基于灰色关联分析的大气腐蚀因子评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料大气腐蚀的技术领域，具体涉及一种基于灰色关联分析的大气腐 蚀因子评价方法。
【背景技术】
[0002] 大气腐蚀是金属与其周围大气环境相互作用的结果，是腐蚀中最普遍的一 种。据报道，因大气腐蚀失效所造成的损失比在其他任何环境中都严重。每年因大气腐 蚀而损失的金属约占总损失量的50 %以上。在发达国家中，大气腐蚀占国民经济GNP 的 2-4 % [文献 I :S. L. Pohlman. Atmospheric Corrosion Metals Handbook. 9th. ASM International :Metals Park, 1987 (13) .11-15;文献 2:张九渊，俞东升，张殷·金属腐 蚀学导论.新加坡：国际翻译出版社，1992. 221-224 ;文献3 :中国腐蚀与防护协会《金属 腐蚀手册》编辑委员会.金属腐蚀手册.上海：上海科学技术出版社，1987. 102-106]。 金属材料从原材料库存、零部件加工、装配和储存过程中都会遭到不同程度的大气腐蚀， 自然界中大约80%的金属构件都是处在大气条件下工作的。大气腐蚀引起各种基础设 施的性能退化，包括桥梁、高速公路、铁路等破坏，另外由于大气腐蚀对计算机、电子仪器 及周边元器件中各种电子材料造成破坏而引起短路、断路等故障所造成的损失更难估计 [文献 4 :C.Leygraf, T. Graedel. Atmospheric Corrosion. New York:John ffiley&Sons Press，2000. 7-20]，此外大气腐蚀对文物古迹所造成的破坏更是无法衡量。
[0003] 大气腐蚀是金属在大气中发生的一种特殊的电化学腐蚀过程，当大气的湿度 达到金属的临界湿度后，表面形成一层薄液膜，大气条件的变化导致液膜厚度与成分不 断变化，大气腐蚀最重要特征就是金属腐蚀发生在湿润-干燥相互交替的作用下，大气 环境的温度与相对湿度决定了金属表面干湿循环的周期和频次。Graedel根据大气腐 蚀的多层区域的特点，提出了 GILDES模型，将大气腐蚀分为六大区域，分别为G(气 体区），1(界面区），L(液层区），D(沉淀区），E(电极区），S(固体区）。在这些区域 里，既要考虑到区域内相关的物理、化学反应及相应的产物，还要考虑到不同区域间物 质的传输[文献 5 :Τ· E. Graedel, R. P. Frankenthal. Corrosion mechanisms for iron and low alloy steels exposed to the atmosphere. Journal of electrochemical Society.1990, 137(8):2385-2394]。
[0004] 影响大气腐蚀因素比较复杂，不同材料在大气中腐蚀行为与其相关因素的有着 密切的关系[文献 6 :S. Bhattacharjee, N. Roy, A.K.DEY. Statistical Appraisal of the Atmospheric Corrosion of Mild Steel.Corrosion Science.1993,34(4):573-581 ; 文献7:曹楚南.中国材料的自然环境腐蚀.北京：化学工业出版社，2005. 70-73.; 文献 8 ：S. Feliu, M. Moreillo,S.J.Feliu.The prediction of atmospheric corrosion parameters-I. Corrosion Science. 1993, 34(3):403-414 ；文献 9: L.B.Rosales, M. C. Leiro. Statistical treatment of atmospheric corrosion data of steels, zinc, copper and aluminum in Argentina Pro. 13th ICC. Melbourne, 1996:36 ； 文献 10 :Α· R. Mendoza, F. Corvo. Outdoor and indoor atmospheric corrosion of carbon steel. Corrosion Science. 1999, 41 (2) : 75-86]，其中相关因素分为材料自身成分、物理和 化学性质，表面状态等内部因素和气象因子、污染物因子等外部因素。大气腐蚀的外部因素 主要包括气象因子和污染物因子两大类，外部因素通常随着区域和气候的不同，湿度、温度 以及污染物浓度都有很大差异。影响大气腐蚀的因素太多，因此人们总是设法想评估每个 变量所起的作用并确定主要因子。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于灰色关联分析的大气腐蚀因子评价方法，该方法 具有建模简单、所需样本数少的特点，能够在置信水平不是很高的条件下，有效地确定影响 材料大气腐蚀的主要因子，便于后续进行有针对性的防护，具有良好的应用前景。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种基于灰色关联分析的大气腐蚀因子评价方法，该方法包括如下步骤：
[0008] (1)确定所选取大气环境中实验材料腐蚀的影响因子，监测并获取所述影响因子 的实测数据；所述影响因子包括气象因子和污染物因子，所述气象因子包括温度、相对湿 度、日照时数和降雨量等，所述污染物因子包括S0 2、N0X、Cr、NH3和H2S等。所述实验材料 为金属材料，包括碳钢、锌、铜或铝等。
[0009] (2)在步骤（1)所述大气环境中，确定实验材料在设定周期内的腐蚀速率；
[0010] (3)引用灰色关联分析方法；在获得全部参数的基础上，得到腐蚀速率和对应周 期的环境因子的特征参考向量空间，并根据关联系数计算公式获得各特征参考向量的关联 系数；
[0011] (4)按各影响因子关联度大小进行排序，确定影响材料大气腐蚀的主要因子。
[0012] 步骤（3)所述灰色关联度的分析方法，具体计算过程如下：
[0013] (a)以多个周期金属在所选取大气环境下的腐蚀率为参考数列（母因素），以 CR(i)表示；并以对应周期内的环境因子为比较数列（子因素），以X(i)表示；
[0014] CR(i) = CR(I), CR(2), . . . , CR(n) (i = I, 2,. . . , η) (1)
[0015] X(i) = X(I), X (2), . . . , Χ(η) (i = 1, 2,. . . , η) (2)
[0016] 其中：η为周期数量；
[0017] (b)对参考数列和比较数列进行无量纲化处理
[0018] CR(i)无量纲化处理后表示为CR' (i)，X(i)无量纲化处理后表示为X' (i)，其中：
[0019] 母因素 ：
[0020] 子因素：
[0021] (C)对无量纲化处理后的序列求出差序列，记作Λχα)，（i = 1，2，...，n)，X代表 着不同子因素，具体按式（5)进行计算；
[0022] Ax(i) = |CR'⑴-X'(i) I，（i = 1，2, · · ·，n) (5)
[0023] (d)在差序列中找出最大值和最小值，最大值记作（i = 1， 2, . . .，η);最小值记作《 ι'?ηΔ、（/)，Q = L 2, . . .，n)，X代表着不同子因素；
[0024] (e)求子因素与母因素的关联系数，表示为Y (CR(i)，X(i))，各子因素与母因素 的关联系数按式（6)计算，其中ξ e (〇，1)为分辨系数；
[0026] (f)计算各环境因子对碳钢腐蚀率的关联度，表示为R(CR⑴，X⑴），按式（7)进 行计算；
[0028] 上述步骤中，所述X(i)为月平均温度T(i)、月平均湿度RH(i)、月日照时数ST(i)、 水溶性降尘WD (i)、非水溶性降尘ID (i)、二氧化氮NO2 (i)、海盐粒子Cl (i)和硫酸盐化速 率SO2⑴等。
[0029] 本发明的优点及有益效果如下：
[0030] 1、本发明利用材料的腐蚀率和环境因子的数据采集周期一致，来确定影响材料大 气腐蚀的主要因子。通常数理统计分析方法要求样本量大，至少试验样本数要大于相关因 素的数量，否则无法进行统计分析，而利用本方法只需要少量的数据（