CN112461734A - 一种加速腐蚀试验的设计方法 - Google Patents

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CN112461734A CN202011205357.5A CN202011205357A CN112461734A CN 112461734 A CN112461734 A CN 112461734A CN 202011205357 A CN202011205357 A CN 202011205357A CN 112461734 A CN112461734 A CN 112461734A
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张生鹏
辛燕
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Abstract

本说明书提供一种加速腐蚀试验的设计方法。具体包括：获取并根据应用环境的腐蚀环境数据，确定对应于预设时间单位的腐蚀环境累积谱；根据所述腐蚀环境累积谱，确定室内加速腐蚀试验谱；将所述腐蚀环境累积谱折算为预设标准状态的第一腐蚀当量；将所述室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的第二腐蚀当量；比较所述第一腐蚀当量和所述第二腐蚀当量，确定室内加速腐蚀试验相对于腐蚀环境累积谱的当量加速关系；根据所述应用环境的预设作用时长和所述当量加速关系，确定所述室内加速腐蚀试验谱的循环次数。这样的方法，有利于对材料进行加速试验，具有效率高，成本低等显著优势。

Description

一种加速腐蚀试验的设计方法
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及检测技术领域，尤其涉及一种加速腐蚀试验的设计方法。
背景技术
随着国际交往的加深，装备产品能否适应全球典型气候区域的自然环境，保持较高的多地域使用的环境适应性和使用寿命指标，成为产品是否能够迅速和以高占有率抢占国际市场的关键要素。尤其是海工机械、航空航天、船舶等行业装备，它们在海洋环境下使用，对装备的构件材料的耐腐蚀性和适海性要求越来越高。
为研究整个日历寿命器件期间所经历的真实自然环境历程，对装备构件材料的耐蚀性的影响，目前大多开展装备服役环境模拟试验或自然环境投放试验。这些方法虽然模拟装备使用环境效应比较真实，但是鉴于装备的设计寿命长，例如可达20年以上，导致试验周期特别长，且需要安排和布置目标地域的专用试验场地，在时间、经费、技术条件上较难实现且代价巨大，已经远远不能满足装备研制及快速更新换代的发展趋势。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种加速腐蚀试验的设计方法，以解决现有技术中构件材料的腐蚀试验的周期长、经费高，难以满足装备研制速度的技术问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种加速腐蚀试验的设计方法，包括：
获取并根据应用环境的腐蚀环境数据，确定对应于预设时间单位的腐蚀环境累积谱；
根据所述腐蚀环境累积谱，确定室内加速腐蚀试验谱；
将所述腐蚀环境累积谱折算为预设标准状态的第一腐蚀当量；
将所述室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的第二腐蚀当量；
比较所述第一腐蚀当量和所述第二腐蚀当量，确定室内加速腐蚀试验相对于腐蚀环境累积谱的当量加速关系；
根据所述应用环境的预设作用时长和所述当量加速关系，确定所述室内加速腐蚀试验谱的循环次数。
进一步的，所述腐蚀环境累积谱包括腐蚀环境因素和持续时间；所述室内加速腐蚀试验谱包括试验条件和试验时间；所述试验条件和所述腐蚀环境因素相匹配；所述试验时间和所述持续时间相匹配。
进一步的，还包括：
获取与所述应用环境对应的腐蚀环境因素和大气监测数据；
根据所述腐蚀环境因素，对所述大气监测数据进行处理得到所述腐蚀环境数据。
进一步的，还包括：
获取待试验材料置于所述应用环境的腐蚀数据以及相应的大气环境数据；其中，所述大气环境数据包括多个环境因素；
根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素。
进一步的，所述根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素的确定步骤，具体包括：
对所述大气环境数据进行预处理，得到预处理数据；
将所述腐蚀数据作为参考序列，将所述预处理数据中的每一环境因素作为比较数列，计算灰色关联度；
根据所述灰色关联度以及预设的筛选条件，确定所述腐蚀环境因素。
进一步的，所述根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素的确定步骤，具体包括：
对所述大气环境数据进行预处理，得到预处理数据；
根据所述腐蚀数据和所述预处理数据，进行主成分分析并建立逻辑回归模型；
根据主成分分析结果以及所述逻辑回归模型，利用逆变换法，得到包括多个环境因素的回归方程；
根据所述回归方程中多个环境因素的系数绝对值以及预设的筛选条件，确定所述腐蚀环境因素。
进一步的，所述腐蚀环境累积谱包括多个腐蚀状态及其持续时间；
所述将所述腐蚀环境累积谱折算为预设标准状态的第一腐蚀当量的步骤，具体包括：
获取待试验材料在预设标准状态的第一腐蚀电流密度；
获取待试验材料在测试状态下的第二腐蚀电流密度；
根据所述第一腐蚀电流密度和所述第二腐蚀电路密度，确定所述材料在测试状态下相对于预设标准状态的环境当量折算系数；
将每一腐蚀状态和所述测试状态进行匹配，确定每一腐蚀状态对应的环境当量折算系数；
根据所述环境当量折算系数和每一腐蚀状态的持续时间，统计得到第一腐蚀当量。
进一步的，所述室内加速腐蚀试验谱包括多个试验条件；
所述将所述室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的第二腐蚀当量的步骤，具体包括:
获取待试验材料在预设标准状态的第一腐蚀电流密度；
获取待试验材料在测试条件下的第三腐蚀电流密度；
根据所述第一腐蚀电流密度和所述第三腐蚀电流密度，确定所述材料在测试条件下相对于预设标准状态的试验当量折算系数；
将每一试验条件和所述测试条件进行匹配，确定每一试验条件对应的试验当量折算系数；
根据所述试验当量折算系数，统计所述第二腐蚀当量。
进一步的，根据所述循环次数和所述室内加速腐蚀试验谱的单次循环时间，确定所述加速腐蚀试验的总时长；根据所述总时长和所述材料的腐蚀特性，调整所述室内加速腐蚀试验谱并重新确定循环次数；所述腐蚀特性根据待测试材料置于应用环境的腐蚀数据确定。
进一步的，所述室内加速腐蚀试验谱的试样方式选自周期浸润和循环盐雾中的一者。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的一种加速腐蚀试验的设计方法，获取并根据应用环境的腐蚀环境数据，确定对应于预设时间单位的腐蚀环境累积谱；根据所述腐蚀环境累积谱，确定室内加速腐蚀试验谱；将所述腐蚀环境累积谱折算为预设标准状态的第一腐蚀当量；将所述室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的第二腐蚀当量；比较所述第一腐蚀当量和所述第二腐蚀当量，确定室内加速腐蚀试验相对于腐蚀环境累积谱的当量加速关系；根据所述应用环境的预设作用时长和所述当量加速关系，确定所述室内加速腐蚀试验谱的循环次数。这样的技术方案，通过腐蚀环境累积谱确定室内加速腐蚀试验谱，利用预设标准状态实现所述腐蚀环境累积谱和所述室内加速腐蚀试验谱的当量折算，从而能够方便的针对预设作用时长确定所述室内加速腐蚀试验谱的单次循环次数，实现加速试验的设计，有利于后续对材料进行加速试验，具有效率高，成本低等显著优势。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例提供的加速腐蚀试验的设计方法的一种流程示意图；
图2为本说明书一个或多个实施例提供的获取腐蚀环境数据的一种方法的流程示意图；
图3为本说明书一个或多个实施例提供的确定腐蚀环境因素的一种方法的流程示意图；
图4为本说明书一个或多个实施例提供的利用灰色关联度确定腐蚀环境因素的一种方法的流程示意图；
图5为本说明书一个或多个实施例提供的确定第一腐蚀当量的一种方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件或方法涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件或者步骤及其等同，而不排除其他元件或者物件或者步骤。
目前，部分装备(例如舰载机)在交付客户使用后，大部分时间处于贮存不工作或停放状态，地面或舰面停放时间一般占到整个使用寿命的90％以上，因此，地面或舰面贮存大气环境成为导致构件材料具有腐蚀损伤的主要因素。由于沿海或岛礁等地区的服役环境是一种湿热和化学联合的腐蚀环境，装备的金属材料在长期贮存过程中不可避免地会出现腐蚀问题，如均匀腐蚀、局部腐蚀、应力作用腐蚀等类型。
在大部分装备产品使用寿命期内，各种环境因素对结构部件的作用过程漫长，具有谱的变化与持续时间长短不同等特点。如果编制与装备日历寿命同步的环境谱用来描述环境因素的全部变化历程，实验室人工模拟再现手段存在较大的困难，即使与日历寿命等长，研究意义也不大。并且，在时间、经费、技术条件上较难实现且代价巨大，已经远远不能满足装备研制及快速更新换代的发展趋势。
鉴于此，本说明书一个或多个实施例提供一种加速腐蚀试验的设计方法。如图1所示，所述设计方法，包括：
步骤101：获取并根据应用环境的腐蚀环境数据，确定对应于预设时间单位的腐蚀环境累积谱。
本领域技术人员能够理解的，自然大气环境因素一般包括气候环境因素和化学腐蚀因素两大类。其中，气候环境因素一般包括气温、湿度、降水、风、雾、气候现象、日照辐射、固体沉降物等。影响结构材料腐蚀的化学环境因素主要包括SO2、
Figure BDA0002756853470000061
NOx、酸雨、盐雾、Cl-等。
进一步地，不同的地理位置，其自然大气环境因素存在差异，例如海岛、沙漠、高原地区。对于某一确定的地理位置，前述自然大气环境因素中的不同环境因素(例如风、气温)对于材料腐蚀的影响程度同样存在不同。
由此，本说明书一个或多个实施例中，所述腐蚀环境数据是指对材料腐蚀具有影响的环境数据。示例性的，所述腐蚀环境数据包括温度数据、相对湿度数据等。进一步地，所述腐蚀环境数据不仅包括环境因素，还包括环境因素的强度、持续时间、发生频率等。
可选地，根据待试验材料和应用环境的具体情况，所述腐蚀环境数据可以包括酸雨、盐雾等。其中，硫氧化物、酸雨是造成工业区大气腐蚀性的关键因素，盐雾是沿海或岛礁地区必须考虑的重要环境因素。
需要说明的是，所述腐蚀环境数据以大量的应用环境的大气检测数据为基础，基于腐蚀环境因素，通过统计、折算等处理方法确定。
可选地，预设时间单位选自月、季度、半年、年等。
示例性的，对于四季分明的地区，所述预设时间单位为年，所述腐蚀环境累积谱为累积年谱。相应的，所述腐蚀环境数据的时间时长至少为一年。这样的方式，能够保证所述腐蚀环境累积谱能够充分反映真是的腐蚀环境。应当理解的，为提高腐蚀环境累积谱的代表性，所述腐蚀环境数据包括多年数据，例如三年、四年。
示例性的，对于无季节区别的地区，所述预设时间单位为月、季度等。这里不再赘述。
需要说明的是，这里的腐蚀环境累积谱以腐蚀环境数据为基础，统计各腐蚀环境因素的强度、作用时间、作用次数以及其组合等，从而定量描述装备在寿命周期历程中所经受的腐蚀环境作用过程。
示例性的，气温的改变会影响腐蚀的反应速率和金属表面水膜的停留时间。在高温高湿条件下，随着温度的升高，金属材料腐蚀速率会显著加快。当环境温度低于0℃时，对结构部件的腐蚀影响很小，所以编制腐蚀环境累积谱时，一般只考虑温度在0℃以上的情况。因此，通常将5～35℃范围按5℃等分为7个温度等级，以温度为参考指标，统计出湿度、降水、凝露、盐雾等其他腐蚀环境因素的作用时间与次数，以及相对湿度大于70％，且温度大于20℃的各温度区段对应的作用时间。
示例性的，金属材料腐蚀存在一个临界的相对湿度，小于该湿度时，金属材料几乎不发生腐蚀；当达到和超过临界湿度时，金属的腐蚀速度才会迅速增加。不同金属或同一金属材料在不同环境中的相对湿度值不尽相同。对于铝合金、合金钢等常见金属材料，目前普遍认为相对湿度临界值为70％，即相对湿度低于70％的可认为是干燥空气。因此，通常统计相对湿度大于70％的作用时间。
示例性的，造成工业性污染和海洋环境大气腐蚀性的因素主要是SO2和Cl－等大气成分含量。在装备服役早期，对结构材料的腐蚀影响较大。因此，通常需统计预设时间单位内上述两种腐蚀介质的平均含量。
需要说明的是，编制腐蚀环境累积谱是做好腐蚀设计与控制、腐蚀环境下结构寿命评定及耐久性分析等工作的关键。
步骤102：根据所述腐蚀环境累积谱，确定室内加速腐蚀试验谱。
可选地，所述室内加速腐蚀试验谱的试样方式选自周期浸润和循环盐雾中的一者。
其中，循环盐雾可以摆脱传统溶液浸润腐蚀方法的局限性，便于实现与其它类型环境应力的协同施加。
开展装备产品材料腐蚀寿命预测通常需要设置较大的室内加速腐蚀试验加速因子，但是加速因子越大，室内试验结果与外场存放结果的相关性越差。为保证室内外腐蚀试验方法具有较好的相关性，加速腐蚀试验一般应遵循以下设计原则：保证室内外试验材料腐蚀失效的电化学机理一致；环境循环作用的过程及特点一致；腐蚀动力学规律一致；腐蚀产物成分相同，且生长顺序一致；具有较高的加速倍率，初期加速倍率值尽可能大一些；多次重复性对比试验的结果再现性好。
需要说明的是，所述室内加速腐蚀试验谱能够体现所述腐蚀环境累积谱所反映的腐蚀环境因素和持续时间特性，从而高效率的模拟所述腐蚀环境累积谱。
作为一个可选的实施例，所述腐蚀环境累积谱包括腐蚀环境因素和持续时间；所述室内加速腐蚀试验谱包括试验条件和试验时间；所述试验条件和所述腐蚀环境因素相匹配；所述试验时间和所述持续时间相匹配。
需要说明的是，所述试验条件和所述腐蚀环境因素相匹配是指所述腐蚀环境因素在所述试验条件中均有体现。所述试验时间和所述持续时间相匹配包括但不限于试验时间规律和持续时间规律相匹配。
示例性的，所述腐蚀环境因素包括温度，由此所述试验条件包括温度控制条件；所述腐蚀环境因素包括盐雾，由此所述试验条件包括盐雾喷淋条件。
步骤103：将所述腐蚀环境累积谱折算为预设标准状态的第一腐蚀当量。
需要说明的是，本领域技术人员根据试验需求，可以对所述预设标准状态进行设置，这里不做具体限定。
示例性的，所述预设标准状态可以是40℃、相对湿度为90％。
示例性的，所述腐蚀环境累积谱包括20℃、相对湿度为70％，持续时间为80h，则可以折算成预设标准状态的持续时间。将所述腐蚀环境累积谱全部折算为预设标准状态的持续时间即可得到第一腐蚀当量。
步骤104：将所述室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的第二腐蚀当量。
示例性的，所述室内加速腐蚀试验谱包括5％NaCl，若试验时间为1h，则可折算成预设标准状态下的3.168h。
步骤105：比较所述第一腐蚀当量和所述第二腐蚀当量，确定室内加速腐蚀试验相对于腐蚀环境累积谱的当量加速关系。
步骤106：根据所述应用环境的预设作用时长和所述当量加速关系，确定所述室内加速腐蚀试验谱的循环次数。
需要说明的是，这里应用环境的预设作用时长为装备在服役地的设计使用寿命。其中，服役地相当于应用环境，例如海岛、沿海港口等。设计使用寿命相当于预设作用时长。
应当理解的，通常预设作用时长远远大于所述腐蚀环境累积谱的预设时间单位，例如预设时间单位是年，则预设作用时长可能是20年。
需要说明的是，若所述第二腐蚀当量按照试验时间为1h来确定、则确定所述室内加速腐蚀试验谱的循环次数时还应当考虑所述室内加速腐蚀试验谱的单次循环时间，具体方案这里不再赘述。
这样的技术方案，通过腐蚀环境累积谱确定室内加速腐蚀试验谱，利用预设标准状态实现所述腐蚀环境累积谱和所述室内加速腐蚀试验谱的当量折算，从而能够方便的针对预设作用时长确定所述室内加速腐蚀试验谱的单次循环次数，实现加速试验的设计，能够有利于后续对材料进行加速试验，具有效率高，成本低等显著优势。
通过采用加速腐蚀的试验方法，能够在较短时间内获得与装备构件地面贮存若干年相同的腐蚀效果，掌握装备关键金属材料的腐蚀损伤的退化规律，为工程上装备关键构件的使用寿命评定提供基础数据和技术支持。
请参阅图2，本说明书一个或多个实施例，还包括腐蚀环境数据获取的步骤。具体地，包括：
步骤201：获取与所述应用环境对应的腐蚀环境因素和大气监测数据。
需要说明的是，若待试验材料在该应用环境对应的腐蚀环境因素是明确的，例如通过文献资料能够获得，则可以直接获取。当然，若待试验材料在该应用环境对应的腐蚀环境因素无法从资料中获取，则所述腐蚀环境因素可以通过前期的筛选试验确定，后续对此作详细阐述。
示例性的，所述腐蚀环境因素包括温度、相对湿度、降雨量等。
应当理解的，所述大气监测数据可以通过当地气相部门获取，也可以由试验人员进行监测得到。所述大气监测数据包括平均气温、平均相对湿度、日照时数、总辐射量、盐雾沉降率、氯离子浓度、降雨量、风速、水溶性尘等。
需要说明的是，所述大气监测数据的时间范围至少应涵盖所述预设时间单位。
示例性的，所述预设时间单位为年，所述大气监测数据至少包括一年的监测数据。
步骤202：根据所述腐蚀环境因素，对所述大气监测数据进行处理得到所述腐蚀环境数据。
需要说明的是，所述大气监测数据包括多个环境因素，所述多个环境因素远多于所述腐蚀环境因素。
利用所述腐蚀环境因素，对所述大气监测数据的多个环境因素进行筛选，能够有效简化大气监测数据且不改变环境作用机理，有利于后续方便的再现环境因素对装备结构的腐蚀或老化作用。
对于所述腐蚀因素无法由文献获得的情况，本说明书一个或多个实施例，还提供了确定腐蚀环境因素的方法。请参阅图3，所述方法具体包括：
步骤301：获取待试验材料置于所述应用环境的腐蚀数据以及相应的大气环境数据；其中，所述大气环境数据包括多个环境因素。
需要说明的是，所述腐蚀数据包括腐蚀速率、点蚀深度等。
示例性的，碳钢试件(Q235)在1个内的腐蚀速率为291.84μm/a(其中，a表示年)。
可选地，根据待试验材料置于应用环境的失效机理和腐蚀特点，可以对大气环境数据进行初步选择，去除和待试验材料腐蚀完全无关的大气环境因素，例如非水溶性尘。
步骤302：根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素。
可选地，所述预设的特征选择方法可以是最优子集法、逐步回归法等。对于最优子集法、逐步回归法的具体方法，不再赘述。
通过这样的方案，能够得到在应用环境中对待试验材料的腐蚀起到主要作用的腐蚀环境因素，有助于得到精确的腐蚀环境累积谱。
为便于本领域技术人员充分理解确定所述腐蚀环境因素的方法，本说明书提供一个可选的实施例。
具体地，请参阅图4，所述根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素的步骤，包括：
步骤401：对所述大气环境数据进行预处理，得到预处理数据。
应当理解的，由于每种环境因素的大小和单位都不同，需要在利用特征选择方法之前对各环境因素数据进行预处理。
可选地，所述预处理方法包括初值化、最小值/最大值化、平均值化和区间值化中的一者或多者。
步骤402：将所述腐蚀数据作为参考序列，将所述预处理数据中的每一环境因素作为比较数列，计算灰色关联度。
这里，需要说明的是，灰色关联理论可以建立材料服役腐蚀过程与主要环境因素变化过程之间的关联性。灰色关联分析计算关联度的主要步骤为：确定比较数列和参考数列；求关联系数；求关联度。
灰色关联表达式及计算过程大致如下所述：
假设X0(k)为待试验材料的腐蚀量的参考数列，Xi(k)为环境因素的比较数列，定义X0(k)和Xi(k)在k时刻的关联系数ξ0i(k)为：
Figure BDA0002756853470000111
如果Δi(k)＝|X0′(k)-Xi′(k)|，那么：
Figure BDA0002756853470000112
式中：ρ为分辨系数，0＜ρ＜1，ρ的具体取值可视具体情况而定，一般取0.5。
Δi(k)为第k时刻，X0和Xi的绝对差；
Figure BDA0002756853470000113
为两级最小差，其中
Figure BDA0002756853470000114
是第一级最小差，其意义表示为在Xi的曲线上，各相应点与X0中各相应点距离的最小值，
Figure BDA0002756853470000115
表示在各曲线找出最小差
Figure BDA0002756853470000116
的基础上，再按i＝1,2,…,m找出所有曲线中最小差的最小差；
Figure BDA0002756853470000117
为两级最大差，其意义与
Figure BDA0002756853470000118
两级最小差类似。
因此，根据此式(2)可以求出Xi(k)和对应的X0(k)之间的关联系数：
ξi＝{ξi(k)|k＝1,2,…n} (3)
定义比较数列对参考数列的灰色关联度为γ(X0,Xi)，则关联度可以表示为：
Figure BDA0002756853470000119
步骤403：根据所述灰色关联度以及预设的筛选条件，确定所述腐蚀环境因素。
需要说明的是，对参考数列和比较数列，其关联度为γi(i＝1,2,…m)，构成了关联序关系，并从大到小进行排列，即可得到灰关联序。从中可确定关联性最大，隶属程度最高的某个序列。即γ最大的序列关联度最大，γ最小的序列关联度最小。
需要说明的是，预设的筛选条件包括γ的设置、腐蚀环境因素的数量中的至少一者。
示例性的，通常来说，当γ＞0.6，即该序列具有较好的关联。预设的筛选条件可以是选择γ＞0.6的前五个环境因素作为腐蚀环境因素。
作为一个可替换的实施例，所述根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素的确定步骤，具体包括：
对所述大气环境数据进行预处理，得到预处理数据。
需要说明的是，本步骤的预处理方法和步骤401类似，这里不做具体赘述。
根据所述腐蚀数据和所述预处理数据，进行主成分分析并建立逻辑回归模型。
这里，主成分分析(principal components analysis,PCA)是一种简化数据集的技术。通过线性变换，把数据变换到一个新的坐标***中，使得任何数据投影的第一大方差在第一个坐标(称为第一主成分)上，第二大方差在第二个坐标(第二主成分)上，依次类推。
这里，对于主成分分析的具体方法不再赘述。
需要说明的是，所述主成分分析结果能够获得多个主成分，例如第一主成分、第二主成分等，利用所述多个主成分能够建立逻辑回归模型。
根据主成分分析结果以及所述逻辑回归模型，利用逆变换法，得到包括多个环境因素的回归方程；
需要说明的是，逆变换法是本领域常用的计算方法，这里不做具体赘述。
根据所述回归方程中多个环境因素的系数绝对值以及预设的筛选条件，确定所述腐蚀环境因素。
这里，预设的筛选条件包括系数绝对值应当满足的条件、腐蚀环境因素的数量等。
通过主成分分析结合逻辑回归模型，能够对多个环境因素进行筛选，可以用较少的计算来选择环境因素，获取最佳的腐蚀环境因素集合。
为了实现对腐蚀环境累积谱的加速模拟，还需要确定所述腐蚀环境累积谱以及室内加速腐蚀试验谱的腐蚀当量。这里，对于本说说明书中确定腐蚀当量的原料进行简单说明。
金属材料在贮存和值班环境条件下，会发生电化学腐蚀效应，出现严重的锈蚀和腐蚀，造成力学性能降低。
金属材料的腐蚀动力学遵循幂函数规律：
D＝Atn (5)
式中：D为腐蚀深度或腐蚀质量损失；t为腐蚀时间；A为腐蚀速率常数，一般为材料第1年腐蚀速率，主要与环境因素腐蚀性等级有关；n为幂指数，数值越小，说明金属材料的耐腐蚀性能越好。
室内外腐蚀试验相关性是指腐蚀机理相同，但作用进程不同的两组腐蚀结果的等量对比。当量腐蚀加速关系就是在腐蚀等量前提下，加速腐蚀谱作用时间与外场自然环境腐蚀作用时间的比较关系。由于金属材料在大气环境下主要发生电化学腐蚀反应，电化学腐蚀反应过程中，电荷的转移与反应物质之间有着密切的等量关系，且服从法拉第定律。因此，可以使用腐蚀电流Ic为度量参量编制大气环境加速腐蚀试验谱。对于给定金属材料，虽然外界环境因素随时间的变化呈谱状的变化规律，材料在特定环境下的腐蚀也时强时弱，腐蚀电流密度Ic也随着时间而变化。但是在暴露时间t内，金属的腐蚀电量Q可用积分形式表示为：
Figure BDA0002756853470000131
式中：F为法拉第常数；Ic为不同环境中的电流；t为环境作用时间。
对于给定的金属材料及其组合，若在现场环境条件下的电流为Ic，暴露时间为t，腐蚀量为Q；而其加速腐蚀试验谱作用下的腐蚀电流为I′c，试验时间为t′，腐蚀量为Q′，根据式(6)则有：
Figure BDA0002756853470000132
根据腐蚀量相等准则Q＝Q′，得出：
Ict＝I′ct′ (8)
由此得到：
Figure BDA0002756853470000141
引入折算系数，即加速因子：
Figure BDA0002756853470000142
则有：
t′＝αt (11)
式(11)给出了两种环境中腐蚀量相等对应的作用时间关系，是用当量折算法建立加速试验谱与大气环境谱作用时间之间当量关系的基础。
利用当量折算法，以法拉第定律为基础，认为金属材料的腐蚀失效主要是由电化学腐蚀引起的。在电化学反映过程中，电荷量的转移与反应物的变化量之间存在等量关系，使加速环境谱下的腐蚀电量等于应用环境中的腐蚀电量，进而确定加速腐蚀试验谱与腐蚀环境累积谱之间的当量关系。
腐蚀极化曲线可以作为表征当量腐蚀原理的重要手段，既能反映腐蚀过程的阴阳极过程变化，表征腐蚀机理，也能测定腐蚀电流大小。腐蚀极化曲线的测定与比较在确定室内腐蚀相关性加速因子的过程中可以发挥重要作用。一方面，室内外两组腐蚀试验过程测得的极化曲线形状必须基本一致，代表室内外腐蚀过程的机理基本一致；另一方面，依据当量加速关系原理用测定的腐蚀电流密度可以计算腐蚀加速比。
本说明书一个或多个实施例中，提供一种第一腐蚀当量的确定方案。
具体地，所述腐蚀环境累积谱包括多个腐蚀状态及其持续时间；
请参阅图5，所述将所述腐蚀环境累积谱折算为预设标准状态的第一腐蚀当量的步骤，具体包括：
步骤501：获取待试验材料在预设标准状态的第一腐蚀电流密度。
这里，预设标准状态如前所述，不再赘述。
步骤502：获取待试验材料在测试状态下的第二腐蚀电流密度。
需要说明的是，所述测试状态包括不同温度、湿度的组合。例如，相对湿度70％、温度20℃，相对湿度80％，温度35℃等。
步骤503：根据所述第一腐蚀电流密度和所述第二腐蚀电路密度，确定所述材料在测试状态下相对于预设标准状态的环境当量折算系数。示例性的，所述当量折算系数如表1所示。其中，预设标准状态对应相对湿度90％，温度40℃。
表1测试状态与预设标准状态的折算系数
Figure BDA0002756853470000151
步骤504：将每一腐蚀状态和所述测试状态进行匹配，确定每一腐蚀状态对应的环境当量折算系数。
需要说明的是，所述腐蚀环境累积谱包括多个腐蚀状态，不同的腐蚀状态对应不同的折算系数，因此需要对每一腐蚀状态和测试状态进行匹配。
步骤505：根据所述环境当量折算系数和每一腐蚀状态的持续时间，统计得到第一腐蚀当量。
这样的技术方案，基于法拉第定律，利用预设标准状态实现对所述腐蚀环境累积谱的当量折算，能够有效保障当量折算的准确性和可重复性。
本说明书一个或多个实施例，所述室内加速腐蚀试验谱包括多个试验条件；
所述将所述室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的第二腐蚀当量的步骤，具体包括:
获取待试验材料在预设标准状态的第一腐蚀电流密度。
这里，获取的第一腐蚀电流密度与前述步骤501一致，不再赘述。
获取待试验材料在测试条件下的第三腐蚀电流密度。
需要说明的是，所述测试条件包括水、不同浓度的NaCl溶液、酸溶液等。
需要说明的是，利用大气腐蚀检测仪(ACM)、自制电极及湿热环境箱，测量待测金属材料在试验温度为40℃、相对湿度为90％(预设标准状态，例如标准潮湿空气)时的腐蚀电流密度(40℃，RH90％)，以及测量待测材料在测试条件下的腐蚀电流密度。
根据所述第一腐蚀电流密度和所述第三腐蚀电流密度，确定所述材料在测试条件下相对于预设标准状态的试验当量折算系数。
以温度为40℃、相对湿度为90％作为加速腐蚀试验的预设标准条件，获得待测材料在测试条件下相对于预设标准条件的当量折算系数，详见表2。
表2不同测试条件与水介质的折算系数
Figure BDA0002756853470000161
Figure BDA0002756853470000171
将每一试验条件和所述测试条件进行匹配，确定每一试验条件对应的试验当量折算系数。
需要说明的是，所述试验条件不同，则对应的当量折算系数不同。
可选地，为便于简化处理，所述试验条件与所述预设标准状态具有相同的温度。
根据所述试验当量折算系数，统计所述第二腐蚀当量。
这样的技术方案，基于法拉第定律，利用预设标准状态实现对所述加速腐蚀试验谱的当量折算，能够有效保障当量折算的准确性和可重复性。
进一步地，当所述试验条件无匹配的测试条件时，则根据测试条件和所述试验条件，利用插值法计算对应的试验当量折算系数。
本说明书一个或多个实施例，还包括：根据所述循环次数和所述单次循环时间，确定所述加速腐蚀试验的总时长；根据所述总时长和所述材料的腐蚀特性，调整所述室内加速腐蚀试验谱并重新确定循环次数；所述腐蚀特性根据所述待测试材料置于应用环境的腐蚀数据确定。
这里，所述腐蚀特性包括但不限于腐蚀速率。
这里，调整所述室内加速腐蚀试验谱，具体可以是盐溶液浓度、pH值、温度等参数，从而实现加速倍数的调整。
通过这样的技术方案，能够实现对室内加速腐蚀试验的总时长进行调整，使得加速腐蚀试验的方案更加便于操作实现。
本说明书一个或多个实施例揭露的加速腐蚀试验谱设计方法，具有适用性强，应用领域广泛，可用于多种大气自然环境类型及装备结构材料的加速腐蚀试验；该试验谱加速腐蚀倍率较高，可以在较短时间内暴露结构材料的腐蚀行为与电化学腐蚀机理，与外场腐蚀行为与失效机理基本一致。通过室内加速腐蚀试验，能够对装备金属和合金材料及镀层工艺的耐腐蚀性进行快速验证和筛选，对装备结构材料的腐蚀寿命进行快速验证和预测。
进一步地，所述方法适用于装备结构广泛使用的大多数金属、合金及其镀层类材料与工艺。
需要说明的是，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
以下通过碳钢试件(Q235)作为待试验材料，以某典型大气环境(海岛)作为应用环境，对本说明书提供的设计方法作进一步说明。
根据碳钢试件(Q235)在典型大气环境中的现场暴露试验数据，用μm/a描述Q235的腐蚀速率，不同试验周期试件的平均腐蚀速率，示例性如表3。
表3 Q235在典型大气环境中暴露不同周期的腐蚀速率
Figure BDA0002756853470000181
根据碳钢在典型大气环境中的失效机理和腐蚀特点，初步选择7个影响腐蚀过程和腐蚀寿命的因素进行灰色关联度分析，按每4个月的数据进行统计分析的初始值见表4。
表4典型大气环境主要腐蚀因素时间数据
Figure BDA0002756853470000182
这里，预处理方法采用平均值化处理表4中的数据，其结果如表5所示。
表5典型大气环境主要腐蚀因素平均值化结果
Figure BDA0002756853470000183
Figure BDA0002756853470000191
利用前述的灰色关联度计算和分析方法，对Q235平均腐蚀速率与大气环境主要腐蚀因素之间的灰色关联度进行计算和排序，结果见表6。从表6中可以看出，影响Q235腐蚀过程的主要因素(对应腐蚀环境因素)是降雨量、相对湿度、温度、盐雾沉降等，并且它们之间的关联度值相差较小，对腐蚀过程造成的作用效果比较接近。通过类似的方法，可以对铝合金、不锈钢等材料的腐蚀影响因素进行筛选。
表6 Q235典型大气环境中腐蚀速率与环境因素的灰色关联度及排序
Figure BDA0002756853470000192
获取典型大气环境4年期的大气监测数据(可参考表4)，利用灰色关联度方法确定的腐蚀环境因素，对大气监测数据进行选取和简化，得到腐蚀环境数据。
由于该气候地区几乎常年处于高温高湿的气候环境，数据统计结果显示，气温低于20℃及高于35℃的时间在一年中所占的时间比例很小，对装备的影响可以忽略不计。由此，主要按照25℃和30℃两个温度区间，对腐蚀环境数据进行温湿度及雨雾等腐蚀环境因素的持续时间按照年度进行累计计算，温湿度谱及雨雾谱编制结果见表7和表8。其中全年湿度小于70％的比例约为27％。
表7大气温湿度及雨雾年度累积谱
Figure BDA0002756853470000201
表8大气环境年度谱构成
Figure BDA0002756853470000202
针对所述腐蚀环境累积谱(例如大气温湿度及雨雾年度累积谱、大气环境年度谱构成)具有的高温、高湿、高盐雾的大气环境特点，可以采取周期浸润或循环盐雾等腐蚀试验方式来制定室内加速腐蚀试验谱。
加速腐蚀采用5％NaCl+0.05％Na2SO4+0.05％CaCl2的混合溶液，使用少量稀盐酸调节pH为4，此溶液具有很好的典型大气环境腐蚀加速性。潮湿空气、凝露及干燥空气等环境的作用过程，采用温湿环境中试样表面溶液的烘烤过程来模拟，即在温度t＝40℃、相对湿度为90％的预设标准状态使试样表面溶液烘干至消失。由此，可对室内加速腐蚀试验谱进行初步设定，具体的试验谱组成如下：
(a)腐蚀溶液为5％NaCl+0.05％Na2SO4+0.05％CaCl2的混合溶液；
(b)盐雾喷淋：温度为(40±1)℃，持续4h，盐溶液沉降率为1～3mL/(80cm2·h)；
(c)干燥过程：温度为(60±1)℃，RH＜30％，持续4h；
(d)单次循环周期为8h，干湿过程转化时间不大于0.5h。
将腐蚀环境累积谱(参考表7和表8)折算为预设标准状态的腐蚀当量。将大气环境年度累积谱(表8)中各温度下潮湿空气作用小时数按表1数据折算为温度40℃、相对湿度90％预设标准状态的作用小时数为ta＝1209.6h。将外场降雨作用效果近似等同于相对湿度90％的条件进行处理，则大气环境年度累积谱(表8)中降雨小时数按表1数据折算为温度40℃、相对湿度90％预设标准状态的作用小时数为tb＝249.1h，那么大气环境年度累积谱相当于预设标准状态作用时间为：t1＝ta+tb＝1458.7h。
将室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的腐蚀当量。首先是NaCl盐溶液的加速系数。由表2数据可知，采用插值法可得5％NaCl溶液加速系数约为3.168，对应折算系数为β1＝0.316；其次是稀盐酸的折算系数，对于pH＝4的稀盐酸[H+]＝10－4mol/L，HCl对应的浓度为10－4mol/L，则盐酸质量浓度为3.65mg/L。由表2数据可知，浓度为1、2mg/L的盐酸相对预设标准状态的折算系数为0.368、0.292。同样采用插值法可得3.65mg/L盐酸溶液的加速系数为5.998，对应折算系数β2＝0.167。加速腐蚀试验谱的综合加速系数为9.156。因此，加速腐蚀试验谱作用1h相当于温度40℃、相对湿度90％预设标准状态作用9.156h。
将Q235碳钢在大气环境谱下与室内加速腐蚀试验谱下的作用效果进行当量折算。根据上述计算结果可知，室内加速腐蚀试验谱的当量加速关系为159.3h/a，即室内加速腐蚀试验谱作用159.3h(约6.64d)相当于外场大气环境作用1a的腐蚀当量。
最后根据典型大气环境的预计作用时长(例如20年)、当量加速系数及单次循环时间进行综合确定所述室内加速腐蚀试验谱的循环次数。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加速腐蚀试验的设计方法，其特征在于，包括：
获取并根据应用环境的腐蚀环境数据，确定对应于预设时间单位的腐蚀环境累积谱；
根据所述腐蚀环境累积谱，确定室内加速腐蚀试验谱；
将所述腐蚀环境累积谱折算为预设标准状态的第一腐蚀当量；
将所述室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的第二腐蚀当量；
比较所述第一腐蚀当量和所述第二腐蚀当量，确定室内加速腐蚀试验相对于腐蚀环境累积谱的当量加速关系；
根据所述应用环境的预设作用时长和所述当量加速关系，确定所述室内加速腐蚀试验谱的循环次数。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述腐蚀环境累积谱包括腐蚀环境因素和持续时间；所述室内加速腐蚀试验谱包括试验条件和试验时间；所述试验条件和所述腐蚀环境因素相匹配；所述试验时间和所述持续时间相匹配。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，还包括：
获取与所述应用环境对应的腐蚀环境因素和大气监测数据；
根据所述腐蚀环境因素，对所述大气监测数据进行处理得到所述腐蚀环境数据。
4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，还包括：
获取待试验材料置于所述应用环境的腐蚀数据以及相应的大气环境数据；其中，所述大气环境数据包括多个环境因素；
根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素的确定步骤，具体包括：
对所述大气环境数据进行预处理，得到预处理数据；
将所述腐蚀数据作为参考序列，将所述预处理数据中的每一环境因素作为比较数列，计算灰色关联度；
根据所述灰色关联度以及预设的筛选条件，确定所述腐蚀环境因素。
6.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述腐蚀数据和所述大气环境数据，通过预设的特征选择方法，对所述多个环境因素进行筛选，确定所述腐蚀环境因素的确定步骤，具体包括：
对所述大气环境数据进行预处理，得到预处理数据；
根据所述腐蚀数据和所述预处理数据，进行主成分分析并建立逻辑回归模型；
根据主成分分析结果以及所述逻辑回归模型，利用逆变换法，得到包括多个环境因素的回归方程；
根据所述回归方程中多个环境因素的系数绝对值以及预设的筛选条件，确定所述腐蚀环境因素。
7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述腐蚀环境累积谱包括多个腐蚀状态及其持续时间；
所述将所述腐蚀环境累积谱折算为预设标准状态的第一腐蚀当量的步骤，具体包括：
获取待试验材料在预设标准状态的第一腐蚀电流密度；
获取待试验材料在测试状态下的第二腐蚀电流密度；
根据所述第一腐蚀电流密度和所述第二腐蚀电路密度，确定所述材料在测试状态下相对于预设标准状态的环境当量折算系数；
将每一腐蚀状态和所述测试状态进行匹配，确定每一腐蚀状态对应的环境当量折算系数；
根据所述环境当量折算系数和每一腐蚀状态的持续时间，统计得到第一腐蚀当量。
8.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述室内加速腐蚀试验谱包括多个试验条件；
所述将所述室内加速腐蚀试验谱折算为预设标准状态的第二腐蚀当量的步骤，具体包括:
获取待试验材料在预设标准状态的第一腐蚀电流密度；
获取待试验材料在测试条件下的第三腐蚀电流密度；
根据所述第一腐蚀电流密度和所述第三腐蚀电流密度，确定所述材料在测试条件下相对于预设标准状态的试验当量折算系数；
将每一试验条件和所述测试条件进行匹配，确定每一试验条件对应的试验当量折算系数；
根据所述试验当量折算系数，统计所述第二腐蚀当量。
9.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据所述循环次数和所述室内加速腐蚀试验谱的单次循环时间，确定所述加速腐蚀试验的总时长；根据所述总时长和所述材料的腐蚀特性，调整所述室内加速腐蚀试验谱并重新确定循环次数；所述腐蚀特性根据待测试材料置于应用环境的腐蚀数据确定。
10.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述室内加速腐蚀试验谱的试样方式选自周期浸润和循环盐雾中的一者。
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