某型機載電子干擾吊艙環境適應性研究初探

張娜，陶東香，陳川

（海軍航空大學青島校區，青島 266041）

引言

機載電子干擾吊艙是飛機電子干擾的核心設備，通常外掛于飛機機翼或機身底部，其結構材料在服役過程中易受環境作用而產生腐蝕損傷。腐蝕損傷的產生易誘發兩方面問題[1-3]：一是在疲勞載荷作用下腐蝕損傷部位易誘發結構疲勞裂紋萌生，縮短裂紋萌生壽命，降低裝備服役壽命；二是腐蝕損傷易誘發相關電氣線路故障，降低裝備使用的可靠性。上述兩方面問題隨著吊艙服役年限的增加而會愈發凸顯，問題產生的根本屬于機載電子干擾吊艙環境適應性范疇，需在其研制過程中開展環境試驗，對其結構及其防護體系進行耐蝕性考核。考核方式若采取真實服役環境并與裝備同壽的方式開展，則技術難度較大、研制周期較長、所需經費較多，因而通常在實驗室采用模擬真實服役環境的仿真加速腐蝕試驗方法開展，為保證實驗室加速腐蝕試驗結果真實、可信、有效，前提需開展加速腐蝕與服役環境腐蝕之間的當量折算關系研究[4-7]，這是解決機載電子干擾吊艙環境適應性問題的前提。

為此，本文根據某新型機載電子干擾吊艙環境適應性研究需要，以其主體結構1Cr12Ni系列合金鋼材料為研究對象，針對其在服役環境中為電化學腐蝕、并受服役環境中Cl-和SO42-主導的現實，本文開展該材料試件于5 % NaCl溶液、4 mg/L H2SO4溶液以及標準自來水中電化學腐蝕試驗，利用極化曲線，獲得其在上述溶液中的腐蝕電流密度，進而根據等腐蝕損傷當量關系理論，獲取其在上述溶液中當量折算系數，由此為新型機載電子干擾吊艙結構材料后續實驗室加速腐蝕試驗的開展提供數據分析基礎。

1 當量關系理論

當量關系是聯系并等效航空裝備服役環境腐蝕與實驗室環境仿真加速腐蝕之間的橋梁，目前已成熟應用于多型航空裝備環境適應性的環境考核試驗方面。該關系理論的核心是腐蝕損傷等效，包括腐蝕損傷程度等效與腐蝕損傷模式等效，即航空材料在服役環境下和加速腐蝕環境下，腐蝕失效模式相似、腐蝕損傷程度相同時，服役環境作用時間T與加速腐蝕環境下作用的時間t之間的比值，表達形式為：

式中：

k— 通常稱為當量折算系數，通常k＜1 ，T的單位為年，t的單位為小時，由此可見k的物理意義是航空材料加速環境下腐蝕1 h，其腐蝕失效模式與腐蝕損傷程度與其在服役環境下機場環境腐蝕k年的腐蝕量相同。

由上述可知，腐蝕損傷等效是當量關系核心，因而腐蝕損傷表達方式不同，則當量關系就可有不同實現方式，遵循腐蝕程度、等腐蝕損傷則等疲勞壽命的思想，確定不同環境間的當量關系通常可以采用以下三種方法[4-8]：①當量折算法；②腐蝕程度對比法；③疲勞強度對比法。上述三種方法中，當量折算法是航空金屬材料不同環境下電化學腐蝕分析中采用的方法，該方法建立當量關系遵循金屬材料電化學法拉第定律，即腐蝕損傷可以由腐蝕電流量化表示，采用航空金屬材料在不同介質環境中腐蝕電流建立等效關系進而進行折算，由于機載電子干擾吊艙主體結構1Cr12Ni系列合金鋼在含有腐蝕介質的潮濕大氣環境中腐蝕類型是電化學腐蝕[8-11]，腐蝕損傷見式（2）量化：

式中：

ΔW—材料腐蝕損失質量；

ε—電化當量；

Q—材料腐蝕電量；

Ic—材料電化學腐蝕電流；

S—材料腐蝕區域的表面積；

—材料電化學腐蝕的電流密度。

依據式（2），同一航空材料兩種環境下電化學腐蝕，依托其腐蝕損失質量相等關系式，由此即可推導出由不同環境下電流密度的當量折算系數表達式[12,13]，推導過程不在此展開，具體見式（3）所示：

2 電化學腐蝕試驗

試驗材料為某新型機載電子干擾吊艙主體合金鋼結構材料，為1Cr12Ni系列合金鋼。材料初始狀態如圖1中（a）所示，為后續試驗件制作需要，需對其進行線切割，得到半徑為6 mm、高為9.8 mm的規則圓柱體，如圖1中（b）所示，對其進行清洗后，使用環氧樹脂、三乙烯四胺、銅導線、10 mm的PVC管等，將其制成用于電化學試驗的試件，如圖2所示。

圖1 1Cr12Ni系列合金鋼材料

圖2 1Cr12Ni系列合金鋼電化學試件

電化學試驗采用標準三電極方式開展，試驗儀器為普林斯頓4000（PARSTA 4000），三電極分別為：工作電極是電化學試件（Work Electrode，簡稱WE），參比電極為飽和甘汞電極為（Reference Electrode，簡稱RE），對電極為鉑電極為（Counter Electrode，簡稱CE），電流測量方法設置為動電位掃描，參數設置為：采樣間隔為1 mV/s，掃描電壓為-0.8～0.4 V，靜置時間為1～2 h，電化學測量過程如圖3所示。

為保證試驗數據具有統計意義，要求在同種典型環境條件下、同種試驗設置條件下，試驗重復5次。而本文為后續研究需要考量不同溶液介質環境間1Cr12Ni系列合金鋼材料的當量折算系數，故選取了三種典型介質溶液環境條件，分別是試驗溶液分別為質量分數5 %NaCl溶液、4 mg/L H2SO4溶液以及標準自來水。1Cr12Ni系列合金鋼材料試件于典型介質溶液中電化學腐蝕后的表面形貌如圖4所示。

圖3 電化學測量過程示意圖

圖4 電化學試件腐蝕形貌

3 試驗結果及分析

1Cr12Ni系列合金鋼試件，不同溶液中電化學腐蝕開路電位和自腐蝕電流密度圖如圖5中所示。

相關數據統計值如表1所示。

圖5 電化學腐蝕特性

表1 典型溶液中的電化學腐蝕參量

表2 典型溶液間當量折算系數

依據式（3），以標準自來水中試驗數據為基準，采用表1中數據計算，得到1Cr12Ni系列合金鋼材料在典型介質環境條件下的當量折算系數，結果如表2所示。

對以上試驗結果進行分析，結果表明，電子干擾吊艙1Cr12Ni系列合金鋼在不同溶液中電化學腐蝕行為相似，但腐蝕熱力學或動力學存在差異，即含H2SO4電解質對于該結構鋼的腐蝕加速作用最為明顯，含NaCl電解質的腐蝕加速作用較弱。基于此特征，在進行實驗室加速腐蝕試驗時，以不改變該結構鋼的腐蝕機理為前提，通過調節電解質中H2SO4濃度改變加速周期將會收到明顯效果。

4 結論

本文開展新型機載電子干擾吊艙1Cr12Ni系列合金鋼材料試件于5 % NaCl溶液、4 mg/L H2SO4溶液以及標準自來水中標準三電極電化學腐蝕試驗，量化分析了該材料于上述溶液中電化學腐蝕試驗數據，并結合當量折算法，計算出該材料于典型介質溶液間的等腐蝕損傷的當量關系。主要結論如下：

1）相對于在標準自來水中，H2SO4電解質對于1Cr12Ni系列合金鋼的腐蝕加速作用最為明顯，含NaCl電解質的腐蝕加速作用次之；

2）1Cr12Ni系列合金鋼材料相對于標準自來水，在5 % NaCl溶液、4 mg/L H2SO4溶液下腐蝕的當量折算系數分別是0.219 4和0.073 5。