新型航空铝合金包铝层防腐有效期的确定

装备环境工程　第７卷第６期　・１９６・　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　２０１０年１２月　新型航空铝合金包铝层防腐有效期的确定　张丹峰，陈跃良，谭晓明，孙福娟　（海军航空工程学院青岛分院，山东青岛２６６０４１）　摘要：海洋环境下飞机结构腐蚀严重，合理确定铝合金包铝层防腐有效期，对于飞机Ｅｌ历寿命评估十分　重要。根据实际环境数据编制的当量加速腐蚀试验谱，加速腐蚀约７　ｄ与外场曝露１ａ相当。实验室条件下　对某新型铝合金包铝材料进行当量１０　ａ的腐蚀试验；采用ＫＨ一７７００三维显微镜对腐蚀损伤进行观察和测　量。结果表明，腐蚀７　ａ后，包铝层局部被腐蚀掉，丧失防腐功能。　关键词：包铝层；铝合金；当量加速腐蚀试验；腐蚀防护　中图分类号：ＴＧ１７４．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—９２４２（２０１０）０６—０１９６—０３　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｌｉｆｅ　ｏｆ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ａｌｃｌａｄ　ＺＨＡＮＧＤａｎ－ｒｅｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｙｕｅ—ｌｉａｎｇ，ＴＡＮＸｉａｏ—ｍｉｎｇ，ＳＵＮＦｕ－ｊｕａｎ　（Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｎａｖａｌ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０４１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｔｏ　ｄｅｓｃｒｉｂｅ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ　ｅｖｏｌｖｅｍｅｎｔ　ｒｕｌｅ　ｏｆ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　ｃａｌｅｎｄａｒ　ｌｉｆｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｋｅｙ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ，ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｆｏｒ　７　ｄ　ｉｓ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｔｏ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｆｉｅｌｄ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　ｆｏｒ　ｌａ．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ　ｏｆ　ａｉｒｃｒａｆｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗａｓ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｔｅｓｔｅｄ　ｆｏｒ　１０　ａ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ＫＨ－７７００　３一Ｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ．ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ　ｗａｓ　ｉｎｓｐｅｃｔｅｄ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｓｏｍｅ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｐｉｔｓ　ｇｅｎｅｒａｔｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｌｃｌａｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｍａｎｙ　ｐｉｔｓ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂｉｇｇｅｒ　ｈｏｌｅｓ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｌｉｆｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｃｌａｄ　ｉｓ　７　ａ　ｕｎｄｅｒ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｌｃｌａｄ；ａｌｕｍｉｎｕｍ；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｔｅｓｔｉｎｇ；ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　航空铝合金的显微组织存在多个相，在腐蚀介　笔者以某新型航空铝合金包铝材料为研究对　质的侵蚀作用下，由于相电极电位不一致，在相与相　象，编制当量加速试验谱，进行加速腐蚀试验研究，　之间形成腐蚀微电池，从而发生点蚀、晶间腐蚀和剥　进行了０～１０　ａ的加速腐蚀试验。用ＫＨ一７７００三维显　蚀，显著降低其疲劳强度－　一。纯铝耐蚀性极好，航　微镜对不同试验年限的腐蚀损伤进行观察和测量，　空铝合金常通过包铝层来提高其抗腐蚀性能。　经过分析获得某新型航空铝合金包铝层的防腐有效　收稿日期：２０１　０－０８—２５　基金项目：国家自然科学基金（５０６７５２２１）　作者简介：张丹峰（１　９７Ｏ一），女，博士生，主要从事飞机结构腐蚀疲劳及寿命可靠性的研究。　第７卷第６期　张丹峰等：新型航空铝合金包铝层防腐有效期的确定　・１９７・　期，为飞机结构的日历寿命评估提供参考依据。　与尺寸如图１所示。　１加速试验谱　通过对某机场多年实测的气象数据（温度和相　对湿度）进行统计分析，得到该机场相对湿度谱，见　表１。　表１相对湿度谱　Ｔａｂｌｅ　ｌ　Ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　根据文献【５］给出的铝合金当量折算系数，将不同　温度和相对湿度的作用时间当量折算到温度为４０℃，　相对湿度ＲＨ＝９０％的标准潮湿空气的作用时间。　ｔ。　：∑Ｏｉ：１　Ｌｉ，ｊｔ　（１）　ｉ＝Ｉ　式中：　为相对湿度ＲＨ＝９０％，温度为４０℃下的　当量时间；ｔｉ，ｊ为温度ｉ和相对湿度　的作用时间；　为温度ｉ和相对湿度．／的折算系数。　计算后，标准潮湿空气的总作用时间ｔ　＝１　１１３．１　ｈ，即铝合金在该机场曝露１　ａ的腐蚀损伤程度　与标准潮湿空气作用１　１　１３．１　ｈ相当。　当量加速腐蚀试验时问如式（２）所示：　ｆ试验＝　（２）　式中：　为某种试验条件下的加速折算系数。　根据文献【５］的数据可以计算出相对于水溶液　ｐＨ值为４．０，５％（质量分数，后同）ＮａＣ１溶液当量加速　系数　＝１３．７２４。　＝　＝８１．１　ｈ　即铝合金材料在ｔ＝４０　ｏＣ，ｐＨ＝４．０，５％的Ｎａｃｌ溶　液盐雾环境中作用８１．１　ｈ腐蚀损伤与外场曝露１　ａ相　当　２试验　试验材料为某新型铝合金包铝板材，试件外形　图１试件外形与尺寸（单位：Ｈｌｎ１）　Ｆｉｇ．１　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｕｐｏｎｓ　腐蚀试验前，依次用６００＃，１　０００＃和２０００＃砂纸对　试件表面进行打磨抛光，然后依次用酒精和蒸馏水　清洗、烘干。配置５％的ＮａＣ１溶液，加入适量稀Ｈ　ＳＯ　使ｐＨ值在３．８～４．２之间。试验设备为ＤＣＴＣ１２００Ｐ盐　雾箱，试验温度为４０℃，喷雾时相对湿度为９０％～　９５％。　根据编制的加速试验谱，进行了当量加速１０　ａ　的腐蚀试验，每隔当量加速腐蚀１　ａ取样进行观察、　拍照和腐蚀损伤检测。　分别将当量加速腐蚀１～１０　ａ的腐蚀试验件制备　金相试样，然后采用ＫＨ一７７００　ｉ维显微镜下观察包　铝层的腐蚀损伤。　３试验结果　３．１腐蚀宏观形貌　图２表示了加速腐蚀０，４，８，１０　ａ时试件的宏观　形貌。从图２可以看出当量加速４　ａ，试件边缘腐蚀　比较严重，出现了明显的灰白色腐蚀斑痕；当量加速　８　ａ和１０　ａ，试件表面布满了比较均匀的腐蚀产物，腐　蚀形貌遍布试件且比较均匀。　图２试件腐蚀宏观形貌　Ｆｉｇ．２　Ｍａｃｒｏ－ｐｈ　ｇ　ＩｌＪ１州　ｉ。　【ｌｆｆ１ｈ。ｌｏｇｙ　ｏｆｔｈ　。　ｐ　・１９８・　装备环境工程　２０１０年１２月　３．２腐蚀微观形貌　用ＫＨ一７７００　维显微镜观察金相图。试件未腐　蚀时表面有一层均匀厚度约为５０　ｍ的包铝层，如　４结语　针对某新型铝合金包铝材料进行腐蚀试验研　图３所示。随着腐蚀时间的增长，首先在表面生成　究，借助三维显微镜得到如下结论：　多个蚀孔，并相互连接，腐蚀７　ａ时个别部位包铝层　全部腐蚀掉，丧失防腐功能，如图４所示。　１）根据环境参数编制加速试验谱，在温度为　４０　ｃＣ，ｐＨ值为４．０，５％的ＮａＣ１溶液的喷雾环境中作　用８１．１　ｈ的腐蚀损伤与外场曝露１　ａＮ当。　２）经金相分析知，该型铝合金的包铝层厚度约　为５０　ｍ。　３）加速腐蚀７　ａ时，局部包铝层个别部位腐蚀　掉，丧失防腐功能。　图３未腐蚀时试件金相图（×１０５０）　Ｆｉｇ．３　Ｃｏｕｐｏｎ　ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ（×１０５０）　参考文献：　［１］赵捷．Ａｌ—Ｚｎ—Ｍｇ—Ｃｕ系高强铝合金显微组织的定量分析　［Ｊ］．天津理工学院学报，２００４，２０（２）：４６—５１．　［２］贺斌，孙有朝，樊蔚勋．剥蚀对铝合金疲劳性能的影响　［Ｊ】，南京航空航天大学，１９９８，３０（３）：３Ｏ６—３１０．　［３］ＪＡＭＥＳ　Ｔ，ＢＵＲＮＳ　Ｓ　Ｋ，ＲＩＣＨＡＲＤ，Ｇ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　Ｓｅｖｅｒｉｔｙ　ｏｎ　Ｆａｔｉｇｕｅ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｎ　Ａｌ—Ｚｎ—Ｍｇ—Ｃｕ［Ｊ】．Ｃｏｒｒｏｓｉ－　ｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００９．　［４］张有宏，吕国志，陈跃良．铝合金腐蚀损伤的形态学研究　Ⅲ，腐蚀科学与防护技术，２００７，１９（４）：２７２—２７４．　图４腐蚀７　ａ试件金相图（×１０５０）　【５］刘文埏，李玉海．飞机结构日历寿命体系评定技术【Ｍ】，航　Ｆｉｇ．４　Ｃｏｕｐｏｎ　ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈ　ｗｉｔｈ　７　ｙｅａｒｓ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ（×１０５０）　空工业出版社，２Ｏ０４，１０．　（上接第１８２页）　［３］苏景新，张昭，曹发和，等．铝合金的晶问腐蚀与剥蚀［Ｊ］．　３）剥层腐蚀对７Ｂ０４铝合金的力学性能产生较　中国腐蚀与防护学报，２００５，２５（３）：１８７—１９１．　大的影响，拉伸强度和断后伸长率随试验时间的延　［４］ＲＯＢＩＮＳＯＮ　Ｍ　Ｊ．Ｔｈｅ　Ｒｏｌｅ　ｏｆ　Ｗｅｄｇｉｎｇ　Ｓｔｒｅｓｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　长陕速下降。２　ａ后，拉伸试样厚度平均损失约２　ｍｉｌｌ，　Ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．　部分试样拉伸强度保持率低于５０％，已不能满足使　Ｃｏ￣ｏｓ．Ｓｃｉ．，１９８１，２３（８）：８８７—８９９．　［５］　ＲＯＢＩＮＳＯＮ　Ｍ　Ｊ，ＪＡＣＫＳＯＮ　Ｎ　Ｃ．Ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ　Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　用要求。　Ｈｉｇｈ　Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　Ａ１一Ｃｕ—Ｍｇ　Ａｌｌｏｙｓ：Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｇｒａｉｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　参考文献：　ｌＪ１．Ｂｒ．Ｃｏｒｒｏｓ．Ｊ．，１９９９，３４（１）：４５－－４９．　［１】朱立群，谷岸，刘慧丛，等．典型高强铝合金材料的点腐　［６］曹楚南．中国材料的自然环境腐蚀【Ｍ】．北京：化学工业出　蚀坑前缘特征的研究【ＪＪ．航空材料学报，２００８，２８（６）：　版社，２００６．　６１—＿６６．　［７］李劲风，郑子樵，任达文．第二相在铝合金局部腐蚀中的　【２］陈群志，程宗辉，席慧智，等．飞机铝合金结构连接部位　作用机制ＩＪＪ＿材料导报，２００５，１９（２）：８１—８３．　的腐蚀行为［ＪＪ．中国腐蚀与防护学报，２００７，２７（６）：　［８］张琦，李荻，丁学谊，等．ＬＣ４铝合金晶间腐蚀电化学机理　３３４－－３３７．　材料保护，１９９６，２９（８）：６—８．