航空铝合金材料腐蚀损伤研究

摘 要：对航空LY12CZ铝合金试验件进行了腐蚀试验，提取了孔蚀率、蚀坑分形维数、蚀坑半径、灰度值、能量值共计五种腐蚀图像特征值。通过灰色预测方法对腐蚀图像特征值与腐蚀损伤之间的关系进行了研究，构建了基于图像特征值的GM（1，5）和GM（1，6）腐蚀损伤预测模型，模型计算所得蚀坑深度与实测蚀坑深度较为接近，结果合理。

关键词：铝合金 腐蚀图像 腐蚀损伤 灰色模型

中图分类号：V250 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（c）-0213-02

腐蚀是飞机结构的一种主要损伤形式，是飞行故障及灾难的主要原因之一，特别是在我国沿海地区，服役过程中发现飞机机体腐蚀问题相当严重。腐蚀图像反映了材料腐蚀表面的起伏变化和腐蚀的程度，因此对腐蚀图像加以研究，找出其中包含着的腐蚀信息，并建立适当的方法将这些信息用于腐蚀损伤的研究是非常必要的。

1 预腐蚀试验

1.1 试验件

试验件采用平板状试件，由LY12CZ铝合金材料制成，其尺寸如图1所示。

1.2 试验方案

采用酸性NaCl溶液浸泡，具体配比为5%的NaCl溶液中加入5%的稀硫酸使其pH=4±0.2，溶液温度为室温。在试验过程中，每隔5天利用KH-7700数字显微镜对试件进行一次拍照，整个试验周期为40天，此时试验件尚处于点蚀阶段。

1.3 试验结果

通过预腐蚀试验，最终共获得14组不同腐蚀时间试件的腐蚀表面照片，如图2所示。

从图2中可以看出，腐蚀时间为20天的试件形成的腐蚀坑，表面积较小且分布稀疏，与之相应，腐蚀坑的深度也较小。腐蚀时间为40天的试件表面积明显加大，部分相邻蚀坑之间发生了相互交错结合的情况，此时的腐蚀坑深度也明显增加。上述现象反映了腐蚀表面形貌与腐蚀损伤程度（蚀坑深度）之间在发展趋势上确实存在着某种内在联系和一致性。

此外，该文还利用KH-7700数字显微镜的实时3D图像合成功能，并结合该设备自带软件计算得到了不同腐蚀时间的最大点蚀坑深度，其基本测量原理为国标GB/T18590-2001所述的点蚀坑深度变焦显微测量法，具体测量结果见表1。

2 腐蚀图像特征值的提取

通过数字图像处理技术从拍摄得到的腐蚀照片中提取了孔蚀率、蚀坑分形维数、点蚀坑半径、图像灰度值、能量值，共计五种腐蚀图像特征值，见表1。可以看出，随着腐蚀时间的延长，腐蚀程度的加深，蚀坑半径、孔蚀率、蚀坑分形维数均呈现出增大的趋势，而图像的灰度值和能量值则在整体上呈现出减小的趋势。

3 基于腐蚀图像特征值的腐蚀损伤研究

采用灰色预测方法对图像特征值和腐蚀损伤量之间的关系加以研究，所建模型为多变量灰色预测模型GM（1，5）和GM（1，6），其中，作为变量的是五种腐蚀图像特征值以及腐蚀时间t。计算结果见图3。

图3中以五种腐蚀图像特征值孔蚀率、蚀坑半径、灰度值、能量值、蚀坑分形维数作为变量建立了GM（1，5）预测模型，将腐蚀时间小于30天的11组数据作为已知变量，利用所建模型对腐蚀时间大于30天的试件蚀坑深度进行预测，（为图中所对应的12、13、14三个数据点）。从图中可以看出，此时五变量灰色模型的预测结果与真实值吻合较好，平均相对误差为15.49%，而引入了时间变量t后的六变量预测模型的平均相对误差为40%。

4 结语

该文从腐蚀表面照片出发，提取了腐蚀图像特征值，建立了基于图像特征值的腐蚀损伤灰色预测模型。在研究过程中，得到以下结论。

（1）随着腐蚀时间的增加，试件的表面图像和腐蚀损伤也在不断变化，它们的变化趋势存在某种内在联系和一致性。

（2）图像特征值反映了腐蚀表面的起伏变化和材料的腐蚀程度，将其作为输入参数对腐蚀损伤程度（蚀坑深度）进行预测是可行的，预测结果也较为合理。

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