铝合金表面腐蚀损伤面积等效方法分析

王金栋，陈定海，姜晓明，冯涛（海军91049部队，山东 青岛 266102）

铝合金表面腐蚀损伤面积等效方法分析

王金栋，陈定海，姜晓明，冯涛
（海军91049部队，山东 青岛 266102）

目的 研究铝合金表面腐蚀损伤面积等效的方法。方法 利用KH-7700三维光学显微镜进行腐蚀图像处理，通过椭圆等规则几何图形修正腐蚀损伤面积，并结合Gumbel、正态、双参数威布尔及对数正态四种分布模型行对腐蚀损伤修正面积进行分布检验分析。结果 对比相关系数，得出腐蚀损伤修正面积服从正态分布模型优于Gumbel、对数正态及双参数威布尔三种分布模型。结论 矩形内切椭圆能较真实地反映腐蚀损伤的面积，可为工程实践使用腐蚀损伤定量分析时，提供技术支持。

腐蚀损伤；面积等效；铝合金

随着服役年限增加，装备结构表面易出现腐蚀损伤，在外力作用下，腐蚀损伤容易形成疲劳源，加速疲劳裂纹扩展，缩短装备使用寿命[1—10]。腐蚀图像直观地记录着腐蚀形貌发生的区域、分布情况及严重程度，然腐蚀形貌常是不光滑、不规则、凸凹起伏的，这样定性和定量地描述观察腐蚀形貌对研究腐蚀损伤规律有着极其重要的作用[11—15]。

文中以铝合金材料为研究对象，利用KH-7700三维光学显微镜进行腐蚀图像处理，通过椭圆形、圆形、矩形等规则几何图形修正腐蚀面积，并结合Gumbel、正态、双参数威布尔及对数正态四种分布模型行对腐蚀损伤修正面积进行分布检验分析，为工程实践使用腐蚀损伤定量分析时，提供技术支持。

1　腐蚀试验

以铝合金6A02材料为研究对象，该铝合金属于Al-Mg-Si-Cu系，其主要成分（以质量分数计）为：Si 0.4%～0.8%，Fe 0.7%，Cu 0.15%～0.4%，Mn 0.15%，Mg 0.6%～1.2%，Zn 0.25%，Ti 0.15%，Al余量。其试验件形状尺寸如图1所示。采用某装备服役区域环境加速谱，在试验室内进行加速腐蚀试验，工作温度为（40± 2）℃，试验溶液配制按95份蒸馏水与5份NaCl（分析纯）配置体积浓度为5%的NaCl溶液，再加入适量的稀硫酸，使配制的NaCl溶液pH=4.0±0.2。采取周期浸润方式，加速腐蚀相当于该装备服役8年的时间后，取出试验件进行清洗，得到腐蚀试验件，其表面如图2所示。

图1　试验件设计尺寸（单位：mm，厚度h=7 mm）Fig.1 The size of the specimen（Unit：mm，h=7 mm）

图2　腐蚀后的试验件表面Fig.2 The surface of test specimen after corrosion

2　面积修正检验分析

利用KH-7700三维光学显微镜采集腐蚀损伤表面图像，得到腐蚀损伤形貌，利用椭圆、圆形、矩形等不同规则几何图形修正腐蚀损伤面积，如图3所示（图中，人为用折线贴近腐蚀损伤所围成的面积认为是腐蚀损伤真实面积），其修正系数也不尽相同，不同规则几何图像面积修正系数统计见表1。

图3　腐蚀损伤面积修正Fig.3 Correction of corrosion area image

利用Gumbel、正态、双参数威布尔及对数正态四种分布模型对腐蚀损伤修正面积进行分布检验分析。

1）Gumbel（Ⅰ型极大值）分布概率密度函数f（D）和分布函数F（D）为：

2）正态分布概率密度函数（fD）和分布函数F（D）为：

3）对数正态分布概率密度函数和分布函数为：

4）双参数威布尔概率密度函数和分布函数为：

利用这四种分布函数拟合不同规则几何图形修正面积的分布情况，如图4—6所示，不同分布函数的相关系数统计见表2，面积修正系数统计见表3。

从表2、表3可知：对比相关系数，得到不同腐蚀损伤进行圆形、矩形和矩形内切椭圆的面积修正，它们的修正面积服从正态分布优于Gumbel、对数正态及双参数威布尔分布模型。矩形内切椭圆修正面积更加接近腐蚀损伤真实面积，腐蚀损伤面积修正系数的分布函数为：

表1　腐蚀损伤面积修正系数统计Table 1 The statistics table of coefficient for corrosion area correction

表2　不同分布函数相关系数统计Table 2　The table of the correlation coefficients of different distribution functions

表3　面积修正系数Table 3 Table of area correction factor

图4　圆形面积修正系数统计分布Fig.4 Statistical figure of the circular area correction factor

图5　矩形面积修正系数统计分布Fig.5 Statistical figure of the rectangle area correction factor

图6　矩形内切椭圆面积修正系数统计分布Fig.6 Statistical figure of the rectangle inscribed ellipse area correction factor

3　结论

1）对比相关系数，得出腐蚀损伤修正面积服从正态分布模型优于Gumbel、对数正态及双参数威布尔三种分布模型。

2）矩形内切椭圆能较真实地反映腐蚀损伤的面积，在工程实践使用腐蚀损伤定量分析时，能方便快捷计算出腐蚀损伤面积。

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Equivalent Method of Surface Corrosion Damage Area of Aluminum Alloy

WANG Jin-dong，CHEN Ding-hai，JIANG Xiao-ming，FENG 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

王金栋（1965—），男，山东诸城人，硕士，高级工程师，主要研究方向为材料可靠性。

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