航空装备盐雾腐蚀环境微液膜氯离子监测技术研究

发布时间：2020-05-20 18:43

【摘要】：随着我国海军航空装备服役环境日益恶劣,海洋大气环境对航空装备的腐蚀维护费用占比变大、飞行器维护程序复杂,国内外对于航空装备的腐蚀问题均开展相关了研究工作。由于航空装备内部结构检查和维修困难,部分国外的航空公司和国内相关研究机构均提出针对航空装备内部盐雾腐蚀环境的在线监测需求。本文根据以上情况,研究了三种不同结构的微液膜氯离子传感器,实现了盐雾腐蚀环境下氯离子浓度实时监测。本文主要研究内容如下:首先,针对飞行器在沿海服役过程中面临的腐蚀问题,概述了当前飞行器内部装备环境监测的迫切性和存在问题,选择氯离子浓度为腐蚀环境代表性监测参数,以期实现飞行器腐蚀环境氯离子浓度实时监测。其次,基于电化学原理,研制了一种充液式双电极氯离子传感器,根据Nernst方程测量微液膜氯离子浓度。通过验证表明该型传感器校准曲线线性度为0.9816-0.9936,灵敏度为30.14-31.7mV/lnCl~-,漂移率为1.8-1.9mV/h,满足使用要求。针对传感器的温度漂移,提出了一种氯离子传感器温度补偿方法,实现了标定少量温度点即可完整测量各温度梯度氯离子浓度值。再次,研制了一种基于丝网印刷技术的氯离子传感器。该传感器采用丝网印刷技术制备得Ag/AgCl裸电极,通过Sol-Gel法在参比电极表面修饰pHEMA水凝胶,实现了传感器的全固态化。实验结果表明,该传感器校准曲线线性度为0.996,灵敏度为24.27-25.89mV/lnCl~-,寿命大于两周,漂移率为0.9-1.6mV/h。最后,基于Fick扩散理论和计时电位法理论,提出了一种四电极全固态叉指状氯离子传感器。该型传感器依次通过溅射、光刻、化学镀膜以及电镀法镀膜等多种工艺制作而成,在0.1-1mol/L氯化钠微液膜范围内的校准曲线线性度约为0.9725,灵敏度达到2.38s~(1/2)/(mol/L),72小时内氯离子浓度测量误差小于4.2%,表明该传感器具有良好的稳定性和感知能力。pH值干扰实验结果显示传感器在pH值范围1-9内测量误差小于7%,表明该传感器具有较强的抗干扰能力。
【图文】：

1.1 课题研究背景1.1.1 航空结构腐蚀监测技术研究背景海洋环境服役飞机由于受到海浪冲刷、盐雾腐蚀、霉菌腐蚀、高温辐射、高温水蒸气等的环境作用，极易发生金属件腐蚀、非金属件老化、油液易污染变质等[2]。对于经常处于湿热海洋腐蚀环境中的飞机，腐蚀问题已成为决定其寿命、保证其战术水平的关键因素。据资料[3]统计美国 1994 年至 2004 年的十年间：每年约 1 亿维修工时用于解决腐蚀及腐蚀检查工作。平均7.6 维修小时/飞行小时，占整个检查维修时间的 36%；引发安全事故 224 件，涉及飞机 227 架，经济损失达 10 亿美元/年。而我国亚丁湾护航任务是我国海军迄今为止深入海洋最远、时间最久的任务，多种直升机在此任务中暴露出了严重的腐蚀问题[4]，飞机不得不提前进入大修，因腐蚀所带来的经济损失达上千万[5]。盐雾腐蚀损伤在实际使用过程中的严重程度比想象中的更严峻和复杂，图 1.1 左图为俄罗斯海军卡-29 舰载直升机，，因长期服役于海上，而受到严重的飞机腐蚀，曾有一架卡-29 因腐蚀导致停飞抢修，每次维修费用高达 300-1000 万元，而且某些飞机因腐蚀问题导致飞行时间仅100 多小时[6, 7]，严重降低了舰载机的飞行寿命。

航空装备盐雾腐蚀环境微液膜氯离子监测技术研究费用如果用来购买飞机的话，至少可以购买 4 架 B-787-8，而这仅仅是 B-787 系列的涡轮叶片的腐蚀损伤维修费用，其余各部分的腐蚀损伤加起来可能是这个维修费用的好几倍。在海洋气候下运行的飞机特别容易受到金属腐蚀。虽然水蒸气已经具有腐蚀作用，但在海洋气候中发现的水蒸气和盐组合是一种强大的腐蚀剂[11]。在大气中含有大量工业颗粒和烟雾的区域也会增加腐蚀的风险。在检查飞机时，有几个区域特别容易腐蚀并需要进行监控[12]。他们包括：电池舱、舱底区域、舱壁、起落架、水陷区、襟翼和扰流板凹槽、排气流窗口、冷却通风口，如图 1. 2 所示为受到腐蚀的蒙皮和舱底区域。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：E926;TP212

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本文编号：2673035