趙朋飛，蘇曉慶，吳俊升

（1. 航天科工防御技術研究試驗中心，北京 100854；2. 北京航天新風機械設備有限責任公司，北京 100854；3. 北京科技大學，北京 100083）

隨著軍事斗爭形勢的發(fā)展，越來越多的武器裝備部署到沿?；驆u礁地區(qū)，對裝備構件材料的耐腐蝕性和適海性要求越來越高。某裝備在交付部隊使用后，大部分時間處于貯存不工作或戰(zhàn)備值班狀態(tài)，地面（或艦面）停放時間一般占到整個使用壽命的97%以上，因此，地面貯存大氣環(huán)境成為導致裝備結構腐蝕損傷及疲勞壽命降低的主要因素[1-3]。由于沿?；驆u礁等地區(qū)的服役環(huán)境是一種濕熱和化學聯(lián)合的腐蝕環(huán)境，裝備金屬材料結構在長期貯存過程中不可避免地會出現(xiàn)腐蝕問題，如均勻腐蝕、局部腐蝕、應力作用腐蝕等破壞類型。腐蝕環(huán)境通常指的是裝備構件所遭受的溫度、濕度、降雨、輻射、腐蝕介質等因素聯(lián)合作用及每種環(huán)境因素的強度、持續(xù)時間、發(fā)生頻率以及它們的組合結果。編制裝備的地面貯存大氣環(huán)境譜是做好腐蝕設計與控制、腐蝕環(huán)境下結構壽命評定及耐久性分析等工作的關鍵。裝備使用環(huán)境譜以大量的服役地區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)為基礎，通過統(tǒng)計、折算及關聯(lián)性分析等處理方法，確定對結構部件產(chǎn)生腐蝕影響的環(huán)境因素的作用強度、時間、次數(shù)及組合比例，定量描述裝備在壽命周期歷程中所經(jīng)受的腐蝕環(huán)境作用過程。

地面貯存及停放環(huán)境譜描述了裝備在整個日歷壽命期間所經(jīng)歷的真實自然環(huán)境歷程，由于裝備設計壽命最長可達20年以上，直接開展裝備結構服役環(huán)境的模擬試驗或投放試驗，在時間、經(jīng)費、技術條件上較難實現(xiàn)，且代價巨大[4]。因此，有必要建立地面大氣環(huán)境模擬譜與實驗室加速腐蝕環(huán)境譜之間的當量關系。采用加速腐蝕的試驗方法，在較短時間內(nèi)獲得與裝備部件地面貯存若干年相同的腐蝕效果，掌握裝備關鍵金屬材料的腐蝕損傷及疲勞性能退化規(guī)律，為工程上實現(xiàn)腐蝕環(huán)境協(xié)同作用下某裝備關重構件的使用壽命評定提供基礎數(shù)據(jù)和技術支持。

1 大氣腐蝕過程的影響因素選取

1.1 大氣環(huán)境因素及簡化處理

自然大氣環(huán)境因素一般包括氣候環(huán)境因素和化學腐蝕因素兩大類。氣候環(huán)境因素一般包括氣溫、濕度、降水、風、霧、氣候現(xiàn)象、日照輻射、固體沉降物等，影響大氣腐蝕程度的主要包括溫度、相對濕度、降水、霧和凝露、太陽輻射、固體沉降物等[5-6]，其中溫度和濕度是最主要的因素。影響結構腐蝕的化學環(huán)境因素主要包括SO2、、NOx、酸雨、鹽霧、Cl-等，其中硫氧化物、酸雨是造成工業(yè)區(qū)大氣腐蝕性的關鍵因素，鹽霧是沿?；驆u礁地區(qū)必須考慮的重要環(huán)境因素。

在某裝備服役壽命期內(nèi)，各種環(huán)境因素對結構部件的作用過程漫長，具有譜的變化與持續(xù)時間長短不同等特點。如果編制與裝備日歷壽命同步的環(huán)境譜來描述環(huán)境因素的全部變化歷程，實驗室人工模擬再現(xiàn)手段存在較大的困難，即使與日歷壽命等長，研究意義也不大。因此，必須對選取的環(huán)境因素進行篩選和簡化處理，以達到工程實際能夠再現(xiàn)環(huán)境因素對裝備結構的腐蝕或老化作用效果。簡化處理原則是將環(huán)境因素中對結構腐蝕影響或貢獻可以忽略的環(huán)境參數(shù)及持續(xù)時間剔除，保留有貢獻的部分，以達到數(shù)據(jù)簡化且不改變環(huán)境作用機理的目的[9-11]。

1）氣溫的改變會影響腐蝕的反應速率和金屬表面水膜的停留時間。在高溫高濕條件下，隨著溫度的升高，金屬材料腐蝕速率會顯著加快。當環(huán)境溫度低于0 ℃時，對結構部件的腐蝕影響很小，所以編制環(huán)境譜時，一般只考慮溫度在0 ℃以上的情況。相關試驗結果表明，當相對濕度大于臨界指標時，相同溫度條件下不同相對濕度及相同濕度條件下不同溫度對材料腐蝕的影響是不同的。因此，通常將5～35 ℃范圍按5 ℃等分為7個溫度等級，以溫度為參考指標，統(tǒng)計出濕度、降水、凝露、鹽霧等環(huán)境因素的作用時間與次數(shù)，以及相對濕度大于70%，且溫度大于20 ℃的各溫度區(qū)段對應的作用時間。

2）金屬腐蝕存在一個臨界的相對濕度。小于該濕度時，金屬結構幾乎不發(fā)生腐蝕；當達到和超過臨界濕度時，金屬的腐蝕速度才會迅速增加。不同金屬或同一金屬材料在不同環(huán)境中的相對濕度值不盡相同。對于鋁合金、合金鋼等常見金屬材料，目前普遍認為相對濕度臨界值為70%，即相對濕度低于70%的可認為是干燥空氣[12]。

3）當結構部件溫度低于大氣溫度，且空氣相對濕度大于60%時，在滿足結構露點溫度差的條件下，結構表面會產(chǎn)生凝露。由于水膜的覆蓋，使得金屬表面容易產(chǎn)生電化學腐蝕。通常為在水膜下進行的吸氧腐蝕，水膜厚度與金屬腐蝕速率有一定關系。

4）雨量大小表達了雨水的作用強度。雨水對外露的裝備結構部件腐蝕過程有重要影響，雨水滲入到裝備結構密封措施不完善的縫隙或狹小空間中，會進一步增大結構局部環(huán)境的濕度和作用時間，加快結構腐蝕速率。

5）裝備貯存氣候環(huán)境與日照、風向和風速關系密切。由于日照作用，水膜停留時間變短；風速大小既能吹干裝備表面水膜，又能將潮濕空氣、鹽霧、污染物等吹向結構表面；風向決定了空氣中污染物及腐蝕介質的走向和覆蓋范圍，被風向覆蓋的金屬表面腐蝕更為嚴重。

6）大氣中腐蝕成分是引起結構腐蝕的重要影響因素之一。造成工業(yè)性污染和島礁環(huán)境大氣腐蝕性的因素主要是SO2和Cl-等大氣成分含量。在裝備服役早期，對結構部件的腐蝕影響較大。制定的環(huán)境譜中一般應至少包含上述兩種腐蝕介質的年平均含量。

7）裝備結構部件除了處于造成自然大氣環(huán)境中外，還會在使用過程中受到平臺固有環(huán)境及平臺誘發(fā)環(huán)境的影響，使某些結構部件處于局部工作環(huán)境中。無論是平臺環(huán)境與自然環(huán)境，還是密封結構與敞開結構、表面結構與內(nèi)部結構，在溫度、濕度、太陽輻射、風速、腐蝕成分及濃度等因素方面都存在明顯的差別與不同。例如，艙內(nèi)空氣中的鹽霧或氯離子濃度要比艙外大氣該成分濃度要低很多；艙外有遮擋結構比無遮擋暴露結構減少了太陽輻射、降水等因素對裝備材料腐蝕進程的影響。

1.2 腐蝕過程與環(huán)境影響因素的關系

搞清室外腐蝕動力學過程是研究室內(nèi)外腐蝕相關性的最終目的，通過對室外腐蝕動力學過程進行模擬和加速，研究室內(nèi)腐蝕動力學及與室外腐蝕過程動力學兩個獨立腐蝕過程之間的關聯(lián)性。因此，室內(nèi)腐蝕過程動力學研究必須建立在充分把握室外腐蝕過程與主要環(huán)節(jié)因素關系的基礎上。在裝備產(chǎn)品材料和工藝確定之后，決定其腐蝕壽命的就是多重服役環(huán)境因素的協(xié)同作用。在ISO 9223—1992及ISO 9224—1992等ISO標準[5-6]中，對大氣腐蝕等級的分級分類只考慮溫度、濕度、硫含量和鹽離子沉降量等4個主要影響因素。

利用灰色關聯(lián)理論可以建立材料服役腐蝕過程與主要環(huán)境因素變化過程之間的關聯(lián)性[7-8]。該理論認為，任何隨機過程都是在一定幅值范圍和時域內(nèi)變化的灰色量，利用灰色關聯(lián)度順序可以定量描述各因素間關系的強弱、大小和次序?；疑P聯(lián)分析計算關聯(lián)度的主要步驟為：確定比較數(shù)列和參考數(shù)列；求關聯(lián)系數(shù)；求關聯(lián)度；關聯(lián)度按大小排序?；疑P聯(lián)表達式及計算過程大致如下所述。

假設0()X k為材料性能腐蝕量的參考數(shù)列，Xi(k)為特征環(huán)境因素的比較數(shù)列，定義 X0(k)和Xi(k)在k時刻的關聯(lián)系數(shù)為：

式中：ρ為分辨系數(shù)，0＜ρ＜1，ρ的具體取值可視具體情況而定，一般取0.5。 Δi( k )為第k時刻， X0和Xi的絕對差；為兩級最小差，其中Mki n Δi( k)是第一級最小差，其意義表示為在Xi的曲線上，各相應點與X0中各相應點距離的最小值，表示在各曲線找出最小差Mki n Δi( k)的基礎上，再按 i = 1,2,… , m 找出所有曲線中最小差的最小差；為兩級最大差，其意義與兩級最小差類似。因此，根據(jù)此式（2）可以求出Xi(k)和對應的X0(k)之間的關聯(lián)系數(shù)：

依據(jù)建立的灰色關聯(lián)度計算和分析方法，將裝備典型金屬材料的現(xiàn)場暴露連續(xù)監(jiān)測腐蝕數(shù)據(jù)（如腐蝕速率、點蝕深度等）作為參考數(shù)列，選取腐蝕壽命最相關的環(huán)境因素的歷程監(jiān)測數(shù)據(jù)作為比較數(shù)列，并采用初值化、平均值化等方法對環(huán)境因素數(shù)據(jù)進行初始化處理。然后利用式（1）—（4）對腐蝕數(shù)據(jù)與環(huán)境因素之間關聯(lián)度進行計算，即可得到典型材料大氣腐蝕過程與主要環(huán)境因素的影響程度大小排序。

1.3 碳鋼腐蝕與環(huán)境因素的灰色關聯(lián)分析

根據(jù)碳鋼試件（Q235）在某島礁海洋大氣環(huán)境中的現(xiàn)場暴露試驗數(shù)據(jù)，用μm/a描述Q235的腐蝕速率，不同試驗周期試件的平均腐蝕速率見表1。

表1 Q235在島礁海洋大氣環(huán)境中暴露不同周期 的腐蝕速率[8]

將試件連續(xù)4 a的腐蝕速率測量值作為參考數(shù)列，腐蝕試驗過程的環(huán)境因素監(jiān)測數(shù)據(jù)作為比較數(shù)列。根據(jù)碳鋼在海洋大氣環(huán)境中的失效機理和腐蝕特點，初步選擇7個影響腐蝕過程和腐蝕壽命最相關的因素進行灰色關聯(lián)度分析，按每4個月的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的初始值見表2。由于每種環(huán)境因素的大小和單位都不同，需要在灰色關聯(lián)分析之前對各環(huán)境因素數(shù)據(jù)進行初始化處理。常用的初始化方法包括初值化、最小值/最大值化、平均值化和區(qū)間值化等。采用平均值化處理表2中各環(huán)境因素數(shù)據(jù)列的結果見表3。

利用1.2節(jié)描述的灰色關聯(lián)度計算和分析方法，對Q235平均腐蝕速率與大氣環(huán)境主要腐蝕因素之間的灰色關聯(lián)度進行計算和排序，結果見表4。從表4中可以看出，影響Q235腐蝕過程的主要因素是降雨量、相對濕度、溫度、鹽霧沉降等，并且它們之間的關聯(lián)度值相差較小，對腐蝕過程造成的作用效果比較接近。通過類似的方法，可以對鋁合金、不銹鋼等材料的腐蝕影響因素進行篩選。研究結果表明[7-8]，影響常用金屬材料的主要腐蝕因素基本類似。

表2 島礁大氣環(huán)境主要腐蝕因素年份數(shù)據(jù)[8]

表3 島礁大氣環(huán)境主要腐蝕因素平均值化結果

表4 Q235島礁海洋大氣中腐蝕速率與環(huán)境 因素的灰色關聯(lián)度及排序

2 典型島礁大氣環(huán)境譜制定

利用上述環(huán)境因素對材料腐蝕損傷影響程度的大小排序，從中選取符合裝備使用特點及最為關心的環(huán)境因素，用以編制武器裝備地（艦）面大氣環(huán)境譜。 通過國家材料腐蝕研究平臺收集和分析了某島礁地區(qū)4年的大氣環(huán)境因素數(shù)據(jù)，根據(jù)影響某裝備結構部件貯存腐蝕的環(huán)境因素選取及簡化原則，主要大氣環(huán)境因素隨年份的累計平均數(shù)據(jù)見表2。由于該島礁地區(qū)幾乎常年處于高溫高濕的氣候環(huán)境，數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果顯示，氣溫低于20 ℃及高于35 ℃的時間在一年中所占的時間比例很小，對裝備的影響可以忽略不計。因此，文中主要按照25 ℃和30 ℃兩個溫度區(qū)間進行溫濕度及雨霧等環(huán)境因素的持續(xù)時間累計計算，溫濕度譜及雨霧譜編制結果見表5和表6。其中全年濕度小于70%的比例約為27%。

表5 島礁大氣溫濕度及雨霧年度累積譜 h

表6 島礁大氣環(huán)境年度譜構成

3 當量腐蝕加速關系及折算

金屬材料在貯存和值班環(huán)境條件下，會發(fā)生電化學腐蝕效應，出現(xiàn)嚴重的銹蝕和腐蝕，造成力學性能降低。金屬材料的腐蝕動力學遵循冪函數(shù)規(guī)律[12-13]：

D=Atn(5)

式中：D為腐蝕深度或腐蝕質量損失；t為腐蝕時間；A為腐蝕速率常數(shù)，一般為材料第1年腐蝕速率，主要與環(huán)境因素腐蝕性等級有關；n為冪指數(shù)，數(shù)值越小，說明金屬材料的耐腐蝕性能越好。

開展裝備材料腐蝕壽命預測通常需要設置較大的室內(nèi)加速腐蝕試驗加速因子，但是加速因子越大，室內(nèi)試驗結果與外場存放結果的相關性越差。為保證室內(nèi)外腐蝕試驗方法具有較好的相關性，加速腐蝕試驗一般應遵循以下設計原則[7-8]：保證室內(nèi)外試驗材料腐蝕失效的電化學機理一致；環(huán)境循環(huán)作用的過程及特點一致；腐蝕動力學規(guī)律一致；腐蝕產(chǎn)物成分相同，且生長順序一致；具有較高的加速倍率，初期加速倍率值盡可能大一些；多次重復性對比試驗的結果再現(xiàn)性好。

3.1 當量腐蝕加速原理

室內(nèi)外腐蝕試驗相關性是指腐蝕機理相同，但作用進程不同的兩組腐蝕結果的等量對比。當量腐蝕加速關系就是在腐蝕等量前提下，加速腐蝕譜作用時間與外場自然環(huán)境腐蝕作用時間的比較關系。由于金屬材料在大氣環(huán)境下主要發(fā)生電化學腐蝕反應，電化學腐蝕反應過程中，電荷的轉移與反應物質之間有著密切的等量關系，且服從法拉第定律[7-8,13]。因此，可以以腐蝕電流Ic為度量參量編制島礁大氣環(huán)境加速腐蝕試驗譜。對于給定金屬材料，雖然外界環(huán)境因素隨時間的變化呈譜狀的變化規(guī)律，材料在特定環(huán)境下的腐蝕也時強時弱，腐蝕電流密度Ic也隨著時間而變化[8,14]。在暴露時間t內(nèi)，金屬的腐蝕電量Q可用積分形式表示為：

式中：F為法拉第常數(shù)；cI為不同環(huán)境中的電流；t為環(huán)境作用時間。

對于給定的金屬材料及其組合，若在現(xiàn)場環(huán)境條件下的電流為Ic，暴露時間為t，腐蝕量為Q；而其加速腐蝕試驗譜作用下的腐蝕電流為c I′，試驗時間為t′，腐蝕量為Q′。根據(jù)式（5）則有：

根據(jù)腐蝕量相等準則Q = Q′，得出：

由此得到：

引入折算系數(shù)，即加速因子：

則有：

式（10）給出了兩種環(huán)境中腐蝕量相等對應的作用時間關系，是用當量折算法建立加速試驗譜與大氣環(huán)境譜作用時間之間當量關系的基礎。

利用當量折算法，以法拉第定律為基礎，認為金屬材料的腐蝕失效主要是由電化學腐蝕引起的。在電化學反映過程中，電荷量的轉移與反應物的變化量之間存在等量關系，使加速環(huán)境譜下的腐蝕電量等于使用環(huán)境中的腐蝕電量，進而確定加速腐蝕試驗譜與現(xiàn)場環(huán)境譜之間的當量關系。

3.2 腐蝕當量折算方法

腐蝕極化曲線可以作為表征當量腐蝕原理的重要手段，既能反映腐蝕過程的陰陽極過程變化，表征腐蝕機理，也能測定腐蝕電流大小。腐蝕極化曲線的測定與比較在確定室內(nèi)腐蝕相關性加速因子的過程中可以發(fā)揮重要作用。一方面，室內(nèi)外兩組腐蝕試驗過程測得的極化曲線形狀必須基本一致，代表室內(nèi)外腐蝕過程的機理基本一致；另一方面，依據(jù)當量加速關系原理用測定的腐蝕電流密度可以計算腐蝕加速比。

工程上通常采用測定不同溫度、濕度組合下典型金屬材料腐蝕電流密度的方法，來粗略評估不同溫濕度組合對應的腐蝕當量折算系數(shù)，對應折算系數(shù)α見表7。同時測量不同濃度NaCl溶液、酸溶液、水介質下的腐蝕電流密度，通過比較建立不同條件下的腐蝕當量折算系數(shù)，對應折算系數(shù)β見表8。具體測定方法為：利用大氣腐蝕檢測儀（ACM）、自制電極及濕熱環(huán)境箱，測量待測金屬材料在試驗溫度為40 ℃、相對濕度為90%（標準潮濕空氣）時的腐蝕電流密度（40 ℃，RH90%），以及測量待測材料在目標試驗條件下的腐蝕電流密度，以溫度為40 ℃、相對濕度為90%試驗條件作為加速腐蝕試驗的比較基準條件，獲得待測材料在目標試驗條件下與基準條件比較得到的當量折算系數(shù)。同理可測得不同濃度鹽溶液、酸溶液試驗條件與水介質基準條件比較得到當量折算系數(shù)[7-8,12-14]。需要說明的是，同一類別金屬材料對于潮濕空氣組合的折算系數(shù)差別較大，但對于不同濃度NaCl溶液和酸溶液的折算系數(shù)差別很小，如表7和表8中的5A02鋁合金和高強鋁合金。對于表8中不銹鋼材料在不同濃度酸溶液中與水介質的折算系數(shù)暫未測定，由于同類別金屬材料鹽溶液與酸溶液的折算系數(shù)差別不大，具體使用時可參考碳鋼的折算系數(shù)進行室內(nèi)腐蝕試驗加速倍數(shù)的粗略估計。

表7 潮濕空氣與標準潮濕空氣的折算系數(shù)

表8 不同質量分數(shù)NaCl溶液及不同質量濃度酸與水介質的折算系數(shù)

4 島礁大氣環(huán)境室內(nèi)加速腐蝕試驗譜

在編制島礁主要大氣腐蝕因素的環(huán)境譜后，利用典型金屬材料的當量腐蝕加速關系及折算系數(shù)，即可制定該類材料的室內(nèi)加速腐蝕試驗譜。研究表明[12-15]， 影響裝備典型金屬材料大氣腐蝕過程的主要環(huán)境因素是鹽霧、溫度、相對濕度、干濕循環(huán)等。目前，室內(nèi)加速腐蝕環(huán)境譜設計研究主要包括兩大特點：

1）非唯一性，針對某一外場大氣腐蝕環(huán)境，可以依據(jù)類似的加速關系，制定多個或不同類型的室內(nèi)加速腐蝕試驗譜，如周期浸潤試驗、循環(huán)鹽霧試驗等。

2）加速系數(shù)必須通過腐蝕試驗測定。同一材料、同一加速腐蝕譜對不同外場環(huán)境測得的加速系數(shù)是不同的，不同材料-環(huán)境組合針對相同外場環(huán)境測得的加速系數(shù)也是不同的。目前尚未建立精確的理論模型用于加速腐蝕試驗譜的研究和制定。

室內(nèi)加速腐蝕試驗譜設計過程及制定步驟[7-8]通常為：收集至少1年以上的外場主要腐蝕環(huán)境因素數(shù)據(jù)；室內(nèi)腐蝕加速試驗譜設定；外場環(huán)境模擬譜當量折算為某一標準狀態(tài)的持續(xù)時間；將室內(nèi)加速腐蝕譜當量折算為同一標準狀態(tài)下的持續(xù)時間；內(nèi)外場當量折算時間比較，確定室內(nèi)腐蝕試驗加速倍數(shù)。

以本文研究的某島礁地區(qū)島礁大氣環(huán)境為例，針對Q235碳鋼的室內(nèi)加速試驗譜制定過程如下所述。

1）監(jiān)測和收集高溫、高濕、高鹽霧島礁大氣環(huán)境的常年累積數(shù)據(jù)，降雨和溫濕度累積年譜。

2）針對高溫、高濕、高鹽霧島礁大氣環(huán)境特點，可以采取周期浸潤或循環(huán)鹽霧等腐蝕試驗方式來制定室內(nèi)加速腐蝕試驗譜[16-19]。加速腐蝕采用5%NaCl+ 0.05%Na2SO4+0.05%CaCl2的混合溶液，使用少量稀鹽酸調節(jié)pH為4，此溶液具有很好的島礁大氣環(huán)境腐蝕加速性。潮濕空氣、凝露及干燥空氣等環(huán)境的作用過程，采用溫濕環(huán)境中試樣表面溶液的烘烤過程來模擬，即在溫度t=40 ℃、相對濕度為90%的標準潮濕空氣中使試樣表面溶液烘干至消失?？刂圃嚇颖砻娓稍镒饔脮r間比例約為0.3，與外場暴露試樣全年相對濕度小于70%的比例基本保持一致。依據(jù)上述原則和條件可對室內(nèi)加速腐蝕試驗譜進行初步設定，具體的試驗譜組成將在下文中給予詳細說明。

3）將島礁大氣環(huán)境累積譜折算為標準潮濕空氣的腐蝕當量。將島礁大氣環(huán)境年度累積譜（表5）中各溫度下潮濕空氣作用小時數(shù)按表4數(shù)據(jù)折算為溫度40 ℃、相對濕度90%標準潮濕空氣的作用小時數(shù)為ta= 1209.6 h。將外場降雨作用效果近似等同于相對濕度90%的條件進行處理，則島礁大氣環(huán)境年度累積譜（表5）中降雨小時數(shù)按表7數(shù)據(jù)折算為溫度40 ℃、相對濕度90%標準潮濕空氣的作用小時數(shù)為tb=249.1 h，那么島礁大氣環(huán)境年度累積譜相當于標準潮濕空氣作用時間為：t1=ta+tb=1458.7 h。

4）將加速腐蝕試驗譜折算為標準潮濕空氣的腐蝕當量。首先是NaCl鹽溶液的加速系數(shù)。由表8數(shù)據(jù)可知，采用插值法可得5%NaCl溶液加速系數(shù)約為3.168，對應折算系數(shù)為β1=0.316；其次是稀鹽酸的折算系數(shù)，對于pH=4的稀鹽酸[H+]=10-4mol/L，HCl對應的濃度為10-4mol/L，則鹽酸質量濃度為3.65 mg/L。由表8數(shù)據(jù)可知，濃度為1、2 mg/L的鹽酸相對標準潮濕空氣的折算系數(shù)為0.368、0.292。同樣采用插值法可得3.65 mg/L鹽酸溶液的加速系數(shù)為5.998，對應折算系數(shù)β2=0.167。加速腐蝕試驗譜的綜合加速系數(shù)為9.156。因此，加速腐蝕試驗譜作用1 h相當于溫度40 ℃、相對濕度90%標準潮濕空氣作用9.156 h。

5）將Q235碳鋼在島礁大氣環(huán)境譜下與室內(nèi)加速腐蝕試驗譜下的作用效果進行當量折算。根據(jù)上述計算結果可知，室內(nèi)加速腐蝕試驗譜的當量加速關系為159.3 h/a，即室內(nèi)加速腐蝕試驗譜作用159.3 h（約6.64 d）相當于外場島礁大氣環(huán)境作用1 a的腐蝕當量。

綜上所述，可采用的室內(nèi)加速腐蝕試驗譜詳細設計如下。

1）周期浸潤干濕交替試驗。環(huán)境條件：水浴溫度為(40±1) ℃，空氣溫度為(40±1) ℃，相對濕度RH為90%±2%，腐蝕溶液為5%NaCl+0.05%Na2SO4+ 0.05%CaCl2的混合溶液；干濕交替方式為浸潤時間7.5 min，烘烤時間22.5 min；浸潤周期為30 min。

2）循環(huán)鹽霧干濕交替試驗。腐蝕溶液為5%NaCl+0.05%Na2SO4+0.05%CaCl2的混合溶液。鹽霧噴淋：溫度為(40±1) ℃，持續(xù)2 h，鹽溶液沉降率為1～3 mL/(80 cm2·h)；干燥過程：溫度為(60±1) ℃，RH＜30%，持續(xù)2 h。循環(huán)周期為4 h。

兩種腐蝕試驗方法的循環(huán)次數(shù)需要依據(jù)擬加速驗證的外場環(huán)境作用時間、加速系數(shù)及單次循環(huán)時間進行綜合確定。采用同樣的方法，可以制定鋁合金、不銹鋼等典型金屬材料島礁大氣環(huán)境的室內(nèi)加速腐蝕試驗譜，具體設計時可根據(jù)材料腐蝕特性進行溶液濃度、環(huán)境條件、pH值、單次循環(huán)時間等方面的參數(shù)調整和優(yōu)化[14-19]。這里暫不考慮試驗譜各因素間的協(xié)同腐蝕加速作用，確切的內(nèi)外場試驗腐蝕當量加速關系，還應根據(jù)樣品外場暴露結果與室內(nèi)加速腐蝕結果的全面而深入比對和相關性研究，采用腐蝕程度對比結果進行進一步修正和確定。

由于外場大氣腐蝕因素及材料-環(huán)境作用過程的復雜與瞬變特性，目前實驗室條件下還不具備完善的自然腐蝕環(huán)境模擬及加速試驗與評價方法。針對加速腐蝕試驗中具體加載方式的選?。ɡ琨}霧、干濕交替或全浸潤等）、存在的差別及作用時間的影響，尚缺乏具體的理論依據(jù)和可信的加速腐蝕壽命模型，仍需要通過大氣腐蝕環(huán)境嚴酷度分級、大量的內(nèi)外場腐蝕試驗數(shù)據(jù)積累與分析及結合先進的性能測試與相關性評價手段等研究工作來確定。此外，裝備金屬結構腐蝕仿真已經(jīng)成為加速腐蝕試驗技術的重要發(fā)展方向，歐美等發(fā)達國家相關技術已經(jīng)達到初步工程化應用的階段，代表性腐蝕仿真軟件系統(tǒng)包括美國Corrosion Analyzer、比利時Corrosion Master、英國BEASY等[20]。腐蝕仿真技術可以超越時間、空間和某些試驗技術的限制，有效彌補傳統(tǒng)環(huán)境試驗技術對裝備結構腐蝕損傷快速評估的不足，未來很可能在一定條件下取代許多實際的腐蝕試驗。

5 結語

針對面向島礁環(huán)境服役的裝備用典型金屬材料，開展了基于實測大氣環(huán)境數(shù)據(jù)的室內(nèi)加速腐蝕試驗譜設計與制定研究。

1）歸納了基于實測大氣環(huán)境數(shù)據(jù)處理的環(huán)境譜編制方法，通過灰色關聯(lián)分析得到了影響裝備典型金屬材料腐蝕的主要環(huán)境因素。

2）依據(jù)當量腐蝕加速原理及典型金屬材料的腐蝕當量折算系數(shù)，研究了加速腐蝕試驗譜與島礁大氣環(huán)境譜之間的當量加速轉化關系，建立了室內(nèi)加速腐蝕試驗譜的編制方法和一般步驟。

3）確定的周期浸潤或循環(huán)鹽霧的室內(nèi)加速腐蝕試驗譜及加速關系，可用于地（艦）面武器裝備的結構選材、防護涂層、關鍵構件腐蝕壽命的試驗研究與驗證評定等工作。