【摘要】：隨著我國海軍航空裝備服役環(huán)境日益惡劣,海洋大氣環(huán)境對航空裝備的腐蝕維護(hù)費(fèi)用占比變大、飛行器維護(hù)程序復(fù)雜,國內(nèi)外對于航空裝備的腐蝕問題均開展相關(guān)了研究工作。由于航空裝備內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢查和維修困難,部分國外的航空公司和國內(nèi)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)均提出針對航空裝備內(nèi)部鹽霧腐蝕環(huán)境的在線監(jiān)測需求。本文根據(jù)以上情況,研究了三種不同結(jié)構(gòu)的微液膜氯離子傳感器,實(shí)現(xiàn)了鹽霧腐蝕環(huán)境下氯離子濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測。本文主要研究內(nèi)容如下:首先,針對飛行器在沿海服役過程中面臨的腐蝕問題,概述了當(dāng)前飛行器內(nèi)部裝備環(huán)境監(jiān)測的迫切性和存在問題,選擇氯離子濃度為腐蝕環(huán)境代表性監(jiān)測參數(shù),以期實(shí)現(xiàn)飛行器腐蝕環(huán)境氯離子濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測。其次,基于電化學(xué)原理,研制了一種充液式雙電極氯離子傳感器,根據(jù)Nernst方程測量微液膜氯離子濃度。通過驗(yàn)證表明該型傳感器校準(zhǔn)曲線線性度為0.9816-0.9936,靈敏度為30.14-31.7mV/lnCl~-,漂移率為1.8-1.9mV/h,滿足使用要求。針對傳感器的溫度漂移,提出了一種氯離子傳感器溫度補(bǔ)償方法,實(shí)現(xiàn)了標(biāo)定少量溫度點(diǎn)即可完整測量各溫度梯度氯離子濃度值。再次,研制了一種基于絲網(wǎng)印刷技術(shù)的氯離子傳感器。該傳感器采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備得Ag/AgCl裸電極,通過Sol-Gel法在參比電極表面修飾pHEMA水凝膠,實(shí)現(xiàn)了傳感器的全固態(tài)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該傳感器校準(zhǔn)曲線線性度為0.996,靈敏度為24.27-25.89mV/lnCl~-,壽命大于兩周,漂移率為0.9-1.6mV/h。最后,基于Fick擴(kuò)散理論和計(jì)時(shí)電位法理論,提出了一種四電極全固態(tài)叉指狀氯離子傳感器。該型傳感器依次通過濺射、光刻、化學(xué)鍍膜以及電鍍法鍍膜等多種工藝制作而成,在0.1-1mol/L氯化鈉微液膜范圍內(nèi)的校準(zhǔn)曲線線性度約為0.9725,靈敏度達(dá)到2.38s~(1/2)/(mol/L),72小時(shí)內(nèi)氯離子濃度測量誤差小于4.2%,表明該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和感知能力。pH值干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示傳感器在pH值范圍1-9內(nèi)測量誤差小于7%,表明該傳感器具有較強(qiáng)的抗干擾能力。
【圖文】：

1.1 課題研究背景1.1.1 航空結(jié)構(gòu)腐蝕監(jiān)測技術(shù)研究背景海洋環(huán)境服役飛機(jī)由于受到海浪沖刷、鹽霧腐蝕、霉菌腐蝕、高溫輻射、高溫水蒸氣等的環(huán)境作用，極易發(fā)生金屬件腐蝕、非金屬件老化、油液易污染變質(zhì)等[2]。對于經(jīng)常處于濕熱海洋腐蝕環(huán)境中的飛機(jī)，腐蝕問題已成為決定其壽命、保證其戰(zhàn)術(shù)水平的關(guān)鍵因素。據(jù)資料[3]統(tǒng)計(jì)美國 1994 年至 2004 年的十年間：每年約 1 億維修工時(shí)用于解決腐蝕及腐蝕檢查工作。平均7.6 維修小時(shí)/飛行小時(shí)，占整個(gè)檢查維修時(shí)間的 36%；引發(fā)安全事故 224 件，涉及飛機(jī) 227 架，經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 10 億美元/年。而我國亞丁灣護(hù)航任務(wù)是我國海軍迄今為止深入海洋最遠(yuǎn)、時(shí)間最久的任務(wù)，多種直升機(jī)在此任務(wù)中暴露出了嚴(yán)重的腐蝕問題[4]，飛機(jī)不得不提前進(jìn)入大修，因腐蝕所帶來的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)上千萬[5]。鹽霧腐蝕損傷在實(shí)際使用過程中的嚴(yán)重程度比想象中的更嚴(yán)峻和復(fù)雜，圖 1.1 左圖為俄羅斯海軍卡-29 艦載直升機(jī)，，因長期服役于海上，而受到嚴(yán)重的飛機(jī)腐蝕，曾有一架卡-29 因腐蝕導(dǎo)致停飛搶修，每次維修費(fèi)用高達(dá) 300-1000 萬元，而且某些飛機(jī)因腐蝕問題導(dǎo)致飛行時(shí)間僅100 多小時(shí)[6, 7]，嚴(yán)重降低了艦載機(jī)的飛行壽命。

航空裝備鹽霧腐蝕環(huán)境微液膜氯離子監(jiān)測技術(shù)研究費(fèi)用如果用來購買飛機(jī)的話，至少可以購買 4 架 B-787-8，而這僅僅是 B-787 系列的渦輪葉片的腐蝕損傷維修費(fèi)用，其余各部分的腐蝕損傷加起來可能是這個(gè)維修費(fèi)用的好幾倍。在海洋氣候下運(yùn)行的飛機(jī)特別容易受到金屬腐蝕。雖然水蒸氣已經(jīng)具有腐蝕作用，但在海洋氣候中發(fā)現(xiàn)的水蒸氣和鹽組合是一種強(qiáng)大的腐蝕劑[11]。在大氣中含有大量工業(yè)顆粒和煙霧的區(qū)域也會增加腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。在檢查飛機(jī)時(shí)，有幾個(gè)區(qū)域特別容易腐蝕并需要進(jìn)行監(jiān)控[12]。他們包括：電池艙、艙底區(qū)域、艙壁、起落架、水陷區(qū)、襟翼和擾流板凹槽、排氣流窗口、冷卻通風(fēng)口，如圖 1. 2 所示為受到腐蝕的蒙皮和艙底區(qū)域。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：E926;TP212

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