王金棟，陳定海，姜曉明，馮濤（海軍91049部隊(duì)，山東 青島 266102）

鋁合金表面腐蝕損傷面積等效方法分析

王金棟，陳定海，姜曉明，馮濤
（海軍91049部隊(duì)，山東 青島 266102）

目的 研究鋁合金表面腐蝕損傷面積等效的方法。方法 利用KH-7700三維光學(xué)顯微鏡進(jìn)行腐蝕圖像處理，通過橢圓等規(guī)則幾何圖形修正腐蝕損傷面積，并結(jié)合Gumbel、正態(tài)、雙參數(shù)威布爾及對數(shù)正態(tài)四種分布模型行對腐蝕損傷修正面積進(jìn)行分布檢驗(yàn)分析。結(jié)果 對比相關(guān)系數(shù)，得出腐蝕損傷修正面積服從正態(tài)分布模型優(yōu)于Gumbel、對數(shù)正態(tài)及雙參數(shù)威布爾三種分布模型。結(jié)論 矩形內(nèi)切橢圓能較真實(shí)地反映腐蝕損傷的面積，可為工程實(shí)踐使用腐蝕損傷定量分析時，提供技術(shù)支持。

腐蝕損傷；面積等效；鋁合金

隨著服役年限增加，裝備結(jié)構(gòu)表面易出現(xiàn)腐蝕損傷，在外力作用下，腐蝕損傷容易形成疲勞源，加速疲勞裂紋擴(kuò)展，縮短裝備使用壽命[1—10]。腐蝕圖像直觀地記錄著腐蝕形貌發(fā)生的區(qū)域、分布情況及嚴(yán)重程度，然腐蝕形貌常是不光滑、不規(guī)則、凸凹起伏的，這樣定性和定量地描述觀察腐蝕形貌對研究腐蝕損傷規(guī)律有著極其重要的作用[11—15]。

文中以鋁合金材料為研究對象，利用KH-7700三維光學(xué)顯微鏡進(jìn)行腐蝕圖像處理，通過橢圓形、圓形、矩形等規(guī)則幾何圖形修正腐蝕面積，并結(jié)合Gumbel、正態(tài)、雙參數(shù)威布爾及對數(shù)正態(tài)四種分布模型行對腐蝕損傷修正面積進(jìn)行分布檢驗(yàn)分析，為工程實(shí)踐使用腐蝕損傷定量分析時，提供技術(shù)支持。

1　腐蝕試驗(yàn)

以鋁合金6A02材料為研究對象，該鋁合金屬于Al-Mg-Si-Cu系，其主要成分（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）為：Si 0.4%～0.8%，F(xiàn)e 0.7%，Cu 0.15%～0.4%，Mn 0.15%，Mg 0.6%～1.2%，Zn 0.25%，Ti 0.15%，Al余量。其試驗(yàn)件形狀尺寸如圖1所示。采用某裝備服役區(qū)域環(huán)境加速譜，在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行加速腐蝕試驗(yàn)，工作溫度為（40± 2）℃，試驗(yàn)溶液配制按95份蒸餾水與5份NaCl（分析純）配置體積濃度為5%的NaCl溶液，再加入適量的稀硫酸，使配制的NaCl溶液pH=4.0±0.2。采取周期浸潤方式，加速腐蝕相當(dāng)于該裝備服役8年的時間后，取出試驗(yàn)件進(jìn)行清洗，得到腐蝕試驗(yàn)件，其表面如圖2所示。

圖1　試驗(yàn)件設(shè)計(jì)尺寸（單位：mm，厚度h=7 mm）Fig.1 The size of the specimen（Unit：mm，h=7 mm）

圖2　腐蝕后的試驗(yàn)件表面Fig.2 The surface of test specimen after corrosion

2　面積修正檢驗(yàn)分析

利用KH-7700三維光學(xué)顯微鏡采集腐蝕損傷表面圖像，得到腐蝕損傷形貌，利用橢圓、圓形、矩形等不同規(guī)則幾何圖形修正腐蝕損傷面積，如圖3所示（圖中，人為用折線貼近腐蝕損傷所圍成的面積認(rèn)為是腐蝕損傷真實(shí)面積），其修正系數(shù)也不盡相同，不同規(guī)則幾何圖像面積修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1。

圖3　腐蝕損傷面積修正Fig.3 Correction of corrosion area image

利用Gumbel、正態(tài)、雙參數(shù)威布爾及對數(shù)正態(tài)四種分布模型對腐蝕損傷修正面積進(jìn)行分布檢驗(yàn)分析。

1）Gumbel（Ⅰ型極大值）分布概率密度函數(shù)f（D）和分布函數(shù)F（D）為：

2）正態(tài)分布概率密度函數(shù)（fD）和分布函數(shù)F（D）為：

3）對數(shù)正態(tài)分布概率密度函數(shù)和分布函數(shù)為：

4）雙參數(shù)威布爾概率密度函數(shù)和分布函數(shù)為：

利用這四種分布函數(shù)擬合不同規(guī)則幾何圖形修正面積的分布情況，如圖4—6所示，不同分布函數(shù)的相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)見表2，面積修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)見表3。

從表2、表3可知：對比相關(guān)系數(shù)，得到不同腐蝕損傷進(jìn)行圓形、矩形和矩形內(nèi)切橢圓的面積修正，它們的修正面積服從正態(tài)分布優(yōu)于Gumbel、對數(shù)正態(tài)及雙參數(shù)威布爾分布模型。矩形內(nèi)切橢圓修正面積更加接近腐蝕損傷真實(shí)面積，腐蝕損傷面積修正系數(shù)的分布函數(shù)為：

表1　腐蝕損傷面積修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 The statistics table of coefficient for corrosion area correction

表2　不同分布函數(shù)相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2　The table of the correlation coefficients of different distribution functions

表3　面積修正系數(shù)Table 3 Table of area correction factor

圖4　圓形面積修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)分布Fig.4 Statistical figure of the circular area correction factor

圖5　矩形面積修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)分布Fig.5 Statistical figure of the rectangle area correction factor

圖6　矩形內(nèi)切橢圓面積修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)分布Fig.6 Statistical figure of the rectangle inscribed ellipse area correction factor

3　結(jié)論

1）對比相關(guān)系數(shù)，得出腐蝕損傷修正面積服從正態(tài)分布模型優(yōu)于Gumbel、對數(shù)正態(tài)及雙參數(shù)威布爾三種分布模型。

2）矩形內(nèi)切橢圓能較真實(shí)地反映腐蝕損傷的面積，在工程實(shí)踐使用腐蝕損傷定量分析時，能方便快捷計(jì)算出腐蝕損傷面積。

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Equivalent Method of Surface Corrosion Damage Area of Aluminum Alloy

WANG Jin-dong，CHEN Ding-hai，JIANG Xiao-ming，F(xiàn)ENG Tao
（Navy 91049 Unit，Qingdao 266102，China）

Objective To analyze equivalent method of surface corrosion damage area of aluminum alloy. Methods The KH-7700 3D optical microscopy was used for corrosion image processing.Elliptical rules of geometry were used to correct corrosion damage area.Combined with the Gumbel,normal,two-parameter Weibull and log normal model,the distribution analysis of corrected corrosion damage area was conducted.Results Compared with correlation coefficient,it was concluded that the corrosion damage area correction obeyed the normal distribution model superior to the Gumbel,two parameter Weibull and log normal model.Conclusion Rectangle inscribed ellipse more truly reflected the corrosion damage of the area,so it can provide technical support for quantitative analysis of corrosion damage in engineering practice.

corrosion damage；equivalent method；aluminum alloy

2015-10-24；Revised：2015-11-30

10.7643/issn.1672-9242.2016.01.007

TJ04；V252

A

1672－9242（2016）01－0033-06

2015-10-24；

2015-11-30

王金棟（1965—），男，山東諸城人，碩士，高級工程師，主要研究方向?yàn)椴牧峡煽啃浴?/p>

Biography：WANG Jin-dong（1965—），Male，from Zhucheng，Shandong，Master，Senior engineer，Research focus：material reliability.