基于图像的腐蚀损伤及疲劳寿命研究

在实验室环境下,对航空LY12CZ铝合金试件进行了腐蚀试验,然后采用图像处理的方法,提取了孔蚀率、点蚀坑分形维数、点蚀坑半径3种腐蚀形貌特征值,通过灰色预测方法对腐蚀形貌特征值与腐蚀损伤之间的关系进行了研究,得到了基于形貌特征值的GM(1,3)腐蚀损伤预测模型。在此基础上,利用AFGROW软件建立了断裂力学模型,对不同腐蚀形貌特征条件下LY12CZ试件的疲劳寿命进行了计算与讨论。结果表明,试件的疲劳寿命与其表面腐蚀形貌密切相关,3种腐蚀形貌特征值均与试件的疲劳寿命负相关。此外,基于腐蚀形貌特征值计算得到的疲劳寿命值与利用实测点蚀坑深度计算得到的疲劳寿命值吻合较好,平均相对误差为8.84%。     

SiCp含量及缓蚀剂对SiCp／Al金属基复合材料腐蚀行为的影响

研究了ZL101A铝合金及以其为基体含5vol%,10vol%,15vol%和20voll%SiCP的SiCP/Al金属基复合材料在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,通过添加钼酸钠、硅酸钠等缓蚀剂在3.5%NaCl溶液中,将SiCP/Al金属基复合材料在室温下浸泡一定的周期,采用失重法和SEM技术分别计算腐蚀速率和分析腐蚀后的微观组织形貌.试验结果表明SiCP颗粒增强物的加入对SiCP/Al金属基复合材料腐蚀速率影响不大,甚至略有降低,SiCP改变了铝合金基体表面腐蚀的形核和发展,点蚀数量增加、深度变浅.添加缓蚀剂后,抑制了SiCP/Al金属基复合材料表面点蚀的形成,与钼酸钠缓蚀剂相比,硅酸钠具有良好的缓蚀作用,当SiCP颗粒增强物的含量达到15vol%和20vol%时,缓蚀剂的缓蚀效果明显下降.     

5A06铝镁合金海水腐蚀电化学特性

对5A06铝镁合金进行海水腐蚀实验,测试腐蚀不同时间后的电化学阻抗谱和极化曲线。结合微观形貌,定性分析阻抗谱和极化曲线的变化规律;进而建立等效电路模型,并采用ZsimpWin拟合给出各等效元件的值,定量分析其变化规律。另一方面,利用极化曲线外延法计算腐蚀不同时间后的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度,从而得到瞬时腐蚀速率的变化规律。结果表明:没有经过腐蚀的5A06铝镁合金在海水中的阻抗谱呈现双容抗弧特征;腐蚀1天后,随时间的延长,单一容抗弧呈现出先增大后减小的趋势。在整个腐蚀过程中,自腐蚀电流密度和腐蚀速率先减小后增大;腐蚀1天相对未经腐蚀的样品腐蚀电位(Ecorr)有所升高,随后逐渐下降,最终又呈现上升的趋势。     

纯镁和镁锂合金在中性3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为

采用电化学方法研究了纯Mg和Mg-Li合金在中性3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,采用扫描电镜观察了腐蚀后的表面形貌,利用XRD测试了腐蚀前后纯Mg和Mg-Li合金表面的组成成分,并用失重法测试了腐蚀速率。结果表明:腐蚀初期,纯Mg的腐蚀电流小于Mg-Li合金,纯Mg的腐蚀电位高于Mg-Li合金,纯Mg的电化学反应电阻大于Mg-Li合金。经过24h腐蚀后,纯Mg的腐蚀速率大于Mg-Li合金,且两者腐蚀形貌不同,纯Mg的腐蚀坑大而深,蚀坑数量少;Mg-Li合金的腐蚀坑小而浅,蚀坑数量多并且表面变黑。纯Mg的腐蚀产物主要为Mg(OH)2,Mg-Li合金的腐蚀产物主要为Mg(OH)2,LiOH,MgLi,Mg3Li7,Al2O3。     

铝合金5083-6082搅拌摩擦焊焊缝的电化学腐蚀行为

首先,对铝合金5083-6082搅拌摩擦焊(FSW)焊缝与5083母材、6082母材的金相组织进行了研究,结果表明,焊缝的组织与两种母材相比,其晶粒明显细化.其次,通过室温静态挂片试验以及动电位极化曲线测试,电化学阻抗谱(EIS)试验,在室温0.2 mol/L NaHSO3+0.6 mol/L NaCl溶液中,对铝合金5083-6082搅拌摩擦焊的焊缝以及两种母材的电化学腐蚀行为进行了研究.结果表明:主轴转速800 r/min,焊接速度160 mm/min,搅拌头倾角3°时的焊缝与两种母材相比,腐蚀电位Ecorr正向移动,平均腐蚀速率和腐蚀电流密度Icorr变小,极化电阻Rp增大.同时使用打描电子显微镜(SEM)对室温静态挂片试验试样的表面形貌进行了观察,发现焊缝表面上只出现少量较浅的点蚀坑,而两种母材表面的点蚀现象较为严重.     

LC4CZ铝合金机场环境下点蚀萌生疲劳裂纹行为研究

为获取LC4CZ铝合金机场环境下点蚀损伤萌生疲劳裂纹行为规律,开展了LC4CZ试件模拟机场环境、点蚀周期分别为10y和15y的加速点蚀试验,在此基础上进行预点蚀试件常幅载荷条件下分阶段疲劳试验,采用扫描电镜对分阶段试件断口进行观测并进行统计分析。研究发现,点蚀损伤程度对试件疲劳寿命有较大影响,两种点蚀周期下的疲劳寿命降低系数分别为4.3和5.8。30个预点蚀试件断口观测到的147条疲劳裂纹全部由蚀坑萌生,大都位于蚀坑底部且萌生周期短暂。两种腐蚀周期下的疲劳裂纹萌生初期的平均尺寸分别为21μm和33μm,在尺寸上属于短裂纹。随着疲劳循环数增加,两种点蚀周期下观测到的裂纹数量分别由21条和27条减少为15条和24条,多个裂纹之间存在干涉、合并行为。     

LC4铝合金服役环境下点蚀形貌特征及其演变规律

为获取飞机LC4铝合金在服役环境下典型点蚀形貌特征,采用模拟服役环境的加速腐蚀实验环境谱对材料试件进行加速腐蚀实验,定义3个参数蚀坑深度H、蚀坑表面长度L、蚀坑表面宽度W为表征蚀坑形貌特征参量,跟踪测量典型蚀坑不同腐蚀年限下此3个特征参量数值,获取典型蚀坑形貌特征参量数据检测结果。在此基础上,对检测结果分别采用统计分析和分形理论方法进行数据分析,获取LC4铝合金同一腐蚀年限下和不同腐蚀年限下典型点蚀蚀坑的形貌特征及其演变规律。结果表明:同一腐蚀年限下,点蚀蚀坑形貌特征参量符合对数正态分布;随着腐蚀年限的增加,点蚀蚀坑形貌特征参量逐渐体现出明显的分形特征,蚀坑形貌逐渐趋向坑深度较浅、坑表面长度较长、坑表面宽适中的特征。     

Mg-Li-Ca表面气相扩散法制备氢氧化镁/硬脂酸 复合涂层的耐蚀性能

采用气相扩散法,在Mg-1Li-1Ca镁合金表面制备氢氧化镁/硬脂酸复合涂层,以提高镁合金的耐蚀性能。利用高分辨扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的表面形貌和化学成分进行表征;通过电化学实验和腐蚀浸泡实验研究复合涂层的耐蚀性能,探讨复合涂层成膜机理和耐蚀机理。结果表明:Mg-1Li-1Ca合金表面氢氧化镁涂层呈紧密排列的花瓣状多孔结构,硬脂酸涂层未明显地改变氢氧化镁涂层形貌;因其具有较低的表面能,表现出良好的疏水性,有效地阻止了腐蚀介质进入涂层内部,增强了涂层的屏蔽作用;氢氧化镁/硬脂酸复合涂层的腐蚀电流密度(1.45×10–7A/cm2)比Mg-1Li-1Ca合金基体腐蚀电流密度(2.70×10–5A/cm2)降低了两个数量级。交流阻抗值表明,此复合涂层的电荷转移电阻约为基体的200倍。说明此复合涂层有效地提高了镁合金的耐蚀性能。     

蚀坑几何形貌的三维模拟

 点蚀是导致结构失效的重要机理之一,点蚀形貌中隐含了大量的有用信息。针对点蚀形貌及尺寸的演化情况,采用三维元胞自动机技术对腐蚀环境中的金属腐蚀生长演化过程进行模拟。将腐蚀损伤生长过程模拟成一个离散的动力学系统,在模拟过程中着重考虑了腐蚀过程中发生的质量转移、金属溶解及钝化、IR降等基本化学物理现象,并定义了相应的局部规则。通过模拟得到了在不同环境下蚀坑的腐蚀损伤形貌。将蚀坑看做半椭球体,可以得到蚀坑的等效深度,定义蚀坑深度比为蚀坑等效深度与蚀坑模拟深度的比值,利用该参数对蚀坑趋近于半椭球体的程度进行分析;对等效为半椭球体的蚀坑,采用蚀坑尺寸比率对等效蚀坑的几何形貌进行研究。结果表明:蚀坑在生长过程中,几何形貌会达到一种相对稳定的状态。初步的研究将有助于进一步理解点蚀生长机理,为疲劳寿命预测及结构完整性分析提供有用信息。     

航空Ti600合金与其梯度功能修复涂层的腐蚀特性对比分析

为修复损伤的 Ti600合金结构件,开发新型耐蚀涂层,应用 Nd:YAG 激光在 Ti600表面制备了钛基梯度功能涂层材料(Functional Gradient Materials,FGM),并测试其耐腐蚀性能.结果表明,Ti600基体和 FGM 耐蚀性均较好;在微观上均呈现局部腐蚀的特性,表面呈腐蚀微坑形貌;极化电位较低;自腐蚀电流小,在30~90 nA/cm2之间.FGM 耐蚀性能较 Ti600得到提高,腐蚀电流为 Ti600的72%     

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。     

LY12CZ铝合金型材的腐蚀动力学统计规律研究及日历寿命预测方法探讨

以周期浸泡试验作为加速腐蚀试验,以最大腐蚀深度作为腐蚀损伤衡量指标,研究了 LY1 2 CZ铝合金型材腐蚀的统计规律和动力学规律。结果发现 :LY1 2 CZ铝合金型材的最大腐蚀深度符合 Gumbel统计规律;对于一定的面积 (一定的失效概率 ),最大腐蚀深度随时间变化的动力学曲线为 S形曲线,必须分为点蚀阶段 ( Sigmoidal( Boltzman)曲线 )、剥蚀阶段 (直线 )两部分进行拟合。在此基础上,提出了根据研究对象的面积、腐蚀损伤容限、周期浸泡试验的加速系数及最大腐蚀深度、面积、腐蚀时间的之间函数关系式预测外场的日历寿命的方法     

铝合金加速腐蚀形貌灰度特征提取方法

基于腐蚀图像包含大量腐蚀信息的客观现象,将数字图像技术和概率统计理论应用于腐蚀图像预处理和特征提取,用腐蚀图像统计特征值的变化来表征腐蚀形貌的演化过程。结合LY12CZ铝合金在EXCO溶液中加速腐蚀试验,计算得到加速腐蚀不同时间的试验件表面6个典型灰度统计特征值。分析表明:试验件表面灰度统计特征值随着腐蚀时间的增加呈现规律性变化,平均亮度、一致性随腐蚀时间的增加而减少,而平均对比度、相对平滑度、第3阶矩、熵值等随腐蚀时间的增加而增加,说明随着腐蚀时间的增加,试件表面蚀坑逐渐变大变深,腐蚀越来越严重,腐蚀形貌越来越复杂。     

铝合金与橡胶软油箱抗老化涂层接触腐蚀机理研究

通过对7A04-T6包铝合金及去包铝合金与三种橡胶抗老化涂层材料在高温、高湿环境中的接触腐蚀产物SEM形貌分析及EDS成分分析,表明铝合金与橡胶抗老化涂层接触腐蚀形貌特征为点蚀,腐蚀严重时试样表面局部或全部被大量腐蚀产物所覆盖,腐蚀产物的主要元素为Al,C,O,Mg,Zn,Cl,Si,S.提出了铝合金与橡胶抗老化涂层"接触-扩散-吸附/沉积物层与电解质薄液膜层形成/腐蚀闭塞区形成/阴离子加速自催化腐蚀/点蚀-晶间腐蚀-剥落腐蚀"的接触腐蚀过程及机理.     

分光光度法测定TRIP钢在3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为

用全浸实验方法研究了四种不同成分TRIP钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,采用分光光度法测定了其腐蚀速率,利用扫描电镜对腐蚀后试样进行表面形貌观察。结果表明：溶液中微量Fe的含量与溶液的吸光度呈良好的线性关系;不含合金元素的A钢腐蚀速率最大,加入合金元素较多的B、D钢腐蚀速率较小,含合金元素的C钢腐蚀速率适中。随着腐蚀时间的增加,四种钢的腐蚀速率明显降低。合金元素在锈层中富集使锈层更致密,提高了试样的耐腐蚀性能。     

预腐蚀和交替腐蚀作用下航空铝合金多轴疲劳行为及寿命预测

飞机在腐蚀环境下服役时，损伤形式为地面腐蚀与空中疲劳交替过程。依据该工况特点，研究了预腐蚀和交替腐蚀作用对2024-T4和7075-T651两种航空铝合金多轴疲劳行为的影响规律。结果表明：等效应力恒定时，随着预腐蚀时间增加，试样表面蚀坑数量和密度增加，腐蚀影响权重增大，2种铝合金多轴疲劳寿命均降低；交替腐蚀-多轴疲劳试验中，单位加载周次恒定时，单位腐蚀时间增加导致多轴疲劳寿命下降，试验过程中随着交替级数的增加，试样表面腐蚀程度加剧；基于Miner模型和预腐蚀疲劳寿命数据，提出修正的损伤累积模型，进行交替腐蚀-多轴疲劳寿命预测，寿命预测值基本位于2倍分散带内。     

金属表面腐蚀损伤演化过程的元胞自动机模拟

 用一个简单的元胞自动机从介观的角度对腐蚀环境中金属表面的腐蚀损伤演化过程进行研究。假定腐蚀体系为扩散过程控制的金属腐蚀体系,定义了简单的局部规则反映腐蚀现象中的基本化学物理过程,例如质量转移、金属溶解和钝化过程等。对于单个蚀坑,得到了蚀坑等效半径随模拟时间的变化曲线;对于多个蚀坑,认为蚀坑的成核时间服从威布尔分布,通过对该分布函数进行随机抽样,使得在不同时刻金属表面会随机产生大量的蚀坑,对金属表面的腐蚀损伤情况进行模拟,得到了表面腐蚀损伤度随模拟时间的变化规律。结果表明元胞自动机法可以用于腐蚀损伤演化过程的模拟,这对于更好地进行腐蚀损伤的量化及结构完整性的评估有着重要的实际意义。     

化学镀Ni-Fe-P-B合金的稳定剂醋酸铅研究

用失重腐蚀、电化学和热处理方法,研究了稳定剂醋酸铅对化学镀Ni-Fe-P-B合金的孔隙率、失重腐蚀速率、腐蚀电流密度和硬度等影响。结果表明:当醋酸铅浓度为1.0 mg/L时,Ni-Fe-P-B合金镀层的腐蚀电流密度最小(1.259 mA/cm2),孔隙率最低(0.33个/cm2),失重腐蚀速率最小。经200~600℃热处理后,合金耐蚀性有不同程度的下降,当CPb(Ac)2=1.0 mg/L时,耐蚀性下降程度最小。然而合金硬度和耐磨性提高了(200~400℃),当CPb(Ac)2=1.0 mg/L,400℃热处理后,合金硬度高达939 HV,是镀态的2倍。     

TC1和TC4钛合金腐蚀加工溶解行为研究

测试了TC1和TC4钛合金在氢氟酸-硝酸溶液中腐蚀加工的E-t曲线和极化曲线,分析了腐蚀加工过程的速率变化,观察了腐蚀加工形貌。在氢氟酸-硝酸腐蚀加工液中,极化曲线呈现活化-钝化特征,氢氟酸浓度较高时,硝酸浓度增大到一定值后,极化曲线呈现自钝化倾向。钝化膜的生成速率和厚度由氢氟酸和硝酸体积比决定,氢氟酸和硝酸体积比为1∶2时,腐蚀加工速率最大。腐蚀加工初期钛合金表面氧化膜被破坏,自腐蚀电位迅速变负,加工速率较大,继续加工,硝酸使钛合金表面发生钝化,导致速率降低,钝化膜的生成和破坏同时进行,当钝化膜的生成与基体溶解达到动态平衡时,自腐蚀电位和加工速率趋于稳定。TC1和TC4钛合金中的Ti和Al优先溶解,随着硝酸浓度的增加,钛合金表面微观凹坑变浅。     

铝合金腐蚀损伤规律及蚀坑当量化技术研究

通过开展2024-T62和7804-T74两种铝合金板材单腐蚀坑形成及扩展试验,获得了铝合金腐蚀损伤的一般规律及2024-T62铝合金腐蚀损伤特征量对时间的定量关系;同时研究了蚀坑初始裂纹当量化技术,基于断裂力学方法预测了含蚀坑损伤试样的疲劳寿命,与试验结果进行分析对比,显示预测和试验结果很好吻合,验证了蚀坑当量化技术...