JP6737927B2 - 周期的屈曲塩水噴射チャンバ及び方法 - Google Patents

Description

本明細書中に記載される態様は、一般に、材料システムの動作性能を決定するための装置及び方法に関する。

動作の耐用期間にわたって、航空機は、該航空機の構成部品の劣化をもたらす、繰り返される厳しい状態に直面する。そのような劣化は、例えば、腐食及びその後の金属疲労並びに破壊の形態を成す場合がある。腐食は、航空機構成要素の完全性及び強度の低下に寄与し得る。より具体的には、航空機の外部にある胴体又はスキンパネル、２つの金属パネル間のコーティングされたラップジョイント、又は、翼−胴体アセンブリなどの航空機構成要素を構成する材料システムは、航空機の使用中に機械的及び化学的なストレスに晒されることにより経時的に腐食する場合がある。材料が航空機材料システムとしての使用に適していると決定される前に、材料システムの腐食性向を決定することが望ましい場合がある。しかしながら、航空機の実際の実環境使用中のパネルなどの航空機材料システムの性能は、腐食検査データと殆ど相関しない。また、腐食検査は、しばしば、検査間で一貫性を欠く。例えば、同様の材料システムが異なる検査装置内で腐食されるときには、検査条件が名目上同様であっても、ばらつきが観察される。実際の使用中の材料システム腐食と検査中に直面される腐食との対比は、材料システムが合金を備える場合或いは材料システムが該材料システムに塗布される表面仕上げ、プライマー、又は、トップコートを有する場合に特にばらつきがある。また、腐食を検査するための従来のプロセスは、検査材料システム上の或いは検査材料システム内の任意の特定の部位で環境を制御するのに有効でない。

したがって、当該技術分野においては、動作環境固有の性能の決定、寿命評価、及び、故障モード調査のための制御された暴露環境、すなわち、材料システムが実際の実環境使用中に航空機の構成要素として組み込まれる場合に直面する状態に非常に良く似ている暴露環境を伴う方法及び装置の必要性がある。

本明細書中に記載される態様は、一般に、材料システムの動作環境固有の性能の決定、寿命評価、及び、故障モード調査のための方法及び装置に関する。

１つの態様において、材料性能を決定するための方法は、材料システムを塩霧に暴露することを含む。方法は、材料システムを屈曲させることを更に含む。

他の態様において、材料性能を決定するための方法は、材料システムを塩霧に暴露するステップであって、塩霧のｐＨが約３．０〜約９．０の範囲である、ステップを含む。方法は、材料システムを約０．１Ｈｚ〜約６０Ｈｚの周波数で屈曲させるステップを更に含む。

他の態様では、材料性能チャンバが、塩水噴霧チャンバと、材料システムを屈曲させるように構成されるジョーとを備える。

本開示の先に挙げられた特徴を詳しく理解できるように、その一部が添付図面に示される態様を参照することにより、先に簡単に要約された開示の特定の説明がなされる場合がある。しかしながら、添付図面が、この本開示の単なる典型的な態様を示しているにすぎず、したがって、本開示の範囲を限定していると見なされるべきでないことに留意すべきである。これは、本開示が他の等しく有効な態様の余地を残し得るからである。

材料システムの腐食関連故障モードを加速して制御するための本開示の一態様に係る装置の平面図である。 材料システムの腐食関連故障モードを加速して制御するための本開示の一態様に係る装置の側面斜視図である。 材料システムの腐食関連故障モードを加速して制御するための本開示の一態様に係る装置の平面図である。 本開示の一態様に係る周期的屈曲を行なうように構成される屈曲器の斜視図である。

理解を容易にするべく、可能な場合には、複数の図に共通の同一要素を示すために同一の参照数字が使用されている。図は、原寸に比例して描かれておらず、また、明確にするために簡略化される場合がある。更なる列挙を伴わずに１つの態様の要素及び特徴が有益に他の態様に組み入れられてもよいと考えられる。

本開示の様々な態様の説明は、例示目的で与えられているが、包括的であるように或いは開示された態様に限定されるように意図されていない。記載される態様の範囲及び思想から逸脱することなく、多くの変更及び変形が当業者に明らかである。本明細書中で使用される用語は、態様の原理、実用的な用途、又は、市場で見出される技術に優る技術的な向上を最も良く説明するべく、或いは、本明細書中に開示される態様を当業者が理解できるようにするべく選択されている。

本明細書中に記載される態様は、一般に、材料システムの動作性能を決定するための装置及び方法に関する。例えば、材料システムの動作環境固有の性能の決定、寿命評価、及び、故障モード調査は、本明細書中に記載される態様によって達成されてもよい。装置は一般に塩水噴霧チャンバを備え、塩水噴霧チャンバは、パネル、２つの金属パネル間のコーティングされたラップジョイント、及び、翼−胴体アセンブリなどの航空機材料システムの腐食をより正確に検査するために材料システム屈曲構成要素を備える。１つの態様では、腐食チャンバが、筐体と、噴霧ノズルと、液体リザーバと、材料システムを把持して屈曲させるための固定支持体とを備える。腐食を決定するための方法は、材料システムを塩霧に暴露して、材料システムを所定の周波数で屈曲させることを含む。１つの態様において、腐食を決定するための方法は、材料システムを約１時間〜約４５００時間の継続期間にわたって塩霧に暴露するステップであって、塩霧のｐＨは約３．０〜約９．０であるステップと、約０．１Ｈｚ〜約６０Ｈｚの周波数でパネルを屈曲させるステップとを含む。

図１は、材料システムの腐食関連故障モードを加速して制御するための本開示の一態様に係る装置１００の平面図である。図２は、図１の装置１００の側面斜視図である。装置１００の１つ以上の構成要素は、塩霧を含む環境などの腐食環境に対する耐性を示す材料から形成される。図１及び図２に示されるように、装置１００は、１つ以上の噴霧ノズル１０２（１つが示される）が内部に配置される筐体１６０を含み、噴霧ノズル１０２は、塩霧などの処理液を筐体１６０内に噴射するように構成される。材料システムを筐体内での暴露及び屈曲のために支持するべく筐体内には固定支持体が配置される。装置１００は、処理液を噴霧ノズル１０２へ供給するために液体リザーバ１０４を含む。噴霧ノズル１０２は、霧化ノズル、空気消費量に関して較正されたノズル、ＢＥＴＥ完全円錐ノズル、中空円錐ノズル、ファン霧吹きノズル、タンク洗浄スプレーノズル、水噴射霧化及び液滴制御のためのＮＡＳＡＭｏｄ１ノズル、Ｑ−ＬａｂＯＥＭ噴霧ノズル、ＣｏｏｌＣｌｅａｎＣｈｉｌＡｉｒｅＬｉｔｅスプレーアプリケータノズル、及び、これらの組み合わせなどのノズルであってもよい。噴霧ノズル１０２は、硬質ゴム、プラスチック、又は、他の不活性材料などの材料から構成されてもよい。

固定支持体は、材料システムを屈曲させるように構成されるジョー１２４ａ−１２４ｅを備える。プレート１４６がジョー１２４ａ−１２４ｅを支持するように構成される。幾つかの態様において、プレート１４６は、Ｉ−Ｂｅａｍ格子上に配置される装着プレートを備える。プレート１４６は、（図１及び図２に示されるように）噴霧ノズル１０２とジョー１２４ａ−１２４ｅとの間に位置され、それにより、処理液は、１つ以上のジョー１２４ａ−１２４ｅにより保持される材料システムに直接に衝突することなく筐体内に入ることができる。この形態は、航空機材料システム上への直接的な降雨と比べて、一般的な湿潤大気状態に良く似ている。或いは、ジョー１２４ａ−１２４ｅが噴霧ノズル１０２とプレート１４６との間に位置されてもよく（この形態は示されない）、それにより、１つ以上のジョー１２４ａ−１２４ｅにより保持される材料システムへ向けて処理液が直接に流れることができる。この形態は、航空機材料システム上への直接的な降雨又はエアロゾル堆積に良く似ている。噴霧ノズル１０２は、流れ角度を調整できるように構成されてもよく、それにより、処理液が材料システム表面に対して１つ以上の角度で流れることができる。幾つかの態様において、材料システム表面は、検査される主表面に基づいて、装置１００を通じた液体の主要な流れ方向と平行であってもよく、それにより、装置１００内で行なわれる腐食検査中に材料システム上での液体収集が減少される。そのような態様において、噴霧ノズル１０２は、液体が材料システムに直接に衝突しないように方向付けられ或いは逸らされてもよい。（噴霧ノズル１０２、ベント１２２、モータ１２６、外側筐体１３６、及び、脚１４８ａ−１４８ｆは、図１に示される態様ではこれらの部分がプレート１４６の背後に位置することを示すために、図１に破線として示される）

霧ポンプ１０８が、液体リザーバ１０４から第１の流体ライン１０６及び第２の流体ライン１１０を介した噴霧ノズル１０２への液体の流れを助けるように構成される。第１の流体ライン１０６は、液体リザーバ１０４と霧ポンプ１０８との液体連通をもたらすべく第１の端部にある液体リザーバ１０４を第２の端部にある霧ポンプ１０８と結合する。第２の流体ライン１１０は、霧ポンプ１０８と噴霧ノズル１０２との液体連通をもたらすべく第１の端部にある霧ポンプ１０８を第２の端部にある噴霧ノズル１０２と結合する。

圧縮空気供給源１１２及び気泡塔１１４が湿潤空気を噴霧ノズル１０２へ供給するように構成される。幾つかの態様において、筐体内の圧力は、実際の使用中に様々な高度で航空機により直面される圧力に良く似るように調整されてもよい。したがって、圧縮空気供給源１１２は、約２ＰＳＩ〜約５０ＰＳＩ、約５ＰＳＩ〜約３０ＰＳＩ、約１２ＰＳＩ〜約１８ＰＳＩの範囲の圧力で空気を流すように構成される。これらの範囲内で、より低い圧力値は、より高い高度で航空機が直面する圧力に良く似ており、一方、より高い圧力値は、海水位により近い更に低い高度で航空機が直面する圧力に良く似ている。空気は、例えば幾つかある気体の中で特に約７８％Ｎ_２、約２１％Ｏ_２、及び、約０．０３９％ＣＯ_２を備える大気雰囲気中で見出される混合気体と同様の混合気体を含んでもよい。第３の流体ライン１１６が、気泡塔１１４と噴霧ノズル１０２との空気及び液体の連通をもたらすべく第１の端部にある気泡塔１１４を第２の端部にある噴霧ノズル１０２と結合する。圧縮空気ライン１１８が、圧縮空気供給源１１２と気泡塔１１４との空気連通をもたらすべく第１の端部にある圧縮空気供給源１１２を第２の端部にある気泡塔１１４と結合する。気泡塔１１４は、圧縮空気供給源１１２から圧縮空気ライン１１８を介して流される空気に対して初期加湿又は付加的加湿をもたらすために水などの液体を収容してもよい。

装置１００の内側で圧力調整を行なうために、ベント１２２が、第１のチャンバ壁１３０、第２のチャンバ壁１３２、又は、第３の壁１５２（図２）と結合されてもよい。ヒータ１２０が設けられて筐体１６０などの装置１００の内側を加熱するように構成されてもよい。ヒータ１２０は、装置１００の第１の壁１３０に隣接して配置されて第３の壁１５２（図２）と結合されてもよい。ヒータ１２０は、リベットなどの任意の適した付着を使用することによって第３の壁１５２に付着されてもよい。ヒータ１２０は、コントローラ１３８と結合されてコントローラ１３８により制御されてもよい。

固定支持体は、検査のために筐体内に位置する材料システムを支持して屈曲させるように構成される。ジョー１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ，１２４ｄ，１２４ｅは、パネル、２つの金属パネル間のコーティングされたラップジョイント、翼−胴体アセンブリ、及び、これらの組み合わせなどの材料システムを屈曲させるように構成される。材料システムは、パネル、例えばスキン又は胴体フラットパネルなどの航空機材料システムであってもよい。材料システムは、例えば約４インチである幅と、例えば約６インチ〜約１４．５インチである長さとを有してもよい。固定支持体は、約０．０５％〜約５０％、約０．１％〜約３０％、約０．３％〜約５％の範囲、例えば約０．３７％などの歪みまで材料システムを屈曲させてもよい。

１つ以上のジョー１２４ａ−１２４ｅを備える固定支持体は、材料システムを把持して解放するように構成される。ジョー１２４ａ−１２４ｅは、材料システムを第１の開始位置から完全に或いは部分的に屈曲される第２の位置まで屈曲させるように構成される。ジョー１２４ａ−１２４ｅは、屈曲プロセス中に、材料システムを、第１の位置から、開始位置から０°よりも大きく約１８０°にまで至る角度まで、例えば約５°〜約９０°、例えば約５°〜約４５°の角度まで屈曲させるように構成される。ジョー１２４ａ−１２４ｅは、同じサイズであってもよく或いは異なるサイズであってもよい。例えば、ジョー１２４ａは、（図１に示されるように）ジョー１２４ｂと同じサイズであってもよいが、ジョー１２４ｄとは異なるサイズであってもよい。また、ジョー１２４ａ−１２４ｅは、ジョー１２４ａ−１２４ｅの異なる対間の距離と同じ或いは異なる距離だけ互いから隔てて位置されてもよい。例えば、ジョー１２４ａとジョー１２４ｂとの間の第１の距離は、ジョー１２４ｄとジョー１２４ｅとの間の第２の距離とは異なっていてもよい。様々なジョーサイズ及び様々なジョー間距離は、例えば、装置１００内での暴露及び屈曲のプロセス中にパネルなどの異なるサイズの材料システムの同時検査を可能にする。幾つかの態様では、ジョー１２４ａ−１２４ｅのうちの１つ以上がスチールを備える。幾つかの態様では、ジョー１２４ａ−１２４ｅのうちの１つ以上が陽極酸化される。幾つかの態様において、ジョー１２４ａ−１２４ｅのうちの１つ以上は、硬質ゴム及び／又はプラスチックなどの不活性材料を備える。幾つかの態様において、ジョー１２４ａ−１２４ｅは、パネルなどの材料システムを第１の壁１３０及び／又は第２の壁１３２に対して約１５°及び約３０°から支持するように構成され、それにより、装置１００内で行なわれる腐食検査中に材料システム上での液体収集が減少される。幾つかの態様において、ジョー１２４ａは、材料システムを材料システムの第１の端部で把持するように構成され、また、ジョー１２４ｂは、材料システムを材料システムの第２の端部で把持するように構成される。幾つかの態様において、ジョー１２４ａ−１２４ｅは、材料システムを同時に或いは交互に屈曲させるように構成される。

モータ１２６がジョー１２４ａ−１２４ｅを動作させる。空気などの冷却材料をモータ１２６へ供給するために、注入チューブ１２８が第１の端部でモータ１２６と結合されるとともに第２の端部で第１の壁１３０と結合される。高温空気をモータ１２６から排出除去するために、排出チューブ１３４が第１の端部でモータ１２６と結合されるとともに第２の端部で第１の壁１３０と結合される。外側筐体１３６は、モータ１２６を取り囲んで、モータを収容するとともに、噴霧ノズル１０２から放出される液体或いは装置１００の内側に存在する任意の他の液体からモータを保護する。ジョー１２４ａ−１２４ｅはプレート１４６によって支持される。プレート１４６は脚１４８ａ，１４８ｂ，１４８ｃ，１４８ｄ，１４８ｅ，１４８ｆによって支持される。脚１４８ａ−１４８ｆは、第１の端部がプレート１４６と結合されるとともに、第２の端部がチャンバ壁、ラック１５０ａ、又は、ラック１５０ｂと結合される。本明細書中に記載される装置１００の一部は、周期的屈曲霧噴射プロセス中に装置１００内の状態に対して適切に不活性である材料を備えてもよい。適切に不活性な材料としては、プラスチック、ガラス、石、金属、ゴム、及び／又は、エポキシを挙げることができる。

装置１００は、コントローラ１３８などのプロセッサベースのシステムコントローラによって制御されてもよい。例えば、コントローラ１３８は、装置１００部品と周期的屈曲霧噴射プロセスに関連付けられる処理パラメータとを制御するように構成されてもよい。コントローラ１３８は、周期的屈曲霧噴射プロセスの制御を容易にするために装置１００の様々な構成要素に結合される、メモリ１４２及び大容量記憶デバイスと共に動作可能なプログラマブル中央処理ユニット（ＣＰＵ）１４０、入力制御ユニット、及び、ディスプレイユニット（図示せず）、例えば電源、クロック、キャッシュ、入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路等を含む。コントローラ１３８は、例えば、排出チューブ１３４、ベント１２２、ヒータ１２０、及び／又は、ジョー１２４ａ−１２４ｅと電子的通信状態にあってもよい。

前述した装置１００の制御を容易にするために、ＣＰＵ１４０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するためのプログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）などの工業環境で使用され得る任意の形態の汎用コンピュータプロセッサのうちの１つであってもよい。メモリ１４２はＣＰＵ１４０に結合され、また、メモリ１４２は、持続性であるとともに、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスクドライブ、ハードディスク、又は、局部的又は遠隔的な任意の他の形態のデジタル記憶装置などの容易に入手できるメモリのうちの１つ以上であってもよい。従来の態様でプロセッサをサポートするためにサポート回路１４４がＣＰＵ１４０に結合される。装置１００を用いた周期的屈曲霧噴射プロセスから得られる情報は、一般にソフトウェアルーチンとしてメモリ１４２に記憶されてもよい。また、ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ１４０により制御されているハードウェアから遠隔配置される第２のＣＰＵ（図示せず）によって記憶され及び／又は実行されてもよい。メモリ１４２は、ＣＰＵ１４０により実行されるときに装置１００の動作を容易にする、命令を含むコンピュータ可読記憶媒体の形態を成す。メモリ１４２内の命令は、本開示の方法を実施するプログラムなどのプログラムプロダクトの形態を成す。プログラムコードは、多くの異なるプログラミング言語のうちのいずれか１つに適合してもよい。幾つかの態様において、本開示は、コンピュータシステムと共に使用するためのコンピュータ可読記憶媒体に記憶されるプログラムプロダクトとして実施されてもよい。プログラムプロダクトのプログラムは、態様（本明細書中に記載される方法を含む）の機能を規定してもよい。例示的なコンピュータ可読記憶媒体は、（ｉ）情報が永久的に記憶される書き込み不可能な記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭドライブによって読み取ることができるＣＤ−ＲＯＭディスクなどのコンピュータ内のリードオンリーメモリデバイス、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、又は、任意のタイプの固体不揮発性半導体メモリ）、及び、（ｉｉ）可変情報が記憶される書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ又はハードディスクドライブ内のフロッピーディスク、或いは、任意のタイプの固体ランダムアクセス半導体メモリ）を含むがこれらに限定されない。そのようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書中に記載される方法及び装置の機能を管理するコンピュータ可読命令を伴うときには、本開示の態様である。

図３は、材料システムの腐食関連故障モードを加速して制御するための本開示の一態様に係る装置３００の平面図である。図３に示されるように、装置３００の構成要素は、モータ１２６が外側筐体１３６（外側筐体１３６は存在しない）によって取り囲まれず、モータ１２６が第１のチャンバ壁１３０の外部に位置され、かつ、注入チューブ１２８及び排出チューブ１３４が存在しない点を除き、図１の装置１００に示される構成要素と同じである。モータ１２６は第１のチャンバ壁１３０に結合される。幾つかの態様において、モータ１２６（第１のチャンバ壁１３０に結合される）は、チャンバ内へ入るボールスクリュー、アクメスクリュー、リードスクリュー、ローラースクリュー、及び、スクリューマウントなどのスクリュー、或いは、アクスル（図示せず）を介してチャンバの内側の曲げ動作を伝える。スクリューは、屈曲中に固定ブロック４０６と可動ブロック４０４との間の間隔を維持する。

図４は、本開示の一態様に係る周期的屈曲を行なうように構成される屈曲器４００の斜視図である。屈曲器４００は、図１に関して記載されるように、材料性能チャンバの内側に位置されてもよい。図４に示されるように、屈曲器４００は、可動ブロック４０４と固定ブロック４０６とを含む。固定ブロック４０６は、装着ボルト４１０ａ，４１０ｂによってプレート１４６に装着される。可動ブロック４０４は、固定ブロック４０６に隣接してプレート１４６上にスライド可能に配置される。固定ブロック４０６と可動ブロック４０４との間の直線状の変位は、ガイドロッド４０８ａ，４０８ｂによって維持される。ガイドロッド４０８ａ，４０８ｂは、ステンレススチール、高密度ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、クロム、例えばＡｒｍｏｌｏｇｙコーティング、及び、これらの組み合わせを備えてもよい。ガイドロッド４０８ａ，４０８ｂのそれぞれは固定ブロック４０６及び可動ブロック４０４と結合される。ガイドロッド４０８ａ，４０８ｂは互いに平行である。固定ブロック４０６及び可動ブロック４０４はジョー１２４ａ−１２４ｆを装着する或いはさもなければ支持する。固定ブロック４０６は、屈曲中にジョー１２４ａ−１２４ｆの第１の側を固定位置に装着し、一方、可動ブロック４０４は、屈曲中にジョー１２４ａ−１２４ｆの第２の側を装着してジョー１２４ａ−１２４ｆの第２の側の移動を許容する。固定ブロック４０６及び可動ブロック４０４は高密度ポリエチレンを備えてもよい。屈曲中、可動ブロックは、始点から、ジョー１２４ａ−１２４ｆ内に位置する材料システムの屈曲をもたらす終点まで、固定ブロックに対して横方向に移動される。始点、終点、及び、移動距離は、試験装置機械的境界制限、機械的ストッパブロック、又は、固定駆動システムソフトウェア制御に基づいて、屈曲器４００のユーザによって制御されてもよい。固定ブロック４０６及び可動ブロック４０４のそれぞれは、ベースと、該ベースからこのベースに対して垂直に延伸する複数の支柱とを含む。各支柱は、ジョー１２４ａ−１２４ｆのそれぞれを装着できる角度を与えるために長方形であってもよく或いは傾斜していてもよい。ジョー１２４ａ−１２４ｆはヒンジ結合され、それにより、材料システムを圧縮させた状態で材料システムを曲げることができる。例えば、ジョー１２４ａ−１２４ｅは、それぞれの支柱の一方側に装着されるとともに、ベースと垂直な線に対して例えば１５°〜３０°の角度で配置されてもよい。垂直に対する他の角度は、材料パネルにとって望ましい検査状態を得るべく考慮される。ジョー１２４ａ−１２４ｆの角度は、材料システムの角度位置を決定する。幾つかの態様において、材料システムは、ベースと垂直な線に対して例えば１５°〜３０°の角度で配置される。幾つかの態様において、ジョー１２４ａ−１２４ｆは、材料システムに対して電気的影響を殆ど及ぼさない或いは全く及ぼさないように非導電性であり且つ非金属である。ジョー１２４ａ−１２４ｆのうちの１つ以上は、検査中にジョー及び材料システムの電解腐食を（部分的に或いは完全に）防止する高密度ポリエチレン、ポリエチレンインサートを伴う商用グレードのチタン（ＩＩ）、ポリエチレンインサートを伴う犠牲３１６ＳＳ、又は、これらの組み合わせを備えてもよい。ジョー１２４ａ−１２４ｆのうちの１つ以上は、検査中にジョー及び材料システムの電解腐食を更に防止する例えばポリエチレンを備えるスリーブカバーを備えてもよい。本開示の幾つかの態様では、材料性能チャンバが複数の屈曲器４００を含む。材料性能チャンバが複数の屈曲器４００を含む幾つかの態様では、ガイドロッド４０８ａ，４０８ｂが複数の屈曲器４００を貫通して延伸する。

屈曲器４００などの屈曲器は、リアルタイムで調整できる可変周波数で可動ブロック及び材料システムの可変変位をもたらす。また、屈曲器は、材料システムに対して引張り及び圧縮を加えることもできる。

装置１００内での例えば周期的屈曲霧噴射プロセスなどの材料検査プロセスは、パネルなどの材料システムを塩霧などの処理液に暴露して材料システムを屈曲させることによって行なわれてもよい。暴露は、約１時間〜約４５００時間、例えば約２００時間〜約２０００時間、例えば約５００時間〜約１０００時間にわたって行なわれてもよい。材料システムを約１時間にわたって処理液に暴露することは、例えば、乾燥した気候で航空機の一部としての材料システムが直面する塩霧暴露に良く似ている。材料システムを約４５００時間にわたって処理液に暴露することは、例えば、非常に湿った気候で或いは適度に湿った気候で長期間にわたって航空機の一部としての材料システムが直面する塩霧暴露に良く似ている。液体は、試薬グレード水である水を含んでもよい。液体が塩溶液であってもよい。塩溶液が塩化ナトリウムを備えてもよい。塩溶液は、９８パーセント水中約２パーセント塩化ナトリウム〜９４パーセント水中約６パーセント塩化ナトリウム、例えば９５パーセント水中約５パーセント塩化ナトリウムを含んでもよい。塩溶液などの液体は、約０．１％未満の臭化物、フッ化物、及び、ヨウ化物を含んでもよい。塩溶液などの液体は、質量で約１ｐｐｍ未満、例えば約０．３ｐｐｍの銅を含んでもよい。塩溶液などの液体は固化防止剤を含まなくてもよい。これは、そのような固化防止剤が腐食防止剤として作用し得るからである。検査されてもよい材料システムは、例えば、航空機のスキン又は胴体を形成してもよい航空機パネル、２つの金属パネル間のコーティングされたラップジョイント、翼−胴体アセンブリ、及び、これらの組み合わせを含む。材料システムが金属又は合金を備えてもよい。一般的な材料システムはアルミニウムを備えてもよい。パネルは、アルミニウム及び／又は合金、例えばＡＡ２０２４、ＡＡ７０７５、ＡＡ５０８３、アルミニウムリチウム、又は、高エントロピー多成分合金を備えてもよい。液体は、約３〜約１１、例えば約５〜約８、例えば約６．５〜約７．２の範囲のｐＨを有してもよい塩霧などの処理液を形成するように霧化されてもよい。ｐＨは、適切なガラスｐＨ検出電極、基準電極、及び、ｐＨメーターシステムを使用して測定されてもよい。処理液のｐＨを調整することが望ましい場合がある。例えば、低いｐＨを有する処理液は、酸性雨等を含む汚染大気に良く似ている場合がある。また、処理液へと霧化される液体のｐＨは、暴露プロセス中に液体を再較正するように調整されてもよい。ｐＨは、例えば、ｐＨを減少させるための塩酸（ＨＣｌ）の付加によって或いはｐＨを増大させるための水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の付加によって調整されてもよい。塩霧などの液体は、８０ｃｍ^２の水平収集面積ごとに約０．５ミリリットル／時（ｍＬ／ｈ）〜約５ｍＬ／ｈの割合で、例えば８０ｃｍ^２の水平収集面積ごとに約１ｍＬ／ｈ〜約２ｍＬ／ｈの割合で流されてもよい。幾つかの態様において、パネルなどの材料システムは、ジョー１２４ａ−１２４ｅのうちの１つを使用して或いは複数のジョー１２４ａ−１２４ｅによって固定支持体により屈曲されてもよい。屈曲は、実際の条件下で航空機材料システムにより直面される腐食状態における機械的応力の作用に良く似るように周波数を変えることによって行なわれてもよい。例えば、材料システムは、約０．１ヘルツ（Ｈｚ）〜約１５０Ｈｚ、約０．１Ｈｚ〜約１００Ｈｚ、約０．１Ｈｚ〜約６０Ｈｚの周波数で屈曲されてもよい。また、屈曲される材料システムの曲率が大きければ大きいほど、本開示の装置及び方法を使用した材料システムの劣化が大きくなる。例えば、６インチの長さを有するフラットパネルは、２つのジョー間の距離を６インチにした状態で２つのジョーにより把持されてもよい。パネルは、塩霧溶液への暴露中に０．３３Ｈｚの割合で屈曲されてもよい。他の例において、７．５インチの長さを有するフラットパネルは、６インチの距離を間に有する２つのジョーによって把持されてもよい。パネルは、塩霧溶液への暴露中に０．３３Ｈｚの割合で屈曲されてもよい。７．５インチの長さを有するパネルは、その他の点では同一の条件下にある６インチの長さを有するパネルと比べて大きな曲率を有するとともに大きな劣化を受ける。理論により縛られることなく、材料システムに対して曲率を与える機械的応力は、材料システムのクラッキングをもたらし、このクラッキングは、塩霧などの腐食性流体が材料システムの亀裂中へ入るのを許容する。腐食性流体は、材料システムの亀裂に入った後、材料システムの表面上に様々な更なる層が存在する場合にはそれらの層間に更に入り込む場合がある。更なる層としては、例えば、表面仕上げ、プライマー、及び／又は、トップコートを挙げることができる。したがって、腐食性流体は、材料システム及び／又は材料システムの更なる層のうちの１つ以上の腐食を引き起こす場合がある。そのような状態は、実際の使用中にパネルなどの航空機材料システムにより直面される状態に良く似ている。

幾つかの態様において、装置１００の筐体１６０などの暴露領域は、材料システムを処理液（例えば、塩霧へと霧化される塩溶液など）に暴露している最中に及び／又は材料システムを屈曲している最中に約−１９６℃〜約１００℃の範囲、−５０℃〜約９５℃の範囲、０℃〜約５０℃の範囲、例えば約３３℃〜約３７℃の範囲など、例えば約３５℃の温度に維持されてもよい。温度は、記録デバイスによって或いは装置１００の外面から読み取られ得る温度計（図示せず）によって監視されてもよい。幾つかの態様において、パネルなどの材料システムを塩霧などの液体に暴露すること、及び、材料システムを屈曲させることは、同時に行なわれてもよい。幾つかの態様において、パネルなどの材料システムを塩霧などの液体に暴露すること、及び、材料システムを屈曲させることは、順次に行なわれてもよい。幾つかの態様において、材料システムは、塩霧に暴露されて同時に及び順次に屈曲されてもよく、これにより、就航中に材料システムにより直面される場合がある不規則な或いは可変の飛行特有の歪みプロファイルがもたらされる。幾つかの態様において、材料システムを液体に暴露すること及び／又は材料システムを屈曲させることは、材料システムを検査する、再配置する、又は、除去するために、及び／又は、溶液、例えば液体リザーバ１０４内の溶液などを補充するために、中断されてもよい。

暴露プロセスが完了した時点で、腐食の程度が測定される。材料システムは、処理溶液の副生成物、例えば塩堆積物を材料システムの表面から除去するために、例えば水を用いて洗浄され、その後、材料システムが乾燥される。これに加えて或いは代えて、材料システムは、ＨＣｌ溶液及び／又はヘキサメチレンテトラミンを用いて洗浄されてもよく、その後、試薬グレードの水を用いて濯がれてもよい。洗浄後、材料システムが乾燥されてもよい。腐食の程度は、洗浄／乾燥後に材料システムの重さを量って、その重量を塩霧などの液体に暴露して屈曲させる前の材料システムの重量から差し引くことにより、質量損質技術によって決定されてもよい。

パネルなどの材料システムは、表面仕上げ、プライマー、及び／又は、トップコートなどの１つ以上の表面層を有してもよい。腐食は、実際の環境では、機械的及び化学的なストレスに起因してこれらの層のうちの１つ以上で生じ得る。本明細書中に記載される装置及び方法は、材料システムを機械的及び化学的なストレスに晒すことによって実際の条件下で材料システムにより直面される腐食に良く似ている腐食の検査を可能にする。本明細書中に記載される装置及び方法は、材料システム表面、仕上げ表面、プライマー表面、及び／又は、トップコート表面のうちの１つ以上で腐食検査を可能にする。

例１：
３．７５インチ幅×１４．５インチ長さのアルミニウムパネルが図１に記載される装置における固定支持体内の２つのジョーによって固定された。パネルを約１Ｈｚで屈曲させつつ、パネルが５００時間にわたって塩化ナトリウム塩霧（ｐＨ６．８）に暴露された。暴露及び屈曲の後、アルミニウムパネルが水を用いて洗浄されて乾燥された。これらの条件下でパネルの全体の腐食を決定するために、その後にパネルの重さが量られ、また、この重量は、暴露及び屈曲の前のパネルの重量から差し引かれた。更に、検査中に与えられた腐食損傷の度合い及び程度を評価するために電気化学測定が材料システムに関して行なわれた。

幾つかの態様において、材料システムは、コーティングされ得るフラット金属パネルである。フラットパネルの材料性能は、パネルを少なくとも塩水噴霧のサイクルに暴露しつつパネルを周期的に屈曲させることによって検査される。暴露及び屈曲の後、パネルは、腐食の兆候、伝搬速度、及び、性能に関して評価される。

幾つかの態様において、材料システムは、少なくとも塩水噴霧のサイクルに暴露される前に、金属製の締結具、ネジ、ボルト、又は、他のハードウェアを使用して互いに接続される、結合される、又は、締結される２つのフラット金属パネルを備える。その後、材料システムは、腐食の兆候、伝搬速度、及び、性能に関して評価されてもよい。

幾つかの態様において、材料システムは、周期的な塩水噴霧に暴露される前、腐食の兆候、伝搬速度、及び、性能に関して評価される前に、金属材料又は複合材料から形成されてコーティングされてもよい機械的結合部又はナックルジョイントを備える。

幾つかの態様において、材料システムは、本体結合部側面、ストリンガー−胴体アセンブリ、胴体パネル、又は、翼−スパー−胴体アセンブリに相当する航空機構成要素を再現した構造的システムを備える。製造されたアセンブリは、腐食の兆候、伝搬速度、及び、性能に関して評価される前に少なくとも塩水噴霧のサイクルに暴露されつつ作動され或いは屈曲されてもよい。

本明細書中に記載される装置及び方法は、制御された塩水噴霧環境を与えて、例えばパネル、２つ以上のパネル間のコーティングされたラップジョイント、翼−胴体アセンブリ、及び、これらの組み合わせといった航空機材料システムなどの様々な材料システムに関して腐食などの材料性能の監視を行なう。本明細書中に記載される装置及び方法は、制御された暴露環境で航行中の実際の故障モード及びメカニズムを再現できる能力を与える。

本開示の装置内での材料システムの機械的な屈曲は、パネルなどの材料システムの腐食の増大をもたらし得る。機械的及び化学的なストレスの複合作用は、組み合わさって、実際の環境内で航空機パネルなどの材料システムにより直面される腐食をより正確に再現する腐食を誘発させる。したがって、本開示の方法及び装置は、航空機の実際の使用中に航空機材料システムを用いて観察される腐食をより正確にシミュレートする。本開示の方法及び装置は、航空機の一部としての材料システムの実際の使用中にパネルなどの材料システムにより直面される腐食をより正確に表わす、スタンドアロン材料システム及びコーティング層間の界面の腐食の検査を可能にする。本開示の方法及び装置は、航空機材料システムの改善された予見的で且つ法医学的な調査を行なうことができるように不規則な飛行特有の歪みプロファイルの再形成を更に可能にする。

更に、態様は、以下の項にしたがって表わされる。
項１．材料システムを塩霧に暴露するステップと、
材料システムを屈曲させるステップと、
を備える、材料性能を決定するための方法。

項２．屈曲が約０．１Ｈｚ〜約６０Ｈｚの周波数で行なわれる項１の方法。

項３．材料システムを屈曲させるステップと材料システムを塩霧に暴露するステップとが同時に行なわれる項１又は項２の方法。

項４．材料システムを屈曲させるステップと材料システムを暴露するステップとが順次に行なわれる項１から３のいずれか一項の方法。

項５．材料システムを塩霧に暴露するステップであって、塩霧のｐＨが約３．０〜約９．０の範囲である、ステップと、
材料システムを約０．１Ｈｚ〜約６０Ｈｚの周波数で屈曲させるステップと、
を備える、材料性能を決定するための方法。

項６．屈曲は、材料システムと結合されるジョーと、ジョーと結合されるモータとによって行なわれる項５の方法。

項７．材料システムを塩霧に暴露している最中に暴露領域を約−５０℃〜約９５℃の温度に維持するステップを更に備える項５又は項６の方法。

項８．材料システムを暴露するステップと材料システムを屈曲させるステップとが同じチャンバ内で行なわれる項５から７のいずれか一項の方法。

項９．材料システムを暴露するステップと材料システムを屈曲させるステップとが同時に行なわれる項８の方法。

項１０．塩水噴霧チャンバと、
材料システムを屈曲させるように構成されるジョーと、
を備える材料性能チャンバ。

項１１．チャンバの内部に位置するモータと、
第１の端部がモータと結合されるとともに第２の端部が第１の壁と結合される注入チューブと、
第１の端部がモータと結合されるとともに第２の端部が第１の壁又は第２の壁と結合される排出チューブと、
を更に備える項１０の材料性能チャンバ。

項１２．チャンバの外部に位置するモータを更に備える項１０又は項１１の材料性能チャンバ。

項１３．モータは、該モータを塩霧から保護するための外側筐体を備える項１２の材料性能チャンバ。

項１４．ベント、ヒータ、及び、ジョーと電気的通信状態にあるコントローラを更に備える項１１から１３のいずれか一項の材料性能チャンバ。

項１５．ジョーは、高密度ポリエチレン、高密度ポリプロピレン、ポリエチレンインサートを伴う商用グレードのチタン（ＩＩ）、ポリエチレンインサートを伴う犠牲３１６ＳＳ、及び、これらの組み合わせから成るグループから選択される材料を備える項１１から１４のいずれか一項の材料性能チャンバ。

項１６．ジョーがスリーブカバーを備え、スリーブカバーがポリエチレンを備える項１１から１５のいずれか一項の材料性能チャンバ。

項１７．ジョーが非導電性で且つ非金属である項１１から１６のいずれか一項の材料性能チャンバ。

項１８．可動ブロックと固定ブロックとを更に備える項１１から１７のいずれか一項の材料性能チャンバ。

項１９．第１のガイドロッドと第２のガイドロッドとを更に備える項１８の材料性能チャンバ。

項２０．ジョーは、ベースと垂直な線に対して約１５°〜約３０°の角度を成して配置される項１９の材料性能チャンバ。

以上は本開示の態様に向けられるが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の更なる態様が考え出されてもよい。また、本開示は、例えばパネル、２つ以上のパネル間のコーティングされたラップジョイント、及び、翼−胴体アセンブリといった航空機材料システムなどの材料システムに向けられるが、本開示の態様は、航空宇宙産業、自動車産業、海洋産業、エネルギー産業等で使用される多成分の材料システムなどの航空機と関連付けられない他の材料システムに向けられてもよい。

１００ 装置
１０２ 噴霧ノズル
１０４ 液体リザーバ
１０６ 第１の流体ライン
１０８ 霧ポンプ
１１０ 第２の流体ライン
１１２ 圧縮空気供給源
１１４ 気泡塔
１１６ 第３の流体ライン
１１８ 圧縮空気ライン
１２０ ヒータ
１２２ ベント
１２４ａ〜１２４ｆ ジョー
１２６ モータ
１２８ 注入チューブ
１３０ 第１のチャンバ壁
１３２ 第２のチャンバ壁
１３４ 排出チューブ
１３６ 外側筐体
１３８ コントローラ
１４０ プログラマブル中央処理ユニット（ＣＰＵ）
１４２ メモリ
１４４ サポート回路
１４６ プレート
１４８ａ〜１４８ｆ 脚
１５０ａ，１５０ｂ ラック
１５２ 第３の壁
１６０ 筐体
３００ 装置
４００ 屈曲器
４０４ 可動ブロック
４０６ 固定ブロック
４０８ａ，４０８ｂ ガイドロッド
４１０ａ，４１０ｂ 装着ボルト

Claims (9)

1. 材料システムをｐＨが約３．０〜約９．０の範囲の塩霧に暴露するステップと、
   前記材料システムを約０．１Ｈｚ〜約６０Ｈｚの周波数で屈曲させるステップと、
   暴露及び屈曲の後、前記材料システムの腐食の程度を測定するステップと、
   を備える、材料性能を決定するための方法。
2. 前記材料システムを屈曲させるステップと前記材料システムを塩霧に暴露するステップとが同時に行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記材料システムを屈曲させるステップと前記材料システムを暴露するステップとが順次に行われる、請求項１に記載の方法。
4. 前記屈曲させるステップは、前記材料システムと結合されたジョーと、前記ジョーと結合されたモータとによって行われる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記材料システムを塩霧に暴露するステップの最中に、暴露領域を約−５０℃〜約９５℃の温度に維持するステップを更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記材料システムを暴露するステップと前記材料システムを屈曲させるステップとが同じチャンバ内で行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 暴露領域の圧力が約２ＰＳＩ〜約５０ＰＳＩに調整される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 約０．０５％〜約５０％の歪みまで前記材料システムを屈曲させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記材料システムを約１時間〜約４５００時間の継続期間にわたって塩霧に暴露する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。