一种确定防护涂层加速腐蚀当量关系的方法
阅读说明：本技术 一种确定防护涂层加速腐蚀当量关系的方法 (Method for determining accelerated corrosion equivalent relation of protective coating ) 是由 贺小帆 汪鹏飞 高俊杰 谭晓明 于 2021-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种确定防护涂层加速腐蚀当量关系的方法,包括如下步骤：S1：进行实验室及外场防护涂层老化腐蚀损伤的量化评估；S2：建立实验室加速老化腐蚀损伤动力学模型与外场暴露或实际服役环境下老化腐蚀损伤动力学模型；S3：分别对实验室加速老化腐蚀损伤动力学模型与外场暴露或实际服役环境下老化腐蚀损伤动力学模型中的曲线参数进行估计；S4：根据两种模型估计的曲线参数确定当量关系。本发明不仅当量关系确定更准确、全面,而且能够反映了防护涂层性能随使用时间的变化。(The invention discloses a method for determining the accelerated corrosion equivalent relation of a protective coating, which comprises the following steps: s1: carrying out quantitative evaluation on aging corrosion damage of the protective coating in a laboratory and an external field; s2: establishing a laboratory accelerated aging corrosion damage dynamic model and an aging corrosion damage dynamic model in an external field exposure or actual service environment; s3: respectively estimating curve parameters in a laboratory accelerated aging corrosion damage dynamic model and an aging corrosion damage dynamic model in an external field exposure or actual service environment; s4: and determining the equivalent relation according to the curve parameters estimated by the two models. The method not only can determine the equivalent relation more accurately and comprehensively, but also can reflect the change of the performance of the protective coating along with the use time.)
技术领域
本发明属于防护涂层技术领域，更具体的说是涉及一种确定防护涂层加速腐蚀当量关系的方法。
背景技术
(1)研究防护涂层防腐性能的重要性
金属结构(如飞机结构、海洋结构、船舶、化工结构、电力结构等)在使用过程中，会长期承受严酷的使用环境条件，使用环境中的高温、高湿、盐雾、酸雨、腐蚀性气体及其他各种化学介质会导致金属材料/结构发生腐蚀损伤，造成严重的安全性和经济性问题。
减缓或防止金属材料/结构在使用环境下的腐蚀损伤一直是理论界和工程界关注的问题，而防护涂层是一种有效的防腐措施，其主要作用是隔绝外界环境，从而实现减缓或防止腐蚀的作用。但是防护涂层在使用过程中，由于外界环境因素的作用，会导致防护涂层老化，进而失效，丧失对金属基体的保护作用。为此，研究和评价防护涂层体系的性能具有非常重要的意义。
(2)加速腐蚀(老化)试验的意义
研究防护涂层性能的最可靠方法是进行现场试验，但是由于结构使用时间很长，进行现场试验周期长、成本高，从而迫切需要建立加速腐蚀试验方法。目前，国内外针对典型的金属、非金属材料，形成了较为系统的加速腐蚀试验方法，如ASTM系列标准。为评估防护涂层的性能提供了有力的支持。
(3)加速腐蚀试验的核心问题
加速腐蚀试验有如下2个核心问题：
①加速腐蚀试验环境谱。
②当量关系AF。当量关系AF指的是当加速腐蚀试验损伤d与外场腐蚀(老化)损伤D相同时，外场服役时间T与加速腐蚀试验时间t的关系。
在上述2个核心问题中，关于加速腐蚀试验环境谱的研究成果非常多，但由于防护涂层存在如下特点：
①腐蚀(老化)损伤特征多种多样，不能用一个单一损伤量进行表征；
②腐蚀(老化)损伤难以定量化；
③腐蚀(老化)损伤随时间变化。
上述特点导致当量关系难以确定，现有的当量关系确定方法一般包括三种：一是基于失光率、色差的当量关系确定方法；二是采用交流阻抗(EIS)描述防护涂层老化损伤；三是腐蚀程度对比法。
但是现有的当量关系确定方法存在如下问题：
(1)腐蚀量不明确。对金属材料，可以用失重、增重，蚀坑尺寸等描述材料的腐蚀损伤情况，但防护涂层的腐蚀损伤形式多种多样，如何准确、合理的表征防护涂层老化特征是一个非常重要的问题。目前描述防护涂层老化损伤的方法过于片面，无法准确描述防护涂层的老化特征；
(2)腐蚀程度对比法属于定性方法，难以准确描述不同环境的定量关系；
(3)动态特征难以描述。
因此，如何提供一种确定防护涂层加速腐蚀当量关系的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种确定防护涂层加速腐蚀当量关系的方法，不仅当量关系确定更准确、全面，而且能够反映了防护涂层性能随使用时间的变化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种确定防护涂层加速腐蚀当量关系的方法，包括如下步骤：
S1：进行实验室及外场防护涂层老化腐蚀损伤的量化评估；
S2：建立实验室加速老化腐蚀损伤动力学模型与外场暴露或实际服役环境下老化腐蚀损伤动力学模型；
S3：分别对实验室加速老化腐蚀损伤动力学模型与外场暴露或实际服役环境下老化腐蚀损伤动力学模型中的曲线参数进行估计；
S4：根据两种模型估计的曲线参数确定当量关系。
优选的，根据防护涂层的腐蚀损伤形式，确定老化损伤的判定因素，并根据防护涂层老化要求确立对应各判定因素的评价级别，然后采用模糊综合评判方法建立判定因素和评价级别的隶属函数关系，构建矩阵，结合各判定因素的权重，综合量化防护涂层的老化损伤程度，实现实验室及外场防护涂层老化腐蚀损伤的量化评估。
优选的，建立实验室加速老化腐蚀损伤动力学模型的方法为：
用量化评估方法评估加速老化腐蚀试验环境条件下防护涂层老化腐蚀损伤d，用下式描述老化腐蚀损伤随时间t的变化规律
d＝d0ebt (1)
式中，d0为初始损伤；t为加速老化腐蚀时间；b为加速老化腐蚀曲线参数。
优选的，建立外场暴露或实际服役环境下老化腐蚀损伤动力学模型的方法为：
用量化评估方法评估外场暴露或实际服役环境下防护涂层老化腐蚀损伤D，用下式描述老化腐蚀损伤随时间T的变化规律
D＝d0eBT (2)
式中，d0为初始损伤；T为大气暴露时间；B为外场曲线参数。
优选的，根据外场暴露或实际服役环境下数据量的多少，分两种情况估计加速老化腐蚀曲线参数与外场曲线参数。
优选的，外场暴露或实际服役环境下数据量(T,D)j(j＝1,…,m)少时，即m≤3；
①加速腐蚀环境下腐蚀动力学参数估计
由实验室加速腐蚀若干个周期的试验结果，采用综合评级方法得到不同加速腐蚀周期t下的老化腐蚀损伤结果d，获得(t,d)j(j＝1,…,n)数据，将式(1)两边取对数，进行线性回归估计参数，结果如下：
式中，d0,t为估计得到的d0值；n为实验室条件下的数据量；
②外场暴露或实际服役环境下防护涂层老化腐蚀损伤
由外场暴露或实际服役环境下防护涂层老化腐蚀损伤试验结果，采用综合评级方法得到不同年限T下的老化腐蚀损伤结果D，获得(T,D)j(j＝1,…,m)数据，由于数据少，采用如下方法进行估计：
取式(2)中的d0为式(3)中的d0,t，由(T,D)j(j＝1,…,m)按一元线性回归方法进行参数估计，结果如下：
式中，m为外场暴露或实际服役环境下的数据量；
③综合确定d0值
④重新估计b和B值
按下式重新估计b和B值：
优选的，外场暴露或实际服役环境下数据量(T,D)j(j＝1,…,m)多时，即m≥3；
1)加速腐蚀环境下腐蚀动力学参数的初步估计
由加速腐蚀试验结果，采用综合评级方法得到不同加速腐蚀周期t下的老化腐蚀损伤结果d，获得(t,d)j(j＝1,…,n)数据，将式(2)两边取对数，进行线性回归估计参数，结果如下：
式中，d0,t为估计得到的d0值；n为实验室条件下的数据量；
2)大气暴露或服役环境下防护涂层老化腐蚀损伤
取式(2)中的d0为式(3)中的d0,t，由(T,D)j(j＝1,…,m)按一元线性回归方法进行参数估计，结果如下：
式中，d0,T为估计得到的d0值；
3)综合确定d0值
4)重新估计b和B值
按下式重新估计b和B值：
优选的，设定加速腐蚀t时间与外场T时间的腐蚀损伤相同，则有：
由估计得到的b、B计算当量关系AF。
本发明的有益效果在于：
本发明提出了一种基于防护涂层老化损伤量化评估和腐蚀动力学规律的防护涂层加速腐蚀当量关系确定方法，综合反映了防护涂层的多种老化腐蚀损伤特征，比基于单一腐蚀量的当量关系确定方法更准确、全面；与传统的腐蚀程度对比法相比，本发明反映了防护涂层性能随使用时间的变化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明的方法流程图。
图2附图为连接试验件结构图。
图3附图为防护涂层加速腐蚀试验环境谱图。
其中，图中，
1-试验件一；2-试验件二；3-试验件三。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1，本发明提供了一种确定防护涂层加速腐蚀当量关系的方法，包括如下步骤：
S1：进行实验室及外场防护涂层老化腐蚀损伤的量化评估。根据防护涂层的腐蚀损伤形式，确定老化损伤的判定因素，并根据防护涂层老化要求确立对应各判定因素的评价级别，然后采用模糊综合评判方法建立判定因素和评价级别的隶属函数关系，构建矩阵，结合各判定因素的权重，综合量化防护涂层的老化损伤程度，实现实验室及外场防护涂层老化腐蚀损伤的量化评估。
S2：建立实验室加速老化腐蚀损伤动力学模型与外场暴露或实际服役环境下老化腐蚀损伤动力学模型；
S3：分别对实验室加速老化腐蚀损伤动力学模型与外场暴露或实际服役环境下老化腐蚀损伤动力学模型中的曲线参数进行估计；
S4：根据两种模型估计的曲线参数确定当量关系。
建立实验室加速老化腐蚀损伤动力学模型的方法为：
用量化评估方法评估加速老化腐蚀试验环境条件下防护涂层老化腐蚀损伤d，用下式描述老化腐蚀损伤随时间t的变化规律
d＝d0ebt (1)
式中，d0为初始损伤；t为加速老化腐蚀时间；b为加速老化腐蚀曲线参数。
建立外场暴露或实际服役环境下老化腐蚀损伤动力学模型的方法为：
用量化评估方法评估外场暴露或实际服役环境下防护涂层老化腐蚀损伤D，用下式描述老化腐蚀损伤随时间T的变化规律
D＝d0eBT (2)
式中，d0为初始损伤；T为大气暴露时间；B为外场曲线参数。
根据外场暴露或实际服役环境下数据量的多少，分两种情况估计加速老化腐蚀曲线参数与外场曲线参数。
当外场暴露或实际服役环境下数据量(T,D)j(j＝1,…,m)少时，即m≤3；
①加速腐蚀环境下腐蚀动力学参数估计
由实验室加速腐蚀若干个周期的试验结果，采用综合评级方法得到不同加速腐蚀周期t下的老化腐蚀损伤结果d，获得(t,d)j(j＝1,…,n)数据，将式(1)两边取对数，进行线性回归估计参数，结果如下：
式中，d0,t为估计得到的d0值；n为实验室条件下的数据量；
②外场暴露或实际服役环境下防护涂层老化腐蚀损伤
由外场暴露或实际服役环境下防护涂层老化腐蚀损伤试验结果，采用综合评级方法得到不同年限T下的老化腐蚀损伤结果D，获得(T,D)j(j＝1,…,m)数据，由于数据少，采用如下方法进行估计：
取式(2)中的d0为式(3)中的d0,t，由(T,D)j(j＝1,…,m)按一元线性回归方法进行参数估计，结果如下：
式中，m为外场暴露或实际服役环境下的数据量；
③综合确定d0值
④重新估计b和B值
按下式重新估计b和B值：
当外场暴露或实际服役环境下数据量(T,D)j(j＝1,…,m)多时，即m≥3；
1)加速腐蚀环境下腐蚀动力学参数的初步估计
由加速腐蚀试验结果，采用综合评级方法得到不同加速腐蚀周期t下的老化腐蚀损伤结果d，获得(t,d)j(j＝1,…,n)数据，将式(2)两边取对数，进行线性回归估计参数，结果如下：
式中，d0,t为估计得到的d0值；n为实验室条件下的数据量；
2)大气暴露或服役环境下防护涂层老化腐蚀损伤
取式(2)中的d0为式(3)中的d0,t，由(T,D)j(j＝1,…,m)按一元线性回归方法进行参数估计，结果如下：
式中，d0,T为估计得到的d0值；
3)综合确定d0值
4)重新估计b和B值
按下式重新估计b和B值：
根据两种模型估计的曲线参数确定当量关系的方法为：根据设定加速腐蚀t时间与外场T时间的腐蚀损伤相同，则有：
由估计得到的b、B计算当量关系AF。
本发明提出了一种基于防护涂层老化损伤量化评估和腐蚀动力学规律的防护涂层加速腐蚀当量关系确定方法，综合反映了防护涂层的多种老化腐蚀损伤特征，比基于单一腐蚀量的当量关系确定方法更准确、全面；与传统的腐蚀程度对比法相比，本发明反映了防护涂层性能随使用时间的变化。
试验例
(1)试件
图2为连接试验件结构图，对连接试验件中的试验件一1、试验件二2及试验件三3连接试验件进行加速腐蚀试验，表1为连接件的初始状态表。
表1
(2)加速腐蚀试验结果
①加速试验环境谱，如图3所示。
②试验结果
6个周期的加速腐蚀试验结果，如下表所示，表2和表3为加速老化试验结果：
表2
表3
③单项量化结果
表4为单项老化损伤量化结果
表4④综合量化评估结果，参见表5。
试件
第1周期
第2周期
第3周期
第4周期
第5周期
第6周期
LLG
0.51
0.9
1.56
2.42
3.46
5
表5
⑤腐蚀动力学规律拟合得到试件加速老化腐蚀结果随时间的变化规律LLG试件：d＝0.4074e0.432t
(3)现场试验结果
①试验情况自然曝晒试验结果参见表6
表6②量化评估，参见表7
试件
第1年
第2年
LLG
1.21
3.49
表7
③腐蚀动力学规律
LLG试件：D＝0.4074e1.075T
(4)当量关系
LLG试件：AF＝0.432/1.075＝0.4。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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