2B06及7B04腐蝕損傷規(guī)律研究

張丹峰，戚佳睿，李艷麗，范 興

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，青島 266041）

2B06及7B04腐蝕損傷規(guī)律研究

張丹峰，戚佳睿，李艷麗，范 興

（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，青島 266041）

現(xiàn)役飛機(jī)的鋁合金結(jié)構(gòu)腐蝕問題很普遍，尤其是在海洋服役環(huán)境下。采用當(dāng)量加速腐蝕試驗(yàn)的方法模擬飛機(jī)服役環(huán)境對2B06和7B04兩種新型鋁合金材料進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)，檢測這兩種型號鋁合金材料不同腐蝕年限的腐蝕損傷數(shù)據(jù)，并分別對這些腐蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到2B06和7B04兩種新型材料的腐蝕損傷規(guī)律，為飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕損傷修理及現(xiàn)役飛機(jī)的剩余壽命 評定提供數(shù)據(jù)及理論基礎(chǔ)。

2B06；7B04；統(tǒng)計(jì)分析；腐蝕損傷規(guī)律

引言

現(xiàn)役飛機(jī)結(jié)構(gòu)主體材料中，高強(qiáng)鋁合金的比重占百分之七十以上。像2B06、7B04這些新型鋁合金材料在新型飛機(jī)上的應(yīng)用也日益廣泛。鋁合金是飛機(jī)結(jié)構(gòu)中易腐蝕的材料。在腐蝕環(huán)境條件下服役的飛機(jī)，隨著飛機(jī)使用年限的增加，鋁合金型材發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象很普遍。結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕，對飛機(jī)的結(jié)構(gòu)完整性和使用安全性影響嚴(yán)重[1]。

本文采用當(dāng)量加速腐蝕試驗(yàn)的方法模擬飛機(jī)的服役環(huán)境進(jìn)行當(dāng)量加速腐蝕試驗(yàn)，以新型航空鋁合金材料2B06、7B04為研究對象進(jìn)行試驗(yàn)研究，分別進(jìn)行0～10當(dāng)量年的加速腐蝕試驗(yàn)，采用三維顯微鏡對腐蝕損傷進(jìn)行觀察和檢測；通過多個腐蝕形態(tài)參數(shù)對腐蝕損傷形態(tài)進(jìn)行分析，得到2B06、7B04兩種鋁合金的腐蝕損傷規(guī)律，為飛機(jī)不同型號鋁合金的腐蝕損傷修理及飛機(jī)剩余壽命評定奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 當(dāng)量加速腐蝕試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)件

試驗(yàn)材料為兩種：7B04鋁合金試驗(yàn)件，外形如圖1所示；2B06鋁合金試驗(yàn)件，外形如圖2所示。

表1、表2分別給出了2B06及7B04鋁合金的成分組成。

1.2 當(dāng)量加速腐蝕試驗(yàn)

根據(jù)編制的某機(jī)場環(huán)境譜，制定鋁合金材料的加速譜[2]。分別對兩種試驗(yàn)件進(jìn)行0～10 a的加速腐蝕試驗(yàn)。采用三維顯微鏡分別測得腐蝕孔的深度D、寬度2a、截面積A。

圖1 7B04鋁合金模擬試件圖（單位：mm）

圖2 2B06鋁合金模擬試件圖（單位：mm）

表1 2B06鋁合金化學(xué)成分（%）

2 腐蝕損傷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

對每組腐蝕試件測得腐蝕損傷形態(tài)參數(shù)，包括腐蝕深度、寬度、蝕孔截面積，分析其分布特征和變化規(guī)律。假設(shè)腐蝕損傷服從正態(tài)分布、Gumbel（I型極大值）分布和Weibull分布和對數(shù)正態(tài)分布進(jìn)行對比分析，確定最佳分布形式。

通過統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)2B06試驗(yàn)件腐蝕深度的最佳分布形式為Gumbel（I型極大值），腐蝕寬度及蝕孔截面積的最佳分布形式均為對數(shù)正態(tài)分布；7B04試驗(yàn)件腐蝕深度、腐蝕寬度及蝕孔截面積的最佳分布形式均為對數(shù)正態(tài)分布。

3 腐蝕損傷變化規(guī)律

腐蝕損傷變化規(guī)律指的是腐蝕量隨時間的變化規(guī)律，可以用多種函數(shù)形式描述[3]。根據(jù)腐蝕數(shù)據(jù)可以看出鋁合金的腐蝕深度、寬度和截面積的均值都隨著腐蝕時間增加而增加，規(guī)律比較明顯。本文以腐蝕深度D為例用冪函數(shù)式D=atb來描述兩種不同鋁合金材料的腐蝕損傷形態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律。

3.1 2B06鋁合金腐蝕損傷變化規(guī)律

腐蝕深度D隨時間t的變化規(guī)律可以用如下冪函數(shù)描述[4,5]：

式（1）中，a，b為擬合系數(shù)。

將式（1）的冪函數(shù)兩邊取對數(shù)得到下式：

式（2）中，Y=lgD，X=lgt為擬合系數(shù)。根據(jù)測量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，得到擬合系數(shù)如下：

擬合的相關(guān)系數(shù)R為0.978，式（1）變化為：

3.2 7B04鋁合金腐蝕損傷變化規(guī)律

采用同樣的方法可得到7B04鋁合金的腐蝕深度D隨時間的變化規(guī)律：

5 結(jié)束語

本文針對2B06及7B04鋁合金材料進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)研究，采用腐蝕坑深度、寬度、截面積三個參數(shù)對腐蝕損傷形態(tài)進(jìn)行描述，用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法分析了兩種新型鋁合金材料的腐蝕形態(tài)參數(shù)隨腐蝕時間的變化規(guī)律。這些數(shù)據(jù)對服役飛機(jī)的鋁合金結(jié)構(gòu)腐蝕損傷修理提供依據(jù)，也為估算飛機(jī)剩余壽命奠定數(shù)據(jù)及理論基礎(chǔ)。

[1]Simpson D L, Brooks C L. Tailoring the structural integrity process to meet the challenges of aging aircraft [J], International Journal of Fatigue, 1999, (21)：S1～S14.

[2] 張丹峰．飛機(jī)結(jié)構(gòu)鋁合金腐蝕及疲勞全壽命評定技術(shù)研究 [D]．青島：海軍航空工程學(xué)院,2011.

[3] 曹楚南．腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 1988.

[4] Sheikh A K, Booh J K, Hansen D A. Statistical modeling of pitting corrosion and pipeline reliability[J] . Corrosion, 1990, 46 (3)：190-197.

[5] 李玉海,賀小帆,陳群志. 鋁合金試件腐蝕深度分布特性及變化規(guī)律研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,28(1)：98-101.

張丹峰，女，博士，副教授，工作單位海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，主要研究方向?yàn)楦g環(huán)境下飛機(jī)結(jié)構(gòu)壽命評估及可靠性。

Study on Corrosion Damage Rule for Aluminum Alloy 2B06 and 7B04

ZHANG Dan-feng, QI Jia-rui, LI Yan-li, FAN Xing
( Qingdao Branch of Naval Aeronautical Engineering Academy, Qingdao 266041)

It’s very widespread that the aluminum alloy aircraft structure suffers the corrosion damage under the marine environment particularly. The equivalent accelerated corrosion test of the new aluminum alloy 2B06 and 7B04 was carried out. Corrosion damage was inspected and measured through microscope. The rule of the corrosion damage can be obtained by statistical analysis, and it can provide data and theoretical basis for the corrosion damage repair and the calendar life evaluation.

2B06; 7B04; statistical analysis; corrosion damage rule

V 252.2

A

1004-7204（2015）04-0023-03