劉成臣，趙連紅，王浩偉

（中國(guó)特種飛行器研究所 結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)與控制航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 荊門 448035）

飛機(jī)在海洋環(huán)境下服役時(shí)，長(zhǎng)期受高溫、高濕、高鹽環(huán)境的作用。涂層作為飛機(jī)最重要的的防護(hù)措施，對(duì)于飛機(jī)的防腐蝕能力具有決定性的影響[1-4]。隨著我國(guó)飛機(jī)在南海布局，對(duì)飛機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性提出了更高的要求。飛機(jī)的壽命一般在30年左右，在自然環(huán)境下評(píng)估涂層的環(huán)境適應(yīng)性需要很長(zhǎng)的周期，無法滿足工程研制需求。因此必須采用加速試驗(yàn)的方法，以期在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到評(píng)估飛機(jī)服役若干年后涂層的性能，而建立加速試驗(yàn)和自然環(huán)境試驗(yàn)之間的相關(guān)性是評(píng)估的重要前提[5-10]。

文中開展了 5類典型飛機(jī)涂層的南海大氣暴露試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)，通過測(cè)試外觀、光澤度、色差等數(shù)據(jù)，研究了兩種試驗(yàn)環(huán)境的相關(guān)性。

1 試驗(yàn)件

涂層試樣尺寸為180 mm×50 mm×2 mm，如圖1所示，其組分見表1。

表1 涂層試驗(yàn)件組分

2 自然環(huán)境試驗(yàn)

南海某自然暴露試驗(yàn)站，屬于典型的熱帶海洋性氣候，具有高溫、高濕、強(qiáng)輻射且日照時(shí)間長(zhǎng)、高鹽霧的氣候特點(diǎn)，環(huán)境數(shù)據(jù)見表2，較適用于各類涂層對(duì)海洋環(huán)境適應(yīng)性的考核。

表2 南海某環(huán)境站年均環(huán)境數(shù)據(jù)

涂層樣品按6，12，18，24，30，36個(gè)月的試驗(yàn)周期進(jìn)行取樣，每次取樣時(shí)，會(huì)對(duì)所取試樣和暴露架上的其余試樣進(jìn)行拍照。完成拍照后，取回的涂層樣品按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外觀檢查，檢查項(xiàng)目包括失光、變色、粉化、裂紋、起泡、斑點(diǎn)、生銹、脫落等，具體的評(píng)級(jí)方法按照GB/T 1766—2002《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》中規(guī)定的進(jìn)行。檢測(cè)結(jié)果見表3。

3 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)

在涂層的表面降解階段，受到太陽光、溫度、氧氣和水分的影響，光澤度、粗糙度和表面樣貌發(fā)生變化。隨著降解的加深，涂層中形成了水和各種腐蝕離子的滲透通道，這個(gè)過程的影響因素也主要是太陽光、溫度、氧氣和水分。實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)選取太陽輻射-濕熱-鹽霧組合的方式作為涂層的加速腐蝕試驗(yàn)方案，這種方式體現(xiàn)了自然環(huán)境條件下太陽輻射的高溫、干濕交替、光照周期和黑暗交替的影響效應(yīng)。試驗(yàn)條件參考 GJB 150.7A—2009《軍用設(shè)備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 太陽輻射試驗(yàn)》、GJB 150.9A—2009《軍用設(shè)備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 濕熱試驗(yàn)》、GJB 150.11A—2009《軍用設(shè)備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 鹽霧試驗(yàn)》中的試驗(yàn)條件，其試驗(yàn)條件見表4，檢測(cè)數(shù)據(jù)見表5。

表3 C1—C5種類涂層樣品暴露試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)

表4 實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)方案

表5 C1—C5涂層樣品加速試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

4 南海環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)性評(píng)價(jià)

為了準(zhǔn)確獲知兩種環(huán)境的相關(guān)性，采用了 Spearman秩相關(guān)系數(shù)。Spearman秩是一種無參數(shù)檢驗(yàn)方法，適用于兩列變量，而且具有等級(jí)變量性質(zhì)的數(shù)據(jù)分析。文中所采集的加速腐蝕數(shù)據(jù)和自然腐蝕數(shù)據(jù)都是隨著腐蝕時(shí)間等級(jí)變化的，故適用于本方法。秩相關(guān)系數(shù)R越接近1，相關(guān)性越好，即兩種試驗(yàn)方法對(duì)材料的影響規(guī)律是基本一致的，秩相關(guān)系數(shù)法判斷臨界值見表6。

表6 秩相關(guān)系數(shù)臨界值

4.1 以失光率為基準(zhǔn)的相關(guān)性評(píng)價(jià)

X0為自然暴露試驗(yàn)后涂層的失光率，X01—X06分別為 C1—C6涂層樣件自然暴露試驗(yàn)的失光率，X1為開展實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)后的失光率，X11—X16分別是實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)后C1—C6涂層樣件的失光率。

自然暴露試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)中，涂層樣品的失光率性能變化過程分別為：

自然暴露試驗(yàn)

將測(cè)得的涂層失光率數(shù)據(jù)分別按大小統(tǒng)一排序，得到的秩序數(shù)為：

通過對(duì)比 x0和 x1，計(jì)算涂層樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)中失光率的相關(guān)系數(shù)R為：

以失光率為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，涂層樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的平均秩相關(guān)系數(shù)為1，為極強(qiáng)相關(guān)。

4.2 以色差為基準(zhǔn)的相關(guān)性評(píng)價(jià)

Y0為自然暴露試驗(yàn)后涂層的色差，Y01—Y06分別為自然暴露試驗(yàn)后C1—C6涂層樣件的色差。Y1為開展實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)后的色差，Y11—Y16分別是加速腐蝕試驗(yàn)后C1—C6涂層樣件的色差。

自然暴露試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)中，涂層樣品的色差性能變化過程分別為：

自然暴露試驗(yàn)

將測(cè)得的涂層總色差數(shù)據(jù)分別按大小統(tǒng)一排序，得到的秩序數(shù)為：

通過對(duì)比 y0和 y1，計(jì)算涂層樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)中色差的相關(guān)系數(shù)R為：

以總色差為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，涂層樣品實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)的平均秩相關(guān)系數(shù)為0.92，為極強(qiáng)相關(guān)。

4.3 以老化評(píng)級(jí)數(shù)為基準(zhǔn)的相關(guān)性評(píng)價(jià)

依據(jù)4.1和4.2的計(jì)算方法，同理可計(jì)算以老化評(píng)級(jí)數(shù)為評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的平均秩相關(guān)系數(shù)為0.97，為極強(qiáng)相關(guān)。最后，將失光率、色差、老化評(píng)級(jí)數(shù)為基準(zhǔn)得出的秩相關(guān)系數(shù)進(jìn)行平均，計(jì)算得出平均秩相關(guān)系數(shù)為0.96，說明涂層樣品的實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)和自然暴露試驗(yàn)為極強(qiáng)相關(guān)。

5 結(jié)論

通過秩相關(guān)系數(shù)法說明了飛機(jī)表面涂層南海大氣環(huán)境試驗(yàn)與太陽輻射-濕熱-鹽霧組合試驗(yàn)兩者之間的極強(qiáng)相關(guān)性，可為后續(xù)南海環(huán)境試驗(yàn)的加速處理提供依據(jù)。

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