽命進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，計(jì)算檢驗(yàn)量：

檢驗(yàn)表明戶外暴曬與室內(nèi)加速腐蝕試樣疲勞壽命對(duì)比無顯著差異。

3 結(jié)論

1）試樣分別經(jīng)過室內(nèi)加速腐蝕試驗(yàn)2個(gè)周期和西沙自然暴露試驗(yàn)2年后，其表面光澤度、色差、宏觀腐蝕形貌等演化規(guī)律相一致，腐蝕產(chǎn)物成分基本一致。室內(nèi)加速腐蝕試樣的腐蝕程度介于戶外和棚下暴露試樣之間，與加速環(huán)境譜編制所考慮的主要因素相一致，也表明加速試驗(yàn)環(huán)境譜的正確性。

2）試樣在加速腐蝕試驗(yàn)2個(gè)周期和戶外暴露2年后，疲勞壽命無顯著差異，疲勞斷口的韌窩和孔洞數(shù)量沒有發(fā)生明顯的變化。室內(nèi)加速腐蝕可以很好地模擬飛機(jī)實(shí)際工作環(huán)境對(duì)試樣疲勞性能造成的影響。

[1] 劉文珽, 李玉海. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)日歷壽命體系評(píng)定技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004. LIU Wen-ting, LI Yu-hai. Evaluating Technology for the Calendar Life of Aircraft Structure[M]. Beijing: China Machine Press, 2004.

[2] 劉文珽, 李玉海, 陳群志, 等. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕部位涂層加速試驗(yàn)環(huán)境譜研究[J]. 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 28(1): 109-112. LIU Wen-ting, LI Yu-hai, CHEN Qun-zhi, et al. Accelerated Corrosion Environmental Spectrums for Testing Sur-face Coatings of Critical Areas of Flight Aircraft Structures[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2002, 28(1): 109-112

[3] 常紅, 韓恩厚, 王儉秋, 等. 飛機(jī)蒙皮涂層對(duì)LY12CZ鋁合金腐蝕疲勞壽命的影響[J]. 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào), 2006, 26(1): 34-36. CHANG Hong, HAN En-hou, WANG Jian-qiu, et al. Influence of Coating of Covering of Airplane on Corrosion Fatigue Life of Aluminium Alloy LY12CZ[J]. Journal of Chinese society for Corrosion and Protection, 2006, 26(1): 34-36.

[4] 劉道慶, 吳超, 陳亮. 飛機(jī)腐蝕疲勞典型部位地面停放局部環(huán)境譜及當(dāng)量折算[J]. 飛機(jī)設(shè)計(jì), 2011, 31(5): 15-17. LIU Dao-qing, WU Chao, CHEN Liang. Ground Parking Local Environment Spectrum & Equivalence Converting of Aircraft Typical Parts[J]. Aircraft Design, 2011, 31(5): 15-17.

[5] JACQUES L F E. Accelerated and Outdoor/Natural Exposure Testing of Coatings[J]. Progress in Polymer Science, 2000, 25(9): 1337-1362.

[6] 蘇艷, 舒暢, 羅來正, 等. 航空有機(jī)涂層的老化失效規(guī)律和電化學(xué)表征[J]. 表面技術(shù), 2011, 40(6): 18-22. SU Yan, SHU Chang, LUO Lai-zheng, et al. Weathering Mechanism and Electrochemical Characterization of Aircraft Coating[J]. Surface Technology, 2011, 40(6): 18-22.

[7] 胡建軍, 陳躍良, 卞貴學(xué), 等. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)加速腐蝕與自然腐蝕[J]. 腐蝕與防護(hù), 2011, 32(11): 900-904. HU Jian-jun, CHEN Yue-liang, BIAN Gui-xue, et al. Corrosion of Aircraft Structure Material in Accelerated Simulating Environment and Service Environment[J]. Corrosion and Protection, 2011, 32(11): 900-904.

[8] 金濤, 何衛(wèi)平, 廖圣智, 等. 2024-T62鋁合金涂層外場(chǎng)腐蝕環(huán)境下電化學(xué)性能研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2016, 13(1): 8-14. JIN Tao, HE Wei-ping, LIAO Shen-zhi, et al. Electrochemical Property for 2024-T62 Aluminum Alloy Surface Prote-ctive Coating in the Presence of Outfield Corrosion[J]. Equipment Environmental Engineering, 2016, 13(1): 8-14.

[9] 楊小奎, 張倫武, 胡濱, 等. 7475高強(qiáng)鋁合金在海洋和鄉(xiāng)村大氣環(huán)境中的腐蝕行為研究[J]. 表面技術(shù), 2019, 48(1): 275-280. YANG Xiao-kui, ZHANG Lun-wu, HU Bin, et al. Corrosion Behavior of 7475 High-strength Aluminium Alloy in Marine and Rural Atmosphere Environments[J]. Surface Technology, 2019, 48(1): 275-280.

[10] 蔡健平, 劉明, 羅振華, 等. 航空鋁合金大氣腐蝕加速試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào), 2005, 25(5): 262-265. CAI Jian-ping, LIU Ming, LUO Zhen-hua, et al. Study on Accelerated Tests for Aluminum Alloy Atmospheric Corrosion[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection, 2005, 25(5): 262-265.

[11] 穆志韜, 柳文林, 于戰(zhàn)樵. 飛機(jī)服役環(huán)境當(dāng)量加速腐蝕折算方法研究[J]. 海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào), 2007, 22(3): 301-304. MU Zhi-tao, LIU Wen-lin, YU Zhan-qiao. Research on Accelerated Corrosion Equivalent Conversion Method of Aircraft Service Environment[J]. Journal of Naval Aeronautical Engineering Institute, 2007, 22(3): 301-304.

[12] 劉成臣, 王浩偉, 魯國(guó)富. 2A12鋁合金當(dāng)量加速腐蝕試驗(yàn)[J]. 腐蝕與防護(hù), 2014, 35(5): 458-461. LIU Cheng-chen, WANG Hao-wei, LU Guo-fu. Equivalent Accelerated Corrosion Test of 2A12 Aluminum[J]. Corrosion & Protection, 2014, 35(5): 458-461.

[13] 江雪龍, 楊曉華. 加速腐蝕當(dāng)量加速關(guān)系研究方法綜述[J]. 裝備環(huán)境工程, 2014, 11(6): 50-58. JIANG Xue-long, YANG Xiao-hua. Review on the Research Methods of Equivalent Accelerated Relationship in Accelerated Corrosion[J]. Equipment Environmental Engineering, 2014, 11(6): 50-58.

[14] 劉金和, 張雅琴, 劉慕懿, 等. 有機(jī)涂層在模擬沙漠大氣環(huán)境下的加速試驗(yàn)研究[J]. 表面技術(shù), 2014, 43(4): 64-67. LIU Jin-he, ZHANG Ya-qin, LIU Mu-yi, et al. Study on Accelerated Test of Organic Coating in Desert Atmospheric Environment[J]. Surface Technology, 2014, 43(4): 64-67.

[15] ROBERT N M, SCHUESSLER R L. Predicting Service Life of Aircraft Coating in Various Environments[J]. Corrosion, 1989(4): 17-21.

[16] 劉文珽, 蔣冬濱. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵危險(xiǎn)部位加速腐蝕試驗(yàn)環(huán)境譜研究[J]. 航空學(xué)報(bào), 1998, 19(4): 435-438. LIU Wen-ting, JIANG Dong-bin. Study on Accelerated Corrosion Test Environment Spectrum for Critical Area[J]. Acta Aeronautica Et Astronautica Sinica, 1998, 19(4): 435-438.

[17] 陳躍良, 段成美, 金平, 等. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)局部環(huán)境加速腐蝕當(dāng)量譜[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 31(3): 338-341. CHEN Yue-liang, DUAN Cheng-mei, JIN Ping, et al. Local Environmental Equivalent Spectrum for Accelerated Corrosion of Aircraft Structure[J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics And Astronautics, 1999, 31(3): 338-341.

[18] 宋恩鵬, 劉文珽, 楊旭. 飛機(jī)內(nèi)部腐蝕關(guān)鍵部位加速試驗(yàn)環(huán)境譜研究[J]. 航空學(xué)報(bào), 2006, 27(4): 646-649. SONG En-peng, LIU Wen-ting, YANG Xu. Study on Accelerated Corrosion Test Environment Spectrum for Internal Aircraft Structure[J]. Acta Aeronautical Et Astronautica Sinica, 2006, 27(4):646-649.

[19] 劉成臣, 王浩偉, 楊曉華. 不同材料在海洋大氣環(huán)境下的加速環(huán)境譜研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2013, 10(2): 18-24. LIU Cheng-chen, WANG Hao-wei, YANG Xiao-hua. Study of Accelerated Corrosion Test Environment Spectrum of Different Materials in Marine Atmospheric Environment[J]. Equipment Environmental Engineering, 2013, 10(2): 18-24.

[20] 王振堯, 于國(guó)才, 韓薇. 鋼的大氣暴露腐蝕與室內(nèi)模擬加速腐蝕的相關(guān)性[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2004, 16(2): 70-73. WANG Zhen-yao, YU Guo-cai, HAN Wei. Investigation on Interrelation of Indoor Accelerated Corrosion and Atmospheric Exposure Corrosion of Steels[J]. Corrosion Science and Protection Technology, 2004, 16(2): 70-73.

[21] 蘇艷, 胡秉飛, 舒暢, 等. 涂層“三防性能”與實(shí)際服役環(huán)境適應(yīng)性對(duì)比研究[J]. 表面技術(shù), 2009, 38(6): 16-18. SU Yan, HU Bing-fei, SHU Chang, et al. The Contrast Research on Tri-proof Property of Coating and Its In-se-rvice Environmental Worthiness[J]. Surface Technology, 2009, 38(6): 16-18

[22] 張曉東, 陶友季, 王俊, 等. 海南自然暴曬試驗(yàn)與人工加速光老化試驗(yàn)的相關(guān)性研究[J]. 汽車工藝與材料, 2012(9): 43-44. ZHANG Xiao-dong, TAO You-ji, WANG Jun, et al. Study on the Correlation between Artificial Accelerated Light Aging Test and Natural Exposure Test in Hainan Province[J]. Automobile Technology Material, 2012(9): 43-44.

[23] 張勇, 丁文勇, 陳躍良, 等. 有機(jī)涂層戶外暴曬與加速試驗(yàn)對(duì)比研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2013, 10(2): 14-17. ZHANG Yong, DING Wen-yong, CHEN Yue-liang, et al. Comparison Study on Outdoor Exposure and Accelerated Tests of Organic Coatings[J]. Equipment Environmental Engineering, 2013, 10(2): 14-17.

[24] 劉治國(guó), 李旭東, 穆志韜. 基于腐蝕等級(jí)的航空鋁合金腐蝕當(dāng)量關(guān)系[J]. 腐蝕與防護(hù), 2013, 34(5): 403-406. LIU Zhi-guo, LI Xu-dong, Mu Zhi-tao. Equivalent Relation of Aero Aluminum Alloy Corrosion Based on Corrosion Grade[J]. Corrosion & Protection, 2013, 34(5): 403-406.

[25] 駱晨, 蔡健平,許廣興, 等. 航空有機(jī)涂層在戶內(nèi)加速試驗(yàn)與戶外暴露中的損傷等效關(guān)系[J]. 航空學(xué)報(bào), 2014, 35(6): 1750-1758. LUO Chen, CAI Jian-ping, XU Guang-xing, et al. Equivalent Degradation of Aviation Organic Coating during Indoor Accelerated Testing and Outdoor Exposure[J]. Acta Aeronautical Et Astronautica Sinica, 2014, 35(6): 1750-1758.

[26] 丁冬冬, 鳳儀, 黃曉晨, 等. 430不銹鋼室內(nèi)加速腐蝕與大氣暴露的相關(guān)性研究[J]. 表面技術(shù), 2016, 45(7): 56-61. DING Dong-dong, FENG Yi, HUANG Xiao-chen, et al. Correlativity on Indoor Accelerated Corrosion and Atmospheric Exposure of 430 Stainless Steel[J]. Surface Technology, 2016, 45(7): 56-61.

[27] 毋玲, 孫秦, 郭英男. 高強(qiáng)度鋁合金鹽霧加速腐蝕試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)械強(qiáng)度, 2006, 28(1): 138-140. WU Ling, SUN Qin, Guo Ying-nan. Accelerated Corrosion Tests of High Strength 7075 Aluminum Alloy in Salt Water Spray[J]. Journal of Mechanical Strength, 2006, 28(1): 138-140.

[28] 陳群志, 李喜明, 周希沅, 等. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)典型環(huán)境腐蝕當(dāng)量關(guān)系研究[J]. 航空學(xué)報(bào), 1998, 19(4): 31-35. CHEN Qun-zhi, LI Xi-ming, ZHOU Xi-yuan, et al. Investigation of Corrosion Equivalent Relationships between the Accelerated Environment and the Typical Service Environment of Aircraft Structures[J]. Acta Aeronautica Et Astronautica Sinica, 1998, 19(4): 31-35.

[29] 朱作濤, 穆志韜, 陳定海, 等. 基于中值壽命和特征壽命相當(dāng)?shù)母g當(dāng)量折算關(guān)系研究[J]. 機(jī)械強(qiáng)度, 2011, 33(2): 253-257. ZHU Zuo-tao, MU Zhi-tao, CHEN Ding-hai. Corrosion Equivalent Converting Relation Study Based on Median Life and Characteristic Life Equality[J]. Journal of Mechanical Strength, 2011, 33(2): 253-257.

[30] 陳朝軼, 楊京, 李軍旗, 等. 模擬海洋大氣環(huán)境下Cl-質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)3003鋁合金腐蝕行為的影響[J]. 表面技術(shù), 2015, 44(3): 116-121.CHEN Chao-yi, YANG Jing, LI Jun-qi, et al. Effect of Chl-o-ride Ion Concentration on Corrosion Behavior of 3003 Alu-m-inum Alloy in Simulated Marine Atmospheric Environment[J]. Surface Technology, 2015, 44(3): 116-121.

[31] 鄧景輝, 陳平劍, 付裕. 用于預(yù)腐蝕航空鋁合金材料疲勞壽命分析的腐蝕坑當(dāng)量裂紋的拋物線模型[J]. 航空學(xué)報(bào), 2018, 39(2): 221421. DENG Jing-hui, CHEN Ping-jian, FU Yu. Equivalent Crack Approach for Predicting Fatigue Life of Pre-corr-oded Aluminum Alloys in Helicopter[J]. Acta Aeronuatica Et Astronautica Sinica, 2018, 39(2): 221421.

[32] 趙永翔, 王金諾, 高慶. 估計(jì)三種常用疲勞應(yīng)力-壽命模型P-S-N曲線的統(tǒng)一經(jīng)典極大似然法[J]. 應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 18(1): 83-90. ZHAO Yong-xiang, WANG Jin-nuo, GAO Qing. Unified Classical Maximum Likelihood Method for Estimating P-S-N Curves of Three Common Fatigue Stress-Life Models[J]. Chinese journal of applied mechanics, 2001, 18(1): 83-90.

[33] 陳曉平, 俞小莉, 張鵬偉, 等. 利用極大似然法測(cè)定曲軸彎曲疲勞性能曲線[J]. 內(nèi)燃機(jī)工程, 2010, 31(6): 81-84. CHEN Xiao-ping, YU Xiao-li, ZHANG Peng-wei, et al. Study on Crankshaft Bent Fatigue Property Curve by Maximum Likelihood Estimation[J]. Chinese Internal Combustion Engine Engineering, 2010, 31(6): 81-84.

Comparative Study on Accelerated Corrosion and Natural Exposure of Simulated Coated Specimen of Aircraft Structures

BIAN Gui-xue1, ZHANG Yang-guang1,2, ZHANG Yong1, CHEN Yue-liang1

(1. Qingdao Campus of Naval Aviation University, Qingdao 266041, China; 2. Unit 32102 of PLA, Yantai 265200, China)

The paper aims to study the correlation between accelerated corrosion test and natural exposure test of an aircraft structural simulation test specimen. Accelerated corrosion tests in laboratory and natural exposure tests in outfield of Xisha, Hainan province were carried out on a simulated aircraft structure. The macro/micro morphology, gloss reduction, chromatic aberration grade and composition of corrosion products were taken as evaluation indexes to compare the corrosion damage of surface coatings for a long time. The fatigue life and fracture morphology of fatigue specimens with two cycles of accelerated corrosion test and two years of outdoor exposure were compared and analyzed. The change rule of chromatic aberration in two cycles of accelerated corrosion test was consistent with that in two years of natural exposure test, and the change grade after test was 2. The gloss change regularity of the test process was the same, and the grade of gloss reduction was 3 after accelerated corrosion test. It was 4 in outdoor exposure and 3 under roof. Topcoat peeling occurred at screw edges. The number of dimples and holes of fatigue fracture of 7B04 aluminium alloy specimens did not change significantly. When the significance was 0.05, the t-test value of fatigue life of the two groups was 1.6971, and there was no significant difference in fatigue life between the two groups. The corrosion degree of the topcoat of accelerated corrosion test specimens is between that of exposed test specimens in outdoor and under roof, which is consistent with the principle of accelerated environmental spectrum compiling. It further indicates the correctness of accelerated environmental spectrum. There is no significant difference in fatigue life, which indicates that accelerated corrosion test can properly simulate the impact of the actual working environment on the fatigue performance of aircraft specimens.

accelerated corrosion; natural exposure; fatigue life; gloss reduction; chromatic aberration grade

2019-12-24；

2020-01-24

10.7643/ issn.1672-9242.2020.05.004

TG172

A

1672-9242(2020)05-0025-08

2019-12-24；

2020-01-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51375490）；山東省高等學(xué)?！扒鄤?chuàng)科技計(jì)劃”資助項(xiàng)目（2020KJA014）

Supported by National Natural Science Foundation of China (51375490) and “Green Innovation Science and Technology Plan” of Colleges and Universities in Shandong Province (2020KJA014)

卞貴學(xué)（1981—），男，博士，講師，主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度、腐蝕防護(hù)與控制等。

BIAN Gui-xue (1981—), Male, Doctor, Lecturer, Research focus: structural strength, corrosion protection and control.