多电极偶接对金属大气腐蚀影响的试验与仿真

搭建薄液膜厚度测量与控制装置,采用微距参比电极后置法组建三电极体系,测量了厚度为100 μm的3.5wt% NaCl液膜下2A12铝合金、TC18钛合金和30CrMnSiNi2A高强钢的极化曲线和耦合体系的电偶电流;建立了基于薄壳电流分布的Comsol腐蚀仿真模型,得到了100 μm液膜下电极电位分布和电流密度分布图,通过对电极表面进行局部电流面积分计算得到了其电偶电流,对不同电极进行了面积的参数化扫描,讨论分析了不同面积比对于电偶电流的影响。结果表明：利用仿真模型得到的电偶电流值与试验值吻合较好,在2A12/30CrMnSiNi2A/TC18多电极体系中2A12充当阳极,TC18/30CrMnSiNi2A充当阴极,且阴阳极极性不随面积比的变化而发生转变,电偶电流主要集中在30CrMnSiNi2A与2A12之间,电偶电流与TC18面积呈线性关系,其对数与2A12和30CrMnSiNi2A面积的对数之间呈线性关系。利用建立的仿真模型对模拟搭接件大气腐蚀进行了仿真研究,仿真发现垫圈、2A12与30CrMnSiNi2A偶接接缝处及2A12与TC18偶接铆钉处电流密度分布更为集中,易发生腐蚀,与暴晒试验结果相符,说明该仿真模型对于多电极偶接的腐蚀分布具有很好的预测作用。     

沿海区域镁合金制飞机零部件的腐蚀与防护

镁合金的氧化膜比较疏松,一旦受到撞击或划伤,其表面膜会被破坏,发生电偶腐蚀和应力腐蚀。在潮湿的盐雾环境中,镁合金电偶腐蚀最常见的是搭铁区域的腐蚀。其腐蚀机理是:镁合金的电极电势为-1.20V,铁或不锈钢的电极电势是-0.40V左右,因此,镁合金与铁易形成电偶腐蚀,镁合金为阳极,铁为阴极。搭铁区域形成大阴极、小阳极,从而加速电偶腐蚀的进行。     

沿海环境下服役飞机铝合金零件的表面涂层破坏与腐蚀

 为了探讨在斐济沿海机场某型国产飞机铝合金零件出现的腐蚀问题,研究了热带海洋环境条件下油漆涂层的老化失效对铝合金零件腐蚀的影响,采用宏观、微观腐蚀形貌,腐蚀产物成分分析等方法,对比研究了实验室中性盐雾和紫外光老化条件下油漆涂层的老化失效特点。结果表明在海洋环境和实验室环境条件下,飞机铝合金零件都是先出现表面涂层的老化失效,而后表面氧化膜层和基体出现点腐蚀,直至发生晶间腐蚀到剥蚀破坏。分析认为铝合金零件表面油漆涂层的老化失效起源于热带海洋大气环境中温度、湿度、Cl^-、光照等共同作用导致的微孔隙、微裂纹等缺陷。     

探针对AFM阳极氧化加工的影响研究

利用原子力显微镜AFM进行阳极氧化纳米刻蚀加工的实质是电场作用下发生下的电化学反应,探针是影响氧化加工重要的因素。在氧化加工过程中,探针曲率半径的大小和与样品表面的相对位置影响了表面电场的分布,从而影响了氧化物的结构。由于氧化及磨损的影响,探针会失效,而碳纳米管针尖的氧化加工可以获得更高精度的纳米结构。     

某型飞机结构腐蚀失效分析

阐述了某型飞机服役环境及结构腐蚀失效原因，指出了海军飞机特别是离海岸近的飞机易发生腐蚀的根本原因是大气污染及结构表面长时间处于湿润状态。分析了材料厚度与剥蚀之间的关系，涂层质量对结构表面抗腐蚀能力的影响以及飞行强度对飞机结构日历寿命的影响。     

海洋环境下机载电连接器腐蚀分析与失效机理

为分析海洋环境对机载航空电连接器的腐蚀情况的影响,将电连接器进行自然暴晒试验和实验室多应力加速试验,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和光学显微镜等表征手段对试验件腐蚀程度、腐蚀区的微量元素定性定量分析。结果显示,电连接器的中间轴身和头部高应力接触区易发生腐蚀。电连接器主要的腐蚀方式有电应力腐蚀和电化学腐蚀。高温、高盐、高湿和高辐射的海洋环境加速了电连接器被腐蚀的过程。被腐蚀的电连接器局部镀层破损甚至脱落,基底材料暴露在外且被腐蚀和破坏,并形成大量的金属盐腐蚀产物,导致失效概率增加。出现失效的主要原因是电连接器的接触电阻增加、绝缘性能降低、电偶腐蚀、应力松弛和蠕变。     

TB5钛合金脉冲阳极氧化膜电偶腐蚀性能研究

通过脉冲阳极氧化技术在TB5钛合金表面制备一种抗电偶腐蚀的氧化膜,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪分析了钛合金阳极氧化膜的组织形貌和晶体结构,测量了TB5钛合金与钢及铝合金间的电偶腐蚀性能,并采用电化学的方法探讨了钛合金阳极氧化膜的抗电偶腐蚀的机理。结果表明,该氧化膜为厚度约为2~3μm的多孔结构膜,由锐钛型Ti O2晶体和无定型的Ti O2混合组成;电化学分析显示,钛合金阳极氧化后反应电阻增大导致电偶腐蚀电流密度降低;因此,对钛合金进行脉冲阳极氧化处理可以有效降低钛合金电偶触腐蚀敏感性。     

飞机典型结构件防护涂层耐腐蚀试验对比研究

基于2种涂层的飞机典型结构模拟试验件加速腐蚀及老化试验,得到涂层光泽度和色差随加速腐蚀时间的变化规律。利用灰色关联分析方法,对影响涂层腐蚀损伤的9个评定指标进行量化比较,计算出2种涂层防护体系评价指标与参考标准之间的关联度大小,并对2种涂层防护体系进行了综合评定。结果表明,2种涂层光泽度和色差变化均随加速腐蚀时间增加而增大,TB06-9涂层较H06-076涂层变化更明显,H06-076涂层的防护效果优于TB06-9涂层。     

模拟实际飞机腐蚀介质中高强铝合金材料腐蚀行为研究

利用电偶腐蚀,动电位扫描等方法,模拟飞机运行条件下实际腐蚀介质中LY12,LC4高强铝合金等飞机常用的结构材料偶接后的腐蚀情况进行研究。LY12,LC4铝合金的腐蚀均由点蚀开始,发展成层状翘起,以至腐蚀剥落。不同偶接金属的搭配对腐蚀的影响也很大,偶接状态下其腐蚀电化学行为以电位负的金属为主。     

碳纤维增强复合材料与高强度金属的接触腐蚀

碳纤维/环氧树脂复合材料(CFRM)与高强度钛合金、铝合金、1Cr18Ni9Ti不锈钢等结构材料连接时,在界面形成了电偶腐蚀和缝隙腐蚀,这首先决定于材料本身的电化学性能;同时,也与相互的配偶情况、处理工艺和环境条件有关。电偶腐蚀受配偶材料各自的静态自腐电位(E_(corr))和电偶电位、电偶电流等闭路动态性能的影响。在3.5％NaCl溶液中,材料电化学特性和处理工艺对电偶腐蚀及缝隙腐蚀影响的趋势相同。用浸泡失重法、盐雾试验法及缝隙腐蚀法检验CFRM与阳极化钛合金,以及热水封和铬酸盐封闭的铝合金偶接时,稳定性较好,可满足工程应用的需要。     

不同浓度NaCl溶液下典型铝/钛合金电偶腐蚀当量折算关系

通过电化学试验,分别测量了不同浓度NaCl溶液中2A12铝合金和TA15钛合金的极化曲线,利用极化曲线外推法,得到自腐蚀电流密度和自腐蚀电位,并分析其变化规律;测量了不同浓度、不同阴阳极面积比的电偶腐蚀电流;建立电偶腐蚀仿真模型,得到电偶电流仿真结果;基于仿真结果,利用当量折算系数法,计算不同浓度NaCl溶液与水介质的折算关系。结果表明:2种金属在溶液中存在电位差导致电偶腐蚀的发生;电偶电流的测试结果与仿真结果吻合较好,仿真模型可以用来对电偶腐蚀进行模拟;得到了2A12铝合金与TA15钛合金偶接后不同浓度NaCl溶液与水介质的折算系数。     

一种新的电铸阳极轮廓设计方法

 拉瓦尔喷管的电铸层有一定的均匀性要求.在电铸过程中,电铸阳极的轮廓和位置决定了阴极表面电流密度的分布,并最终影响电铸层的均匀性.为此,设计了一种新的阳极轮廓优化方法,在进行阳极轮廓优化设计时,只需在编制的优化程序中输入阴极轮廓,通过ANSYS软件进行电场分析,程序根据阴极上不同位置电场强度的强弱,自动逐步调整对应点的阳极轮廓,以改善阴极表面的电流密度分布均匀性,即可得到优化后的阳极轮廓.采用该优化方法,可以快速得到所需的阳极轮廓,且通用性强.对某型喷管外壁进行阳极轮廓优化设计后,制得了厚度最大处与最小处比值为1.26的电铸镍层.     

飞机结构常见腐蚀形式仿真研究进展

当前军用飞机环境适应性考核一般采用外场暴晒和实验室加速两种手段进行,但当结构设计发生改变时,往往需要重新进行考核试验,耗时耗力。腐蚀仿真运用有限元或边界元的数学手段,以电化学基础理论为依据能够在较短的时间内准确的预测腐蚀结果,得到了国内外研究学者的青睐并在欧美等发达国家部分领域已经开始得到应用。首先重点分析了飞机常见腐蚀形式的国内外仿真研究现状,包括电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀以及应力作用下的腐蚀,在此基础上,对腐蚀仿真的基础理论进行了总结概述,针对目前较为成熟的腐蚀仿真商业软件进行了优缺点对比,最后提出了动界面追踪、多尺度多物理场腐蚀仿真模拟、腐蚀仿真规范化以及航空领域工程应用4个腐蚀仿真目前研究的难点,期望可以为腐蚀仿真的进一步探究提供方向性参考。     

表面涂层破损对7 B04铝合金点蚀的影响及仿真研究

模拟7B04铝合金表面涂层破损,采用电化学试验研究7B04铝合金在不同环境条件下的自腐蚀与点蚀行为,基于电偶腐蚀数学模型,通过有限元法分析7B04铝合金与TA15钛合金接触后发生点蚀的条件。结果表明：7B04铝合金点蚀电位受Cl-浓度和pH值的影响,在NaCl质量分数>10%的中性溶液及NaCl质量分数为3.5%的酸性溶液中,自腐蚀状态下7B04铝合金即可发生点蚀;7B04铝合金与TA15钛合金接触后,电位升高,增加了发生点蚀的可能性,在NaCl质量分数为3.5%的中性溶液中,当阴阳极面积比≥40时,7B04铝合金发生点蚀的萌生并进一步扩展;7B04铝合金电位随阴阳极距离的增大而下降,但幅度有限,在10 m的距离内下降不超过2 mV。     

飞机结构搭接件腐蚀三维裂纹扩展特性分析

通过对某型退役飞机分解检查,发现搭接件在腐蚀产物的膨胀作用下产生了裂纹。采用20节点等参奇异元,运用三维有限元法分析含半椭圆裂纹的飞机结构搭接件的应力应变状态,通过计算裂纹前缘典型部位的应力强度因子,预测了裂纹的扩展趋势,分析了其危害性。结果表明,搭接件半椭圆形裂纹以较小的形状比(a/b)扩展,在较长阶段内并不会扩展到外表面。所以裂纹具有隐蔽性,对飞机安全构成潜在的威胁。     

飞机连接结构防护涂层老化损伤量化评估方法

飞机连接结构防护涂层体系的老化过程具有多属性、模糊性和动态性的特点,综合量化评估防护涂层体系老化损伤程度对保障飞机连接结构的功能和使用安全具有重要作用。本文分析了现阶段的涂层老化损伤评级方法,提出了用等级描述老化损伤程度的量化评估技术途径,建立了基于模糊综合评判的量化评估方法。在国标、ISO和ASTM标准给出的单项评级方法的基础上提出了适用于飞机连接结构防护涂层体系老化损伤的单项评级方法,确定了因素集和评价集。采用专家打分法统计得到了各因素的权重分配,确定了权重集。选用正态分布隶属函数来确定评价矩阵,给出了隶属函数参数的计算方法和结果,建立了评价矩阵的确定方法。进行了某型飞机机翼上下表面连接部位模拟试件的加速腐蚀试验,采用本文提出的量化评估方法对防护涂层体系的老化损伤进行了评估,确定了老化损伤等级,评估结果与试验结果相符,与腐蚀动力学规律一致,从而验证了本文提出的方法。     

中国飞机结构腐蚀分区和当量环境谱

为了使飞机的日历定寿从定性走向定量,关键技术是解决自然环境与试验环境间的当量关系。以金属腐蚀电流为度量标准,提出等腐蚀量当量准则,给出编制当量环境谱的方法及ESXU系统软件,在腐蚀电流Ic的测量及在中国环境数据收集的基础上,对中国153站点的金属腐蚀量进行计算,按腐蚀量的大小,将我国划分成不同的腐蚀级及腐蚀区域,并给出一般情况的当量环境谱,对飞机的方案论证,结构腐蚀的控制,日历寿命的确定,维护规程的制定,维护费用的估计都有重要的参考价值。     

飞机非对称进入烟气流时的响应特性研究

用任意风场中六自由度运动方程研究了飞机在发动机正常和非正常工作情况下,一侧机翼进入烟气流时的响应特性.所得结果对机场和电厂的位置选择具有参考价值.     

Corrosion mechanism investigation of TiN/Ti coating and TC4 alloy for aircraft compressor application

It is imperative to develop multifunctional erosion and corrosion resistant coatings for compressor blades of aircraft engines in harsh environment. PVD (Physical Vapor Deposition) technology has the advances in processing erosion-resistant coatings; however, the performance of PVD coatings to combat corrosion depends on various coating defects. Determining and comparing the corrosion performances of PVD TiN/Ti coating and uncoated TC4 alloy was the main objective of present work. The 960 h salt spray corrosion and 116 h hot corrosion tests were conducted to simulate the grounding and working environments of the aircraft compressors. The corrosion mechanisms due to the coating defects such as pinhole, columnar boundary and large grain were analyzed based on the OM, Confocal microscope, electrochemical measurements, SEM, XRD and EDS results. Owing to the disordered state associated with the columnar boundary and the coating defect, nitrogen could be easily replaced by oxygen in the hot corrosion process, these structures were channels for fast diffusion of oxygen. Moreover, the Gibbs energy changes of Ti oxidation and TiN oxidation were thermodynamically calculated according to the working condition of aircraft compressors, and considerable research effort was focused on mapping out the phase diagram of Ti, TiN and high pressure gases. The findings of this research can provide insights into developing multifunctional coatings for future aircraft engines.