hcor = ∑ m K1 im cor ρt m EW = K1 EW ρ ∑ m i m cor tm (9)
wcor = ∑K2 im cor tm EW = K2 EW ∑i m cor tm (10)
m m
式中 :tm为第 m种环境作用时间 ;m为环境类型序号。
3 环境严酷性指数的建立
首先引入环境严酷性指数 [4 ],在腐蚀损伤效应情况下使 : im
ESI = cor tm (11)
∑
m
由式 (11)可见 ,环境严酷性指数是由多种不同环境类型 /要素 /强度在其作用时间内分别产生
的腐蚀电流密度之和 ,即多种不同环境产生的腐
环境当量化是指 ,在腐蚀损伤等效原则下 ,用蚀总电量。在腐蚀率情况下 ,由式 (5)和式 (6),则式 (11)间当量地取代另一种环境类型 /要素 /强度及其作用时间或多种不同环境类型 /要素 /强度及其作用
(12)
可表示为
或
δw cor
ESI =(13)
K2 EW 在腐蚀量情况下 ,用式 ( 9)和式 ( 10),则式
(11)也可表示为 ρhcor
ESI =(14)
K1 EW
或
ESI =wcor (15)
K2 EW 此时 ,环境严酷性指数实际上就成为环境严酷度指数。由式 (11)～式 (15)可知 ,环境严酷性 /度指数可以用腐蚀电流密度、穿透率、质量损失率、穿透量或质量损失量分别表示。环境严酷性 /度指数实质上表征了材料腐蚀损伤的严重性 /度。对于同一种材料 ,环境严酷性 /度指数与腐蚀损伤率 /量成正比。但是 ,应该指出 :考虑到一种材料的成分、组相、晶粒和杂质等的不均匀性 ,特别是 ,当材料组成结构以后 ,再考虑到局部环境的差异、结构细节的构型特点和受力状态与水平的不同 ,材料腐蚀类型、腐蚀形态和腐蚀损伤率 /量都会有所变化而不同 ,因此 ,实际上 ,环境严酷性 /度指数或腐蚀损伤率 /量总是以概率形式出现 ,此时 ,可采用腐蚀损伤概率模型和相应的概率分析方法 [4 ]。由式 (11)～式 ( 15)还可发现 ,环境严酷性 /
度指数并不需要一定用环境类型 /要素 /强度本身表示 ,这就避免涉及环境类型 /要素 /强度本身复杂的物理 /化学特性与它们多种多样的成分、含量、烈度和浓度等。而可以直接用腐蚀电量或腐蚀机械量确定环境严酷性 /度指数。
环境严酷性 /度指数不仅与环境本身有关 ,而且更重要的是与材料 /结构有关 ,一种环境对某一种材料 /结构严酷 ,而对另一种材料 /结构不一定严酷 ,可以设定某一种材料 /结构 %环境系统为参考或标准 ,建立起环境严酷性 /度指数体系。
环境严酷性指数的单位可为 μA/ cm2或 A/ m2。环境严酷度指数的单位可为 (μA/cm2) a, (A/ m2)a , (μA/ cm2) d或 ( A/m2)d。
4 环境当量化
时间 %即环境谱对材料 /结构腐蚀的作用。
假设标准的 (参考的 )环境类型 /要素 /强度用上标 ‘0’表示 ,根据上述环境当量化的定义 ,多种不同环境类型 /要素 /强度及其作用时间 %即环境谱产生的腐蚀损伤应等于标准的 (参考的 )环境类型 /要素 /强度及其作用时间产生的腐蚀损伤 ,则得
im i0
cor cor
hcor =K1 ρtm EW =K1 ρt0 EW (16)
∑
m
K2 im K2 i0
wcor = cor tm EW = cor t0 EW (17)
∑
m
由式 (16)和式 (17)可得到
cor
tm (18)
imt0 =
cor tm
/i0cor=
∑
∑
ii0 m
cor
m m
令
im βm= cor (19)
i0
cor
则
t0 =(βmtm) (20)
∑
m
式中 :β为第 m种环境类型 /要素 /强度与标准的
m
(参考的 )环境类型 /要素 /强度所产生的腐蚀电流密度之比 ,由式 (5)和式 (6)可知 ,它也可用腐蚀穿透率或质量 /重量损失率分别表示
,即
δhm
cor (21)
βm=
δh0
cor
或
m
δwcor
βm= 0 (22)δwcor
所有这些 β值 (如式 (19)、式 (21)和式 (22)各式表示)都称之为环境当量化系数。显然 ,有
βm-1 = tm 0 (23)
t为标准环境类型 /要素 /强度作用时间 1d相当第 m种环境类型 /要素 /强度作用时间的天数。
环境当量化系数可以有很多种形式 ,例如 :某单一环境要素强度与该环境标准要素强度之间的当量 ;某单一环境类型的某两个要素强度的组合与该环境类型标准要素强度组合之间的当量 ;某一环境类型的某要素强度 (或其组合 )与另一环境类型标准要素强度 (或其组合 )之间的当量 ;某一综合环境的某要素强度 (或其组合 )与另一综合环境标准要素强度 (或其组合 )之间的当量 ;某一地区的综合环境当量折算为与另一标准地区的综合环境当量以及某一环境谱与另一标准环境谱之间的当量等。
5 典型金属材料的环境严酷性指数及环
为简便起见 ,将腐蚀损伤统一用腐蚀深度或质量 /重量损失表示。
在环境严酷性指数计算中 ,计算公式见式 (12)～式 (15) ,金属和合金的当量权见 ASTMG102289的表 1[3] ,密度见 ASTMG1290的附录 [9]。
由于同类金属和合金的当量权及密度均相差不大 ,在工程计算中都可取其平均值。
因篇幅所限 ,本文只给出结构钢在大气相对湿度和 SO2、海水含盐量及不同地点的环境严酷性指数和当量化系数 ,计算分别见附表 1～4(本文略 ),计算结果见图 1,相关腐蚀数据取自文献 [12 ]。
由计算结果可见 ,结构钢腐蚀量相同时 ,在相对湿度 95 %大气中腐蚀作用时间一天相当在相对湿度 50 %大气中腐蚀作用时间
421 6天 (见附表 1或图 1 (a) ,本文略 [12] ) ;在 SO2含量 01 16 %大
略[12] ) ;在万宁横山村海滨一天相当在厦门海洋平台上 0180天 (见附表 4,略[12 ] )。又由附表 1和附表 2,此文略 [12] ,结构钢在大气相对湿度 95 %大气中一天相当在 SO2含量 0116 %大气中 0160天。
6 环境简化、折算算例
ESI当量方法可广泛应用于飞机结构耐久性设计中的腐蚀防护与控制设计 ,为确定结构表面涂层腐蚀防护有效期及评估结构检查周期 /日历寿命提供当量环境 /环境谱。由于篇幅所限 ,本文只根据 5节计算结果给出环境谱简化或折算的一个算例。
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本文链接地址：航空学报08大飞机专刊(79)
