于海蛟,王逾涯,陳群志

(北京航空工程技術(shù)中心,北京100076)

飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

于海蛟,王逾涯,陳群志

(北京航空工程技術(shù)中心,北京100076)

摘.要:簡(jiǎn)要介紹了腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的分類,闡述了飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)幾種常用技術(shù)的工作原理,從技術(shù)角度分析了其優(yōu)缺點(diǎn),重點(diǎn)介紹了新型腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)及其應(yīng)用現(xiàn)狀,根據(jù)我國(guó)飛機(jī)使用特點(diǎn)與工程實(shí)際情況,闡明了腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展及主要應(yīng)用方向。

腐蝕;維護(hù);腐蝕監(jiān)測(cè)

腐蝕是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的一種主要損傷形式,達(dá)到一定程度后會(huì)誘發(fā)事故,嚴(yán)重情況下甚至導(dǎo)致機(jī)毀人亡。從壽命期成本看,由腐蝕帶來的逐年增加的維護(hù)費(fèi)用也是影響飛機(jī)經(jīng)濟(jì)使用的主要因素。2001年,美國(guó)空軍軍用飛機(jī)腐蝕帶來的損失超過了10億美元,其中一些機(jī)型的機(jī)體結(jié)構(gòu)腐蝕帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失超過20萬美元;2007/2008年度,僅海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的飛機(jī)腐蝕維護(hù)費(fèi)用就約為30億美元。我國(guó)軍用和民用飛機(jī)也普遍存在不同程度的腐蝕和老化問題,導(dǎo)致有些機(jī)種的出勤率降低,維修工作量及其費(fèi)用大幅度增加[1]。腐蝕問題已成為當(dāng)前乃至今后制約各國(guó)飛機(jī)正常使用的一個(gè)重要因素[2]。

研究表明,一方面,腐蝕只能有效抑制而無法根本消除;另一方面,腐蝕是隨著飛機(jī)服役年限增加而日益增加的問題,特別是超出了原定日歷壽命時(shí)更是如此。為了提高飛機(jī)的安全性和可靠性,飛機(jī)服役期間的腐蝕檢查和監(jiān)測(cè)變得尤為重要[3]。飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕是一個(gè)長(zhǎng)期而復(fù)雜的過程,腐蝕介質(zhì)的類型、溫度、濕度、離子濃度、應(yīng)力狀態(tài)等都會(huì)對(duì)腐蝕過程有影響,因而腐蝕檢查和監(jiān)測(cè)也不只是關(guān)注一兩個(gè)指標(biāo)就能夠解決的問題[4]。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法如目測(cè)法、取樣法、無損檢測(cè)等往往存在檢測(cè)指標(biāo)單一、可靠性較差、可能引入意外損傷等問題。特別是對(duì)于隱蔽、狹小、不易到達(dá)的結(jié)構(gòu),這些傳統(tǒng)方法的局限性更大,甚至完全不適用。目前可用的檢查方法往往要耗費(fèi)大量的人力和物力,同時(shí),檢查不及時(shí)往往會(huì)貽誤腐蝕修理最佳時(shí)機(jī)[5]。因此,如果能夠發(fā)展一種可靠的可以早期發(fā)現(xiàn)腐蝕的傳感檢測(cè)系統(tǒng),診斷飛機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)部隱藏部位由于腐蝕引起的“病變”、提早預(yù)防,既可以避免重大事故的發(fā)生,又可以顯著改善工作效率、降低維護(hù)費(fèi)用、延長(zhǎng)飛機(jī)日歷壽命[6]。由此可見,腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展已成為腐蝕控制、預(yù)防重大事故發(fā)生的前提和技術(shù)基礎(chǔ)。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容及目的可歸納為以下9個(gè)方面:檢測(cè)結(jié)構(gòu)是否遭受嚴(yán)重腐蝕;判斷腐蝕損傷的程度、位置和腐蝕形態(tài);初步分析腐蝕的類型和原因;監(jiān)測(cè)腐蝕控制方法的使用效果(如選材、工藝防腐);對(duì)腐蝕產(chǎn)生的系統(tǒng)隱患進(jìn)行預(yù)警;判斷是否需要采取工藝措施進(jìn)行防腐;確定防腐的基本措施;評(píng)價(jià)被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài),并預(yù)測(cè)其使用壽命;協(xié)助制定結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)維修計(jì)劃;指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)。顯然,飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)是能否真正實(shí)現(xiàn)飛機(jī)健康狀態(tài)監(jiān)控一項(xiàng)不可或缺的技術(shù),對(duì)于改進(jìn)結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)、改善或提高安全性、提前預(yù)警、延長(zhǎng)維修間隔和使用壽命、降低維修費(fèi)用和使用維護(hù)人力與成本等具有重要作用。

1 腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的分類

腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)是由實(shí)驗(yàn)室腐蝕試驗(yàn)方法和設(shè)備的無損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展而來的。所謂腐蝕監(jiān)測(cè),就是利用各種儀器工具和分析方法,確定結(jié)構(gòu)材料在腐蝕環(huán)境中的腐蝕速度,及時(shí)為工程技術(shù)人員反饋結(jié)構(gòu)腐蝕信息,從而采取有效措施抑制或減緩腐蝕,避免腐蝕事故的發(fā)生[7]。采用傳感器來監(jiān)測(cè)腐蝕是迄今為止最好的選擇,它可以較早地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)腐蝕,很大程度上避免不必要的損失。

以前,腐蝕傳感器多被應(yīng)用于石油傳輸系統(tǒng)等大型固定裝置,例如管道和離岸結(jié)構(gòu)[8]。與航空領(lǐng)域需求相比,這些應(yīng)用通常對(duì)傳感器質(zhì)量、服役環(huán)境、靈敏度和材料等并無較高要求。近年來,腐蝕管理戰(zhàn)略的發(fā)展大大推進(jìn)了腐蝕傳感器的航空應(yīng)用研究。此外,商業(yè)環(huán)境的變化以及制備方法和數(shù)據(jù)記錄的新發(fā)展使制造航空腐蝕傳感器在技術(shù)上成為可能。

用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)與用在其他領(lǐng)域的具有相似之處,但飛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和環(huán)境的特殊性對(duì)其提出了更高要求。例如,就飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)而言,常用的表面防腐工藝是:先在鋁合金表面進(jìn)行陽(yáng)極化處理或者表面覆蓋含鉻底漆轉(zhuǎn)變層,再噴涂底漆,最后噴面漆。對(duì)于每天在嚴(yán)酷環(huán)境中服役的機(jī)體結(jié)構(gòu)來說,飛行和起降過程中的沖擊損傷、維護(hù)過程中工具和褪漆劑造成的損傷以及高溫循環(huán)和疲勞等都會(huì)使漆層退化開裂。在面漆和底漆相繼開裂之后,表面處理層遭到破壞,鋁合金基底就直接暴露在腐蝕環(huán)境中。飛機(jī)結(jié)構(gòu)用腐蝕傳感器大多基于此腐蝕過程進(jìn)行研發(fā)。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)用腐蝕傳感技術(shù)的種類很多,每種技術(shù)的成熟度也不盡相同。按腐蝕結(jié)果是否可以直接獲得可以分為直接監(jiān)測(cè)和間接監(jiān)測(cè)兩種?？芍苯拥玫揭粋€(gè)腐蝕結(jié)果(如腐蝕失重、腐蝕電流等)的腐蝕監(jiān)測(cè)稱為直接監(jiān)測(cè),否則為間接監(jiān)測(cè)。直接監(jiān)測(cè)技術(shù)包括線性極化法、電阻探針法、電化學(xué)阻抗譜、電化學(xué)噪聲法、直流法和電化學(xué)生物傳感等方法;間接監(jiān)測(cè)技術(shù)包括光學(xué)傳感、聲發(fā)射、pH值法以及腐蝕指示油漆等方法。

2 直接監(jiān)測(cè)技術(shù)的工作原理及技術(shù)特性

直接監(jiān)測(cè)的方法往往只適合局部區(qū)域的監(jiān)測(cè),除非使用多個(gè)傳感器,否則不適用于大面積監(jiān)測(cè)。

2.1 線性極化法

線性極化(Linear Polarization Resistance,LPR)法也稱為極化阻抗技術(shù),其腐蝕監(jiān)測(cè)的原理是電化學(xué)Stern&Geary定律,即在腐蝕電位附近電流的變化和電位變化之間成線性關(guān)系[15],其斜率與腐蝕速率成反比:

式中:B為極化常數(shù),由金屬材料和介質(zhì)決定;Rp為極化電阻,Rp=ΔE/Δi。

當(dāng)電流通過電極時(shí)引起電極電位移動(dòng)的現(xiàn)象稱為電極的極化。陽(yáng)極電極電位從原來的正電位向升高方向變化,陰極電極電位從原來的負(fù)電位向降低方向變化。變化結(jié)果使腐蝕原電池兩極之間的電位差減小,腐蝕電流亦相應(yīng)減小。電極極化作用對(duì)氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)或?qū)Ωg電流的阻礙力與電阻具有相同量綱,稱之為極化阻抗;其值越大,腐蝕電流越小。根據(jù)給腐蝕系統(tǒng)輸入的電流脈沖是否穩(wěn)定,極化法又可分為直流極化法和交流極化法。

線性極化法在快速測(cè)定金屬瞬時(shí)腐蝕速度方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì),在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定腐蝕速度時(shí)是一種簡(jiǎn)單可行的方法,但其不適合在導(dǎo)電性差的介質(zhì)中應(yīng)用。當(dāng)被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)表面有致密的氧化膜或鈍化膜或腐蝕產(chǎn)物時(shí),將產(chǎn)生假電容,引起較大誤差,甚至無法測(cè)量。

美國(guó)Analatom公司在線性極化法的基礎(chǔ)上開發(fā)了微線性極化(μLPR)腐蝕傳感器。微線性極化傳感器由2個(gè)以150 μm間距梳狀交叉排列的微加工電極組成,其工程圖及實(shí)物照片如圖1所示。Brown等人[10]還對(duì)微線性極化阻抗傳感器進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,認(rèn)為它是高價(jià)值結(jié)構(gòu)(如飛行器)遠(yuǎn)程腐蝕監(jiān)控可行和經(jīng)濟(jì)的候選傳感器。

圖1 薄膜μLPR腐蝕傳感器Fig.1 Thin film μLPR sensor

美國(guó)海軍(USN)開發(fā)的腐蝕監(jiān)測(cè)儀使用的就是這種傳感器。如圖2所示,該檢測(cè)儀又小又輕。傳感器元件是一個(gè)安裝在柔性Kapton基底上的金/鎘柵格,電子元件封存在硅橡膠中。該監(jiān)測(cè)儀的特性在于配有無線下載系統(tǒng),不用打開飛機(jī)面板即可輕易獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖2 美國(guó)海軍腐蝕監(jiān)測(cè)儀Fig.2 US Navy corrosion monitor

為獲取飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕薄弱區(qū)域的環(huán)境腐蝕數(shù)據(jù),澳大利亞防務(wù)科學(xué)和技術(shù)組織(DSTO)正在推進(jìn)多項(xiàng)在飛機(jī)上安裝腐蝕監(jiān)控設(shè)備的計(jì)劃。至今,已經(jīng)有多種腐蝕監(jiān)控裝置安裝在澳大利亞皇家空軍P-3C,F-111,波音707飛機(jī)上和澳大利亞皇家海軍海鷹直升機(jī)上。澳大利亞防務(wù)科學(xué)和技術(shù)組織開發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的是與美國(guó)海軍相似的直流型微線性極化傳感器。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅可以指示腐蝕的發(fā)生,還可以指示腐蝕發(fā)生的時(shí)機(jī),即指示飛機(jī)飛行期間和飛行后易導(dǎo)致腐蝕的階段、位置和任務(wù)類型。澳大利亞防務(wù)科學(xué)和技術(shù)組織將最初開發(fā)的系統(tǒng)安裝在澳大利亞皇家空軍(RAAF)的P-3C和F-111飛機(jī)上;而澳大利亞皇家海軍(RAN)的海鷹直升機(jī)上安裝的則是4個(gè)如圖2所示的由美國(guó)海軍研發(fā)的更小更先進(jìn)的腐蝕監(jiān)控單元,安裝位置如圖3所示。澳大利亞皇家空軍也計(jì)劃在其F/A-18和C-130飛機(jī)上安裝該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。澳大利亞皇家空軍波音707上安裝的是一個(gè)自發(fā)結(jié)構(gòu)整體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(ASIMS)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由澳大利亞防務(wù)科學(xué)和技術(shù)組織、澳大利亞公益科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)、波音飛機(jī)公司(美國(guó))、波音澳大利亞有限公司和澳大利亞皇家空軍的一個(gè)合作項(xiàng)目的產(chǎn)物。項(xiàng)目由波音和澳大利亞皇家空軍進(jìn)行投資,由澳大利亞防務(wù)科學(xué)和技術(shù)組織負(fù)責(zé)調(diào)試安裝,澳大利亞皇家空軍提供后勤支持[11]。

圖3 澳大利亞皇家海軍海鷹直升機(jī)上的腐蝕控制儀Fig.3 Corrosion monitors on RAN Seahawk helicopter

2.2 電阻探針法

電阻探針(Electrical Resistance,ER)腐蝕監(jiān)測(cè)儀通過測(cè)量金屬試件腐蝕時(shí)電阻值的變化計(jì)算金屬在介質(zhì)中的腐蝕速度[12]。當(dāng)金屬元件遭受腐蝕時(shí),金屬橫截面積會(huì)減小,電阻相應(yīng)增加。通過計(jì)算電阻增加與金屬損耗的關(guān)系可換算出金屬的腐蝕速度(金屬損耗作為時(shí)間的函數(shù),定義為腐蝕速度)及腐蝕深度。

電阻探針技術(shù)可用于在線監(jiān)測(cè)均勻腐蝕和沖刷腐蝕,其優(yōu)點(diǎn)為:在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕狀況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),能準(zhǔn)確反映飛機(jī)服役各階段飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕率及變化;不受介質(zhì)導(dǎo)電率的影響,適用于各種不同的介質(zhì),可用于絕大部分工作環(huán)境中,包括氣相、液相、固相和流動(dòng)顆粒等,其使用溫度僅受制作材料的限制;與樣片法不同,不需要從腐蝕介質(zhì)中取出試樣,也不必去除腐蝕產(chǎn)物;快速、靈敏、方便,可以監(jiān)控腐蝕速度較大飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕。

電阻探針法的缺點(diǎn)是試樣加工要求嚴(yán)格。靈敏度與試樣的橫截面有關(guān),試樣越細(xì)、越薄,則靈敏度越高;若腐蝕產(chǎn)物是導(dǎo)電體(如硫化物),則會(huì)造成測(cè)試結(jié)果誤差較大;介質(zhì)的電阻率過低也會(huì)帶來一定誤差;對(duì)于低腐蝕速度體系的測(cè)量所需時(shí)間較長(zhǎng),且不能測(cè)定局部腐蝕特征;監(jiān)測(cè)非均勻腐蝕有較大誤差,所測(cè)腐蝕速度隨不均勻程度的加重而偏離。

2.3 電化學(xué)阻抗譜

電化學(xué)阻抗譜法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)是電阻法轉(zhuǎn)化而來的一項(xiàng)技術(shù)。其原理是在傳感器中埋設(shè)一個(gè)線圈,通過其感抗的變化來反映敏感元件厚度的減少[13]。具有高磁導(dǎo)率強(qiáng)度的敏感元件強(qiáng)化了線圈周圍磁場(chǎng),因此敏感元件厚度的變化將影響線圈的感抗。

該方法是一種暫態(tài)電化學(xué)技術(shù),屬于交流信號(hào)測(cè)量的范疇。具有測(cè)量速度快,對(duì)研究對(duì)象表面狀態(tài)干擾小等特點(diǎn)。它用小幅度交流信號(hào)擾動(dòng)電解池,并觀察體系在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)擾動(dòng)的跟隨情況,同時(shí)測(cè)量電極的交流阻抗,進(jìn)而計(jì)算電極的電化學(xué)參數(shù)。Vera Cruz等人[14]應(yīng)用交流阻抗法對(duì)不銹鋼在干濕交替環(huán)境下的腐蝕進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)交流阻抗法監(jiān)測(cè)金屬腐蝕過程可以不受電極表面電流分布不均勻的影響,而且交流阻抗譜可以清楚地反映出鈍化、孔蝕和再鈍化過程,甚至可以探測(cè)到孔蝕的產(chǎn)生和成長(zhǎng)。

自從Bard于1982年首次將電化學(xué)阻抗光譜法引入導(dǎo)電高分子的研究領(lǐng)域以來,許多學(xué)者應(yīng)用其對(duì)各類導(dǎo)電高分子體系進(jìn)行了廣泛的研究,證實(shí)該技術(shù)對(duì)高阻電解液及許多其他介質(zhì)條件有較大可靠性。目前,電化學(xué)阻抗光譜也可用于評(píng)價(jià)涂層的破壞,現(xiàn)已有便攜裝備。該體系將涂層、基底和電解液看成是一個(gè)交流回路進(jìn)行建模,每個(gè)回路元素的電阻和電容由觀察到的阻抗變化推算得出,推算值指示出涂層的狀態(tài)。

電化學(xué)阻抗光譜法的優(yōu)點(diǎn)在于:應(yīng)用頻率范圍廣(10-2～105Hz);響應(yīng)時(shí)間短(幾分鐘)[15];適用范圍廣(絕大部分會(huì)發(fā)生腐蝕的介質(zhì)),可直接測(cè)量結(jié)構(gòu)的腐蝕速率和潮濕程度,可探測(cè)不可見腐蝕;可以建立腐蝕體系模型,基于模型給出預(yù)測(cè);可獲得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其缺點(diǎn)在于:監(jiān)測(cè)區(qū)域小,不足0.0929 m2;局部監(jiān)測(cè)需要腐蝕區(qū)域的信息;耗材電極的價(jià)格較高。

2.4 電化學(xué)噪聲法

電化學(xué)噪聲(Electrochemical Noise,EN)是指電化學(xué)動(dòng)力系統(tǒng)中電化學(xué)狀態(tài)參量(如電極電位)的隨機(jī)非平衡波動(dòng)現(xiàn)象[16]。這種噪聲產(chǎn)生于電化學(xué)系統(tǒng)的本身,而不是來源于控制儀器的噪音或其他的外來干擾。1968年,Iverson[17]首次記錄了腐蝕金屬電極的電位波動(dòng)現(xiàn)象,此后,電化學(xué)噪聲技術(shù)作為一門新興的試驗(yàn)手段在腐蝕與防護(hù)科學(xué)領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足發(fā)展。電化學(xué)噪聲技術(shù)是一種原位無損監(jiān)測(cè)技術(shù),在測(cè)量過程中無需對(duì)被測(cè)電極施加可能改變電極腐蝕過程的外界擾動(dòng)。該技術(shù)無需預(yù)先建立被測(cè)體系的電極過程模型,此外,無需滿足阻納的3個(gè)基本條件,而且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)。

電化學(xué)噪聲技術(shù)可以監(jiān)測(cè)諸如均勻腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕開裂等多種類型的局部腐蝕[18],并且能夠判斷金屬腐蝕的類型。Hladky等人[19]的研究指出,孔蝕和縫隙腐蝕的電位噪聲有明顯區(qū)別:孔蝕是連續(xù)發(fā)生的,而縫隙腐蝕是在一定頻率下周期性發(fā)生的;縫隙腐蝕優(yōu)先于孔蝕,一旦縫隙腐蝕開始,孔蝕即停止。迄今為止,它的產(chǎn)生機(jī)理仍不夠完全清楚,處理方法仍存在欠缺。因此,尋求更先進(jìn)的數(shù)據(jù)解析方法已成為當(dāng)前電化學(xué)噪聲技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵問題。電化學(xué)噪聲技術(shù)未來的研究方向主要為結(jié)合微觀世界的最新研究成果來分析電化學(xué)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理,以及結(jié)合非線性數(shù)學(xué)理論(如分形理論)來描述電化學(xué)噪聲的特征。

為幫助維護(hù)人員在早期發(fā)現(xiàn)腐蝕,美國(guó)Impact科技公司在電化學(xué)腐蝕傳感器的基礎(chǔ)上開發(fā)出CorrSem腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕環(huán)境參數(shù)進(jìn)行跟蹤的同時(shí),還能對(duì)腐蝕行為進(jìn)行監(jiān)測(cè),如圖4所示。該系統(tǒng)可用在陸基和?；亩喾N飛機(jī)上。

圖4 CorrSem腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Fig.4 CorrSem corrosion monitor system

CorrSem腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)利用電化學(xué)和環(huán)境傳感元件進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集、處理、分析和存儲(chǔ)。它為腐蝕傳感器供電,在傳感器信號(hào)中實(shí)時(shí)抽取關(guān)鍵數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。所用的腐蝕傳感技術(shù)包括電阻探針法、電化學(xué)噪聲法和電化學(xué)阻抗法。

2.5 直流法

直流法的原理是:利用不同金屬制成的分離電極,產(chǎn)生的直流電流或電壓可反映腐蝕和環(huán)境的變化[20]。直流法的環(huán)境傳感器經(jīng)過與被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)相同的噴漆和處理工藝,保證其對(duì)環(huán)境和污染物的響應(yīng)與被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)是相同的。腐蝕環(huán)境傳感器對(duì)腐蝕環(huán)境的響應(yīng)可反映被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的腐蝕情況。例如,電流傳感器可通過監(jiān)測(cè)其自身電阻的變化來指示腐蝕傳感器的潮濕時(shí)間或其中金屬元素的腐蝕。該類傳感器具備體積小、質(zhì)量輕、成本小、易于安裝、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),但其輸出需要進(jìn)行校準(zhǔn),特別是對(duì)于復(fù)雜的漆層結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)更需謹(jǐn)慎。

2002年,在美國(guó)空軍的支持下,Battelle公司將直流電腐蝕傳感器在C141飛機(jī)上進(jìn)行第一次測(cè)試安裝。獲得成功后,又在F16,F15,KC135和C130等飛機(jī)上推廣應(yīng)用。在早期,所有傳感器只能安裝在飛機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上。隨著其安全性的改進(jìn)發(fā)展,傳感器也可安裝于固定翼飛機(jī)的外表面,而且也在旋翼飛機(jī)如H60,CH47和OH58的外表面上得到應(yīng)用。傳感器材料對(duì)環(huán)境的腐蝕產(chǎn)生響應(yīng),并與被監(jiān)測(cè)材料關(guān)聯(lián)。這種響應(yīng)被轉(zhuǎn)化為電信號(hào),反映累積腐蝕損傷。意大利空軍也已將薄膜Au-Cd直流電傳感器成功用于監(jiān)測(cè)通路不可達(dá)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的腐蝕,以及密封劑和涂層的老化失效。

2.6 電化學(xué)生物傳感

生物誘導(dǎo)腐蝕又稱為生物腐蝕,可用電化學(xué)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電化學(xué)生物傳感器(Electrochemical Biological sensors)由生物體成分(酶、抗原、抗體、激素等)或生物體本身(細(xì)胞、細(xì)胞器、組織等)作為敏感元件,以電極(固體電極、離子選擇性電極、氣敏電極等)作為轉(zhuǎn)換元件,以電勢(shì)或電流為特征檢測(cè)信號(hào),是生物傳感器的一類。該傳感器的優(yōu)點(diǎn)是電極制作簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)、重復(fù)性好、靈敏度高、成本低、能耗少、易攜帶、不破壞測(cè)試樣品、不受溶液顏色影響、易于實(shí)現(xiàn)微型化等。其缺點(diǎn)是壽命有限且不適合長(zhǎng)期暴露[21]。

近十年來,電化學(xué)生物傳感器的研究工作取得了巨大進(jìn)步,其性能和種類也得到了很大發(fā)展。其檢測(cè)對(duì)象從單糖、氨基酸、酶等發(fā)展到更為復(fù)雜的多糖、蛋白質(zhì)、核酸等多種生物大分子。目前大部分研究仍圍繞著在傳統(tǒng)的電極上研究化學(xué)修飾電極。國(guó)外的Michael等人[22]最近研制出了可以同時(shí)測(cè)量多種生物的電極微陣列。Arkhypova等人[23]研制的集成生物傳感器,對(duì)水體中有毒金屬和殺蟲劑的檢出限達(dá)到10 μmol/L。我國(guó)的一些研究組也研制出了可對(duì)多種病毒進(jìn)行測(cè)定的芯片。

目前該類傳感器在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上還未得到應(yīng)用,但是由于其敏感元件為生物體成分,在經(jīng)常發(fā)生微生物腐蝕的整體燃油箱及附近區(qū)域的腐蝕監(jiān)測(cè)上應(yīng)當(dāng)有良好的應(yīng)用前景。

3 間接監(jiān)測(cè)技術(shù)的工作原理及技術(shù)特性

3.1 光學(xué)傳感

光學(xué)傳感器(Optical sensors)技術(shù)是目前應(yīng)用得較為廣泛的飛機(jī)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)。其原理是:將具有布拉格光柵的光學(xué)纖維表面涂覆電化學(xué)活性物質(zhì),活性物質(zhì)可在腐蝕反應(yīng)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生顏色變化。這種傳感器可以埋入密封劑中,且可對(duì)結(jié)構(gòu)上較長(zhǎng)的范圍進(jìn)行檢測(cè)。

光纖腐蝕傳感器是光纖傳感技術(shù)與腐蝕監(jiān)測(cè)相結(jié)合的產(chǎn)物,它具有諸多傳統(tǒng)檢測(cè)方法所不具備的優(yōu)點(diǎn),如體積小、質(zhì)量輕、易彎曲、抗電磁干擾、耐腐蝕、抗輻射、集信息傳輸與傳感于一體、可進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)監(jiān)控、可進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)、特別適合于隱蔽部位以及人無法觀察到和觸及的危險(xiǎn)區(qū)域的腐蝕監(jiān)測(cè)等。這種傳感器不僅可以安全方便地設(shè)置在腐蝕容易發(fā)生的部位(尤其是隱蔽、狹小的關(guān)鍵部位),而且對(duì)外界環(huán)境的變化敏感、能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)測(cè)量、穩(wěn)定性好、可以安全可靠地傳輸腐蝕信息,達(dá)到實(shí)時(shí)、無損的在線監(jiān)測(cè),從而使得飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕情況評(píng)估更為科學(xué)合理。此外,由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)涉及的被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)元件數(shù)量多、幾何分布廣、監(jiān)測(cè)傳感器的需求數(shù)量大,而光纖傳感器具有徑細(xì)質(zhì)輕,且能在一根光纖上實(shí)現(xiàn)復(fù)用的優(yōu)點(diǎn),可以大大減少附加重量和布線需求,因而成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用最多的一種傳感器。其存在的問題是缺乏長(zhǎng)期穩(wěn)定性和易于受污染。

目前,光纖腐蝕傳感器根據(jù)工作原理也分為很多種:基于倏逝波的、探測(cè)透射光功率的金屬包層光纖腐蝕傳感器,基于光纖光柵的金屬腐蝕傳感器,基于熒光光譜的金屬腐蝕傳感器,基于對(duì)腐蝕產(chǎn)物探測(cè)的傳感器,基于濕度和pH值監(jiān)測(cè)的傳感器和基于Cl離子監(jiān)測(cè)的傳感器等。

近年來,越來越多的研究者開始關(guān)注光纖傳感技術(shù)。Rutherford等[24]提出用物理氣相沉積法將Al沉積在光纖芯上構(gòu)成光纖腐蝕傳感器。黎學(xué)明等[25]和Li等[26]分別報(bào)導(dǎo)了在敏感區(qū)的光纖芯上電鍍Fe-C合金膜和Ag/Fe-C合金膜得到光纖腐蝕傳感器的研究。Abderrahmane等[27]和Benounis等[28]分別通過在光纖上沉積Ni-P和無電鍍沉積Cu膜的方法得到了性能優(yōu)良的腐蝕傳感器。董颯英等分別在光纖芯上熱蒸鍍Al膜[29]和物理蒸鍍Fe/電鍍不銹鋼膜[30],得到的光纖傳感器性能優(yōu)良。在Wright實(shí)驗(yàn)室資助的項(xiàng)目中,波音空間防務(wù)集團(tuán)研究了3種探測(cè)和監(jiān)控隱藏腐蝕的先進(jìn)方法,其中一種就是光纖腐蝕傳感器。周期性監(jiān)測(cè)的傳感器指示飛機(jī)特殊部位腐蝕的出現(xiàn)及其嚴(yán)重程度[31]。

Mendozat等人[32]針對(duì)光纖傳感器在飛機(jī)上的應(yīng)用開展了兩方面研究:一方面,光纖傳感器對(duì)水或pH值的改變都很敏感,會(huì)為維護(hù)人員及時(shí)指示出搭接接頭和其他無法接觸的關(guān)鍵部位是否有水出現(xiàn);另一方面,傳感器也可精確指示出水汽滲透是在什么部位發(fā)生的。在典型應(yīng)用中,將傳感器纖維埋在沿飛機(jī)結(jié)構(gòu)腹板的搭接接頭中,或安裝在機(jī)翼上。

3.2 聲發(fā)射技術(shù)

聲發(fā)射(Acoustic Emission,AE)是固體變形或破壞時(shí)產(chǎn)生的聲音作為彈性波放出來的觀象[33],該彈性波可由聲發(fā)射傳感器探測(cè)到。聲發(fā)射傳感器的檢測(cè)元件除特殊情況外都用PZT(鈦酸鉛鋯)。PZT等壓電材料具有加力后產(chǎn)生電荷的特性,金屬表面?zhèn)鞑サ穆暟l(fā)射波傳到聲發(fā)射傳感器內(nèi)的PZT上,轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。小的變形或微小裂紋的發(fā)生和發(fā)展都伴隨聲發(fā)射的發(fā)生。故通過該方法可探測(cè)到人所不能感知的危險(xiǎn)信號(hào),可預(yù)知和發(fā)現(xiàn)材料或構(gòu)造物的缺陷或破損。目前,在腐蝕監(jiān)測(cè)領(lǐng)域,該技術(shù)廣泛用于檢測(cè)腐蝕擴(kuò)展和應(yīng)力腐蝕開裂。

聲發(fā)射檢測(cè)法類似于以超聲波范圍(約100 kHz～10 MHz)信號(hào)為對(duì)象的超聲波探傷法,但是從材料缺陷本身發(fā)出的動(dòng)能來檢測(cè)這一點(diǎn)卻與其他無損檢測(cè)方法不同,具有以下優(yōu)點(diǎn) :輕便,可遙控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腐蝕破壞的擴(kuò)展;使用多個(gè)聲發(fā)射傳感器可對(duì)腐蝕破壞位置進(jìn)行定位;可對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)中的設(shè)備進(jìn)行診斷,能實(shí)現(xiàn)永久性記錄。

其缺點(diǎn)是:探頭必須良好地耦合在被檢物表面,要求位置適當(dāng);檢測(cè)結(jié)果不直觀;適用范圍窄,目前只適用于應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展的監(jiān)測(cè);對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)及環(huán)境噪聲干擾很敏感,對(duì)于高塑性材料還會(huì)因其聲發(fā)射信號(hào)幅度小而影響檢測(cè)靈敏度等。

3.3 pH傳感器

基于離子濃度的pH傳感器(pH sensors),其工作原理主要是檢測(cè)被測(cè)結(jié)構(gòu)的H+濃度并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸出信號(hào)[34]。根據(jù)H+濃度的變化,可判斷腐蝕的發(fā)生以及腐蝕程度。pH傳感器通常由化學(xué)部分和信號(hào)傳輸部分構(gòu)成。

這種傳感器比傳統(tǒng)的腐蝕傳感器適應(yīng)力更強(qiáng),可適應(yīng)長(zhǎng)期的潮濕環(huán)境,壽命更持久,可以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)環(huán)境情況,當(dāng)?shù)竭_(dá)腐蝕閾值時(shí)發(fā)出預(yù)警。因此,其對(duì)安全結(jié)構(gòu)的監(jiān)控更有效,但pH傳感器在使用前必須進(jìn)行校準(zhǔn),且校準(zhǔn)時(shí)間較長(zhǎng)。

3.4 腐蝕指示漆

腐蝕指示漆(Corrosion-indicating Paint)通過改變顏色或熒光特性來反映腐蝕帶來的化學(xué)變化。這些化學(xué)變化可以是監(jiān)測(cè)部位pH值的改變,也可以是氧化或金屬陽(yáng)離子配位等。腐蝕指示漆是俄亥俄州立大學(xué)的研究人員Frankel等人專門為飛機(jī)損傷早期預(yù)警系統(tǒng)研制的。與其他腐蝕監(jiān)測(cè)手段相比,腐蝕指示漆不僅可以顯示隱藏腐蝕,而且具有靈敏度高、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。其他傳感器只能監(jiān)測(cè)到所探測(cè)區(qū)域的情況,而噴涂在整個(gè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的腐蝕指示漆可以指示飛機(jī)上很多潛在腐蝕關(guān)鍵部位的腐蝕。目前,腐蝕指示漆還處于研發(fā)階段。

除以上幾種技術(shù)之外,還有一些適用范圍相對(duì)較窄的直接監(jiān)測(cè)腐蝕的方法,如無法用于實(shí)時(shí)在線分析的腐蝕樣片法(Corrosion Coupons)、超聲波測(cè)厚法(Ultrasonic Wall Thickness Measurements,UT)和尚需完善的基于微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectromechanical Systems,MEMS)的方法[35]等。

4 腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 各種腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的協(xié)同作用

在現(xiàn)實(shí)使用過程中,每種腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)都有其自身的特性,適合于監(jiān)測(cè)某一種或幾種類型的腐蝕。采用單一的腐蝕監(jiān)測(cè)方法往往不能滿足要求,通常需要同時(shí)采用多種方法才能獲得較為準(zhǔn)確可靠的腐蝕監(jiān)測(cè)信息。例如,電阻探針腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通常需用腐蝕樣片法數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,以防止由于探頭污染等因素造成的數(shù)據(jù)偏差。同樣,沒有一種傳感器可以監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)所有接頭、緊固件和材料上所有種類和形式的腐蝕。因此,飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕需要綜合采用多種技術(shù)協(xié)同進(jìn)行監(jiān)測(cè)。多種方法相互補(bǔ)充,可使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

另外,腐蝕產(chǎn)物分析也十分重要,可以反映出腐蝕發(fā)生的主要原因和腐蝕狀況,與腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)后,可用于預(yù)測(cè)可能發(fā)生的腐蝕及腐蝕程度。

4.2 傳感器的進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化配置

腐蝕傳感器用于在線監(jiān)測(cè)飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕是可行的,但機(jī)載腐蝕傳感器完全取代地面檢查,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用和支付還需要長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。有待進(jìn)一步深入研究的關(guān)鍵性問題包括:如何進(jìn)一步優(yōu)化傳感器的性能,包括提高精度、穩(wěn)定性、頻帶寬、電磁相容性;如何降低器件的尺寸、質(zhì)量以及能耗;如何實(shí)現(xiàn)傳感元件與被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的集成;如何實(shí)現(xiàn)傳感器和與其配套的信號(hào)處理器件的微型化等。

原位傳感器在腐蝕監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用可極大減少對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法的需求。相較而言,腐蝕傳感器的造價(jià)較高,監(jiān)測(cè)費(fèi)用也是需要考慮的因素。過于頻繁地采用高成本的腐蝕監(jiān)測(cè)方法,其費(fèi)用是相當(dāng)大的。例如,連續(xù)性在線腐蝕監(jiān)測(cè)費(fèi)用比周期性腐蝕監(jiān)測(cè)費(fèi)用高,因此應(yīng)多采用后一種方法,且在允許的情況下盡量降低監(jiān)測(cè)頻率。同時(shí),腐蝕傳感器大多只用于腐蝕難以測(cè)量的部位,在腐蝕可以直接明確測(cè)量的部位,簡(jiǎn)單的指示器即可勝任。為了提高結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)的精度、降低其成本,在實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)進(jìn)一步考慮傳感器優(yōu)化配置的問題。例如,如何根據(jù)被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和要求,在經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量和成本等條件的約束下,合理選擇傳感器類型,確定傳感器的最優(yōu)數(shù)目和最優(yōu)布局。對(duì)于壽命較長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)而言,研究傳感器的可靠性如何對(duì)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性產(chǎn)生影響等。在此基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步降低維護(hù)成本和促進(jìn)腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器的廣泛應(yīng)用,在降低其成本方面的努力也是十分必要的。

4.3 腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成化.智能化和網(wǎng)絡(luò)化

未來腐蝕防護(hù)發(fā)展的主流趨勢(shì)是腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化,主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1)腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成化是提高腐蝕監(jiān)測(cè)精度的必然要求,而智能化是微處理器與儀器一體化的實(shí)現(xiàn),它不僅要能測(cè)試、輸出監(jiān)測(cè)信號(hào),還可以對(duì)監(jiān)測(cè)進(jìn)行存儲(chǔ)、提取、加工、處理,滿足動(dòng)態(tài)的、快速的、多參數(shù)的各種測(cè)量和數(shù)據(jù)處理的需要。

2)隨著數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也向著實(shí)時(shí)在線的智能化發(fā)展,可隨時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控室,建立數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理和腐蝕監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的信息共享。

3)隨著信息技術(shù)及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,腐蝕監(jiān)測(cè)儀器由單一的便攜式工作模式向多點(diǎn)、實(shí)時(shí)、在線、連續(xù)的工作模式轉(zhuǎn)變將成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)無損檢測(cè)相比,腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)可以隨時(shí)提供腐蝕信息,且免除手動(dòng)測(cè)試,保證了測(cè)試結(jié)果的一致性和可靠性。同樣,腐蝕傳感器也可用于飛機(jī)整個(gè)服役期間對(duì)其他參數(shù)的監(jiān)測(cè)工作。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上安裝多功能微傳感器系統(tǒng),可提供對(duì)腐蝕過程更好的了解和控制。

由于國(guó)內(nèi)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)起步較晚,還未得到應(yīng)用。隨著飛機(jī)逐漸步入老齡化、腐蝕方面的問題日益突出,對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效控制飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕方面的要求也會(huì)越來越迫切,應(yīng)當(dāng)及早著手進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用。在前人探索的基礎(chǔ)上,可先在技術(shù)較為成熟的線性極化技術(shù)、電阻探針技術(shù)、電化學(xué)阻抗光譜技術(shù)、電化學(xué)噪聲技術(shù)和光學(xué)傳感器技術(shù)等方面開展腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制工作和應(yīng)用研究。當(dāng)前需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容主要包括以下3個(gè)方面。

1)開展傳感系統(tǒng)的材料性能指標(biāo)、傳感器構(gòu)件性能指標(biāo)等方面的實(shí)驗(yàn)測(cè)試與表征,獲得較為完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2)深入開展腐蝕傳感系統(tǒng)在實(shí)際飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用研究,解決可用性、與結(jié)構(gòu)的相容性及耐久性等方面的問題。

3)加強(qiáng)腐蝕傳感系統(tǒng)在典型結(jié)構(gòu)模擬件上的考核驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,在實(shí)際飛機(jī)結(jié)構(gòu)上獲得領(lǐng)先應(yīng)用和推廣。

這不僅可解決腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)難題,而且從根本上提高其可靠性、耐久性(使用壽命),從而提高其技術(shù)成熟度,推動(dòng)其進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。期待經(jīng)過高效而長(zhǎng)足的發(fā)展,腐蝕監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)能夠在國(guó)內(nèi)軍機(jī)和民機(jī)上得到大規(guī)模應(yīng)用,在提前警示預(yù)告、改善飛行安全、降低維護(hù)費(fèi)用、提高飛機(jī)可用率和延長(zhǎng)飛機(jī)壽命等方面發(fā)揮重要作用,為我國(guó)防安全和航空業(yè)發(fā)展提供有力保障。

[1] 曾凡陽(yáng),劉元海,丁玉潔.海洋環(huán)境下軍用飛機(jī)腐蝕及其系統(tǒng)控制工程[J].裝備環(huán)境工程,2013,10(6): 77—81. ZENG Fan-yang,LIU Yuan-hai,DING Yu-jie.Research on Corrosion and System Engineering Control Technology of Military Aircraft Marine Environment[J].Equipment Environmental Engineering,2013,10(6):77—81.

[2] 陳群志,房振乾,康獻(xiàn)海.軍用飛機(jī)外場(chǎng)腐蝕防護(hù)方法研究[J].裝備環(huán)境工程,2011,8(2):72—77. CHEN Qun-zhi,FANG Zhen-qian,KANG Xian-hai.Methods for Military Aircraft Field Corrosion Prevention and Control[J].Equipment Environmental Engineering, 2011,8(2):72—77.

[3] 王印旭,初鳳紅.光纖金屬腐蝕傳感器研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].全面腐蝕控制,2010,24(9):7—11. WANG Yin-xu,CHU Feng-hong.Reviews on Research Progress and Application of Optical Fiber Metal Corrosion Sensors[J].Total Corrosion Control,2010,24(9):7—11.

[4] 王瑞峰,王國(guó)才,蘇維國(guó),等.航空鋁合金材料大氣腐蝕環(huán)境因子灰色關(guān)聯(lián)分析[J].裝備環(huán)境工程,2013, 10(3):6—31. WANG Rei-feng,WANG Guo-cai,SU Wei-guo,et al.Application of Grey Relational Analysis to Environmental Factors of Atmospheric Corrosion of Aerospace Aluminum Alloys[J].Equipment Environmental Engineering,2013, 10(3):26—31.

[5] 李旭東,朱武峰,穆志韜,等.LD2鋁合金腐蝕行為研究[J].裝備環(huán)境工程,2013,10(1):8—12. LI Xu-dong,ZHU Wu-feng,MU Zhi-tao,et al.Corrosion Behavior Investigation of LD2 Aluminum Alloy[J].Equipment Environmental Engineering,2013,10(1):8—12.

[6] 雒婭楠.碳鋼光纖腐蝕傳感器的敏感膜制備及傳感特性研究[D].天津:天津大學(xué),2003. LUO Ya-nan.Preparation of Carbon Steel Fiber Optics Corrosion Sensors and Their Sensing Performance[D].Tianjin:Tianjin University,2003.

[7] MURALIDHARAN S,SARASWATHY V,BERCHMANS L J,et al.Nickel Ferrite(NiFe2O4):A Possible Candidate Material as Reference Electrode for Corrosion Monitoring of Steel in Concrete Environments[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2010,145(1):225—231.

[8] GHOLIZADEH A R,KHALAFI H.Corrosion Monitoring and Determination of Aluminum Fuel Clad of Tehran Research Reactor(TRR)[J].Progress in Nuclear Energy, 2010,52(2):225—258.

[9] CUEVAS-ARTEAGA C,URUCHURTU-CHAVARíN J,PORCAYO-CALDERON J,et al.Study of Molten Salt Corrosion of HK-40m Alloy Applying Linear Polarization Resistance and Conventional Weight Loss Techniques[J].Corrosion Science,2004,46(11):2663—2679.

[10]BROWN D,DARR D,MORSE J,et al.Real-time Corrosion Monitoring of Aircraft Structures with Prognostic Applications[C]//Annual Conference of the Prognostics and Health Management Society.2012.

[11]TRATHEN P N.Structural Health Monitoring for Corrosion on Military Aircraft[R].Institute of Materials Engineering Australasia Ltd,2009.

[12]LI S Y,JUNG S W,PARK K W,et al.Kinetic Study on Corrosion of Steel in Soil Environments Using Electrical Resistance Sensor Technique[J].Materials Chemistry and Physics,2007,103(1):9—13.

[13]OSKUIE A A,SHAHRABI T,SHAHRIARI A,et al.Electrochemical Impedance Spectroscopy Analysis of X70 Pipeline Steel Stress Corrosion Cracking in High pH Carbonate Solution[J].Corrosion Science,2012,61:111—122.

[14]VERA CRUZ R P,NISHIKATA A,TSURU T.AC Impedance Monitoring of Pitting Corrosion of Stainless Steel Under a Wet Dry Cyclic Condition in Chloride Containing Environment[J].Corrosion Science,1996,38(8): 1397—1406.

[15]STONER B R,PIASCIK J R,BROWN B,et al.A Novel Array Chip to Monitor in Situ Composite Degradation U-sing Electrochemical Impedance Spectroscopy[J].Dental Materials,2011,27(8):811—817.

[16]BERTOCCI U,HUET F.Noise Analysis Applied to Electro-chemical Systems[J].Corrosion(Houston),1995,51 (2):131—144.

[17]IVERSON W P.Transient voltage changes produced in corroding metals and alloys[J].Journal of the Electrochemical Society,1968,115:617—618.

[18]ROBERGE P R,BEAUDOIN R,SASTRI V S.Electrochemical Noise Measurements for Field Applications[J]. Corrosion Science,1989,29(10):1231—1233.

[19]HLADKY K,DAWSON J L.The Measurement of Corrosion Using Electrochemical 1/f Noise[J].Corrosion Science,1982,22(3):231—237.

[20]NEI L,COMPTON R G.An Improved Clark-type Galvanic Sensor for Dissolved Oxygen[J].Sensors and Actuators B:Chemical,1996,30(2):83—87.

[21]ISMAIL A H,SCH?FER C,HEISS A,et al.An Electrochemical Impedance Spectroscopy(EIS)Assay Measuring the Calcification Inhibition Capacity in Biological Fluids[J].Biosensors and Bioelectronics,2011,26(12): 4702—4707.

[22]WILSON M S,NIE W Y.Electrochemical Multianalyte Immunoassays Using an Array-based Sensor[J].Analytical Chemistry,2006,78(8):2507—2513.

[23]盧基林,龐代文.生物電化學(xué)簡(jiǎn)介[J].大學(xué)化學(xué), 1998,13(2):30—35. LU Ji-lin,PANG Dai-wen.Introduction of Bioelectrochemistry[J].General Chemistry,1998,13(2):30—35.

[24]RUTHERFORD P,IKEGAMI R,SHRADER J,et al.Novel NDE Fibre-optic Corrosion Sensor[C]//SPIE.1996.

[25]黎學(xué)明,張勝濤,黃宗卿,等.鋼筋腐蝕監(jiān)測(cè)的光纖傳感技術(shù)[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),1999,11(3):169—173. LI Xue-ming,ZHANG Sheng-tao,HUANG Zong-qing,et al.Fiber Optics Sensing Technique for Monitoring Corrosion Steel in Reinforced Concrete[J].Corrosion Science and Protection Technology,1999,11(3):169—173.

[26]LI X M,CHEN W M,HUANG Z Q.Fiber Optic Corrosion Sensor Fabricated by Electrochemical Method[C]// SPIE.1998.

[27]ABDERRAHMANE S,HIMOUR A,KHERRAT R,et al. An Optical Fibre Corrosion Sensor with an Electroless Deposit of Ni-P[J].Sensors and Actuators B,2001,75(1/ 2):1—4.

[28]BENOUNIS M,JAFFREZIC-RENAULT N.Elaboration of an Optical Fibre Corrosion Sensor for Aircraft Applications [J].Sensors and Actuators B,2004,100(1/2):1—8.

[29]DONG S Y,LIAO Y B,TIAN Q.Sensing of Corrosion on Aluminum Surfaces by Use of Metallic Optical Fiber[J]. Applied Optics,2005,44(30):6334-6337.

[30]DONG S Y,LIAO Y B,TIAN Q,et al.Study on Different Preparing Methods of the Metallized Fiber Core for Optical Fiber Corrosion Sensor[C]//SPIE.2005.

[31]BOSSI R,CRISWELL T,IKEGAMI R,et al.Novel Methods for Aircraft Corrosion Monitoring[C]//SPIE,1995.

[32]MENDOZAT E A,KHALILT A N,SUNT Z,et al.Nondestructive Evaluation of Aging Aircraft,Airports,Aerospace Hardware,and Materials[C]//SPIE,1995.

[33]ASSOULI B,SRHIRI A,IDRISSI H.Characterization and Control of Selective Corrosion of α,β＇-Brass by Acoustic Emission[J].NDT International,2003,36(2):117— 126.

[34]TOMOHIRO G,MASASHI N,TOMONORI T,et al.In Situ Health Monitoring of Corrosion Resistant Polymers Exposed to Alkaline Solutions Using pH Indicators[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2006,119(1):27—32.

[35]HAUTEFEUILLE M,O＇FLYNN B,PETERS F,et al.Miniaturised Multi-MEMS Sensor Development[J].Microelectronics Reliability,2009,49:621—626.

Progress and Prospect of Corrosion Monitoring Techniques of Aircraft Structure

YU Hai-jiao,WANG Yu-ya,CHEN Qun-zhi
(Beijing Aeronautical Technology Research Center,Beijing 100076,China)

The classification of corrosion monitoring techniques was briefly introduced,the operating principles of the frequently used corrosion monitoring technique of aircraft structure were described,the advantages and disadvantages of each technique were presented,and the R&D and application state of the new-type corrosion monitoring systems were highlighted.Finally,the future development and prospects of the corrosion monitoring techniques were discussed on the basis of service characteristics and engineering practices of Chinese aircrafts.

corrosion;maintenance;corrosion monitoring

WANG Yu-ya(1974—),Male,Ph.D.,Senior engineer,Research focus:structural material corrosion and protection,life prediction.

10.7643/issn.1672-9242.2014.06.012

TG174.3

:A

1672-9242(2014)06-0070-09

2014-10-25;

2014-11-04

Received:2014-10-25;Revised:2014-11-04

于海蛟(1982—),女,內(nèi)蒙古人,博士,工程師,主要從事飛機(jī)結(jié)構(gòu)日歷壽命、疲勞壽命、以及飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)等方面的研究。Biography:YU Hai-jiao(1982—),Female,from Inner Mongolia,Ph.D.,Engineer,Research focus:calendar life and fatigue life of aircraft structure, and corrosion and protection of airframe.

王逾涯(1974—),男,博士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)材料腐蝕與防護(hù),壽命預(yù)測(cè)。