[发明专利]一种异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法

权利要求书

1.一种异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法，其特征在于，基于单一金属折算系数理论推导组合结构环境折算系数公式，建立环境折算系数数据库，基于仿真方法，建立异种金属接触时的电偶腐蚀模型，采用电化学测试方法测定组合结构折算系数公式中的待定项，验证电偶腐蚀模型的正确性，补充组合金属结构环境折算系数数据库，选取典型的异种金属组合接触结构进行试验，根据腐蚀损伤表征量来修正异种金属组合结构的加速当量环境谱，从而建立异种金属材料组合结构加速当量环境谱。

2.如权利要求1所述的异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法，其特征在于，所述单一金属折算系数理论为采用异种材料组合结构电偶腐蚀电流I_c作为度量参量，环境因素随时间呈谱状变化，因此结构的腐蚀也是时强时弱呈谱变化，代表金属腐蚀速率的电流I_c也在随时间而变化，对组合金属结构件(接触面积S确定)，在t₁至t₂时间内金属的腐蚀电量可以用积分形式表示：

F为法拉第常数，I_c为腐蚀电流；

在试验室条件下，对同一结构件，由选定的试验谱，其结构试验件的腐蚀电流为I′_c如图2所示，在试验时间t′₁至t′₂之内金属结构的腐蚀电量Q′可表示为：

按腐蚀损伤等效原则，同一结构件在服役环境条件中的腐蚀电量Q在试验室条件下的腐蚀电量Q′，即可建立起两种环境下的等量关系，即：

Q＝Q′ (2)

其中，I_c、I′_c皆为随时间变化的变量，为说明问题方便，将I_c及I′_c作为常数讨论，并设：t＝t₂-t₁；t′＝t′₂-t′₁，于是：

I_c·t＝I′_c·t′ (5)

为了缩短试验时间t′，达到加速试验目的，可将试验环境条件的腐蚀性加重，如提高试验温度、湿度、电解液浓度等方法以提高I′_c值，由式(5)得：

令(记作当量折算系数)，则：

t′＝αt (7)

经当量折算之后，试验时间缩短α倍，达到服役环境与试验室环境当量加速的目的。

3.如权利要求1或2所述的异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法，其特征在于，所述组合结构折算系数是在计算折算关系的过程中，异种金属接触时实际测得的电偶腐蚀电流是由于电偶效应引起的腐蚀速度的增量，因此腐蚀电流为阳极金属自腐蚀电流与电偶电流之和，即

I′_c＝I_s+I_g (8)

式中：I_s为自腐蚀电流，I_g为试验测量得到的电偶电流。且设在求不同NaCl浓度下电偶腐蚀与水介质条件下的折算系数为α时，有

αI′_c＝I_w (9)

则

式中：。

4.如权利要求3所述的异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法，其特征在于，所述待定项为公式(10)中的水介质中腐蚀电流I_w。

5.如权利要求4所述的异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法，其特征在于，所述腐蚀电流I_w是通过腐蚀电流测量装置采用动电位扫描法，并利用VersaStudio软件对试验数据进行采集测量，得到极化曲线；将制备好的两种材料试件及饱和甘汞电极置于溶液中，接入PARSTAT 4000电化学综合测试仪，并利用VersaStudio软件对试验数据进行采集测量，得到该电偶模型下的腐蚀电流。

6.如权利要求5所述的异种金属材料组合结构加速环境谱编制方法，其特征在于，所述建立异种金属接触时的电偶腐蚀模型是运用上节已经测量得到的单一金属材料极化曲线数据定义模型的非线性边界条件；

1)依据铝合金-钛合金组合结构单搭件的几何尺寸，设计电偶腐蚀电极，即确定模型几何形状，进行数字建模；

2)再次设计试验条件，包括电极状态和环境条件；

利用有限元法对异种金属电偶腐蚀预测仿真研究，预测结果包括腐蚀电位分布、电流密度分布和总电流等，根据当量折算系数法，计算不同阴阳极面积比、不同环境条件中铝合金和钛合金发生电偶腐蚀时与水介质中的折算系数，结合实际电化学试验测量得到的电偶电流，证明所建模型和计算结果的正确性。