某型钢缆表面腐蚀的可靠性研究

2014-02-02杨志成92419部队辽宁兴城125106

化工管理 2014年2期

杨志成(92419部队辽宁兴城 125106)

引言

沿海地区海洋大气的特点，除湿度大外，盐雾也较多，使空气中含有大量的盐分。离海愈近，空气中的含盐量愈大。这些盐分容易吸潮，本身也易溶解，形成电解质液膜，加速合金腐蚀[1]。尤其是氯化钠，溶解后在液膜中形成氯离子,氯离子表面活性很强，能破坏合金的钝化膜保护层，产生更深层次的腐蚀。

一、点蚀

点蚀是局限在金属表面上个别小点的腐蚀。点蚀的形成过程可分为四个阶段[2]:(1)在钝化膜上以及钝化膜或固溶体边缘萌生点蚀;(2)在钝化膜内萌生点蚀，此时看不到钝化膜内有微观变化;(3)所谓的亚稳点蚀阶段，在临界点蚀电位以下，亚稳点蚀在短时间内萌生并扩展进而发生再钝化 (这是点蚀的一个过渡阶段);(4)临界点蚀电位以上，稳定点蚀扩展阶段。由于氯离子浓度不同，蚀孔有大有小，多数为小孔或小坑，深度约几十微米，直径小于或等于其深度。孔的分布，在表面上有的较分散，有的较密集。

二、可靠性评价模型

本文从可靠性设计角度，仅对钢缆在海洋环境气候中常常发生的点腐蚀形式进行可靠性评估。由于点蚀具有高度的局部性，蚀孔有的孤立存在，有的则成群紧凑在一起，同时坑的深度变化范围也很大，要度量和评定点蚀损伤比较困难，因此本文的有关参数采用统计方法。

1.评价模型的主要思路

(1)几点假设

a.设金属表面无论加工得多么平整，它们的表面仍然布满了大小不同的凹坑。

b.每个凹坑本身形成一个“腐蚀单元”，该“单元”腐蚀到许用腐蚀量时，就认为该“单元”失效。

c.在同一表面上只要有一个”腐蚀单元”失效，则称该表面整体失效。

d.每“腐蚀单元”之间的失效时间随机变量互为独立。

由于以上假设，就可以将金属腐蚀表面视为由多个“腐蚀单元”所组成的串联系统，即只要在n个“腐蚀单元”中有某一个单元最先发生失效，则系统发生失效。

(2)极值分布的数学推导

设从无穷母体中抽取一随机样品，其样品容量为n(x1、x2、……、xn)，x的累积分布函数为F(x)(-∞ ＜x＜∞),令yn=m in(x1、x2、……、xn),即 yn是 x1、x2、……、xn的 n 个样品试验结果的观测值中最小的那一个或者最先发生的那一个。yn本身也是一个随机变量。

x的累积分布函数是F(x),

这对于yn的累积分布函数Gn(y)就是：

将上式对y微分。

2.可靠性评价模型的建立

设凹坑贯穿的时间正比于钢缆直径D与凹坑初始深度di之差。

设凹坑的初始深度随机变量服从于截尾指数分布，其函数如下：

因为 1-F(d)=P(di＞ d),

又另ti是第i个凹坑的失效时间，

设ti=K(D-di)

由于G(t)=P(ti＜t)=P[K(D-di)＜t]

知d=D-t/K

可得

因为 1-e-λD=e-λD(eλD-1)，所以

设金属腐蚀的失效时间随机变量为t，则t=m in(tii=1，2，……，N)

当金属腐蚀的第一个凹坑变为孔洞时，就判为失效，根据式有：

上式中T为规定的工作时间。

由于凹坑的数量非常之大，N→∞时，则有

英国《自然》杂志近日发表了一项材料学最新研究成果：美国麻省理工学院团队通过一种新型制造方法，将发光二极管 (LED)和传感器直接织入了纺织级聚合物纤维中。该工艺可用于开发能够实现光通讯和健康监测的新型可穿戴技术。能够发射或探测光的半导体二极管是通讯和传感器技术的基本构件。如果能将它们融入织物之中，则有望创造出新型可穿戴电子设备。然而事实证明，要将半导体器件的功能与基于纤维的纺织品的可扩展性结合起来，实属一件棘手的事。