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%。     

基于微观结构的航空铝合金点蚀扩展行为研究

点蚀是航空铝合金材料在服役环境下常见的损伤形式,在疲劳载荷作用下容易形成裂纹,缩短结构的疲劳寿命。为了深入研究点蚀对航空铝合金结构腐蚀疲劳寿命的影响,基于铝合金电化学腐蚀机理和铝合金微观结构,以点蚀蚀坑尺寸为研究参量,对航空铝合金点蚀扩展行为进行建模研究,并将模型计算结果与LY12CZ铝合金点蚀试验结果进行对比分析。结果表明:所构建的铝合金点蚀扩展模型较为合理地反映了铝合金点蚀蚀坑尺寸参数的变化规律。     

典型高强铝合金材料的点腐蚀坑前缘特征的研究

针对2024和7804两种典型高强铝合金的点腐蚀坑的前缘微观结构进行了研究.发现:在3.5%NaCl溶液腐蚀环境下,经过不同的腐蚀时间,这两种铝合金材料的点腐蚀坑在扩展速度、坑的形态类型、腐蚀坑的前缘微裂纹及形貌特征等方面具有明显不同.对于点腐蚀坑前缘特征的形成机理以及点腐蚀坑对这两种材料的疲劳性能影响也进行了分析讨论.同时将分形理论应用于腐蚀坑前缘的特征分析,求得了腐蚀坑截面轮廓分形维数.     

温度对2A12铝合金在模拟油箱积水环境中初期腐蚀行为的影响

 基于飞机油箱舱内的铝合金在油箱积水环境中发生的腐蚀损伤问题,通过研究腐蚀形貌、最大点蚀坑深度、最大点蚀坑开口面积、表面腐蚀损伤度、交流阻抗响应等变化,分析了温度对2A12铝合金在模拟油箱积水环境中初期腐蚀行为的影响。研究发现,最大点蚀坑深度、开口面积、表面腐蚀损伤度都随着温度的升高而增加,特别当温度升高到65℃和75℃时,腐蚀严重加剧,各项评价指标显著增大。在25、35、45、55℃模拟油箱积水环境中,最大点蚀坑深度及开口面积随时间的关系呈现幂函数变化规律,而在65℃、75℃时,其遵循最小二乘法多项式拟合。电化学交流阻抗谱测试结果表明,2A12铝合金在3个特征温度(常温25℃、中温55℃及高温75℃)下的腐蚀速度快慢为V_75℃ > V_55℃ > V_25℃。     

浸泡环境下ZL105不同腐蚀损伤表征量动力学对比分析

利用沿海加速腐蚀试验谱中的环境参数,开展腐蚀浸泡环境下的铝合金壳体材料ZL105的腐蚀损伤实验研究。每一浸泡周期结束时对试件工作表面进行腐蚀损伤的形貌观测和电化学测量,获得不同腐蚀周期的平均蚀坑深度和表面自腐蚀电流密度。通过拟合分析,分别得到以平均腐蚀深度变化率和表面自腐蚀电流密度为腐蚀损伤表征的腐蚀动力学曲线。利用无量纲的归一化处理,量化对比两种腐蚀速率的变化规律。通过相关性分析,得出在腐蚀前期(36~120 h)两者具有很高的相关性,相关系数达到0.969。依据ZL105相应腐蚀损伤形貌观测和建立相应点蚀数学模型,合理解释了两种腐蚀速率在不同腐蚀时期的差异性表现。     

腐蚀条件下LD2航空铝合金裂纹扩展规律研究

 腐蚀损伤会加速飞机结构的疲劳裂纹扩展,缩短飞机疲劳寿命。以LD2航空铝合金材料为研究对象,通过在实验室内模拟飞机服役环境进行加速腐蚀试验,得到不同腐蚀时间下的试验件,并在MTS-810疲劳机上对不同腐蚀时间下的试验件进行疲劳试验,得到不同腐蚀年限下的疲劳断口形貌。通过断口判读分析,得到不同腐蚀年限下的裂纹扩展数据(a,N)。从不同腐蚀时间下的裂纹扩展数据研究分析,得到裂纹长度与循环次数符合指数函数的形式,即裂纹扩展速率与裂纹长度成正比,其斜率依赖于腐蚀损伤与疲劳载荷两个因素,而且在同一应力水平下,其斜率与腐蚀时间呈线性关系,并且其截距与应力水平也呈线性关系。     

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。     

基于神经网络与蒙特卡洛方法的疲劳寿命可靠性分析

通过加速腐蚀试验以及疲劳试验数据,对腐蚀损伤表征因子(腐蚀坑最大宽度、腐蚀坑最大深度、点蚀率)进行统计分析,应用神经网络和蒙特卡洛法对6A02铝合金试验件的疲劳寿命进行可靠性分析,分析结果与实验结果的相对误差在工程上可以接受。     

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。     

7075铝合金在不同温度盐水环境中的腐蚀疲劳行为

基于飞机结构材料7075铝合金在沿海地区服役时海水飞溅及曝晒导致的高温腐蚀疲劳损伤问题,研究了7075铝合金在35,55,75℃下3.5%NaCl溶液环境中的腐蚀疲劳寿命,并使用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,探讨了温度对腐蚀疲劳裂纹萌生扩展的影响机理。结果表明:同一应力水平下,温度越高,腐蚀疲劳寿命越短,300MPa时35,55,75℃下的中值寿命分别为33 001,30 931,15 346次循环。腐蚀损伤和疲劳损伤存在竞争关系,应力水平较高时,腐蚀较轻,试样寿命主要受应力水平影响,疲劳源多从铝合金基体与包铝层结合处萌生;应力水平较低时,腐蚀较严重,疲劳寿命随温度升高明显下降,疲劳源多从腐蚀坑处萌生。断口形貌显示高温环境主要通过加速腐蚀坑的形成来影响疲劳源的萌生,深坑状腐蚀坑应力集中严重,对疲劳性能伤害大。     

模拟沿海大气环境腐蚀对2A12-T4 铝合金板件疲劳行为的影响

对航空材料服役的大气环境开展实验室加速模拟试验以获得其长期腐蚀行为和寿命退化情况是相关材料和装备设计、制造、维修以及寿命评定和寿命控制的重要内容和基础。通过开展针对2A12-T4 铝合金板件的模拟铝合金沿海大气腐蚀的实验室加速腐蚀试验，模拟研究从初期点蚀到后期剥蚀的整个沿海大气腐蚀过程中，腐蚀对铝合金板件疲劳特性的影响；基于疲劳寿命退化相当的原则，建立2A12-T4 铝合金板件加速腐蚀与大气腐蚀之间的加速等效关系。结果表明：2A12-T4 铝合金实验室加速预腐蚀后疲劳寿命退化规律与大气预腐蚀疲劳寿命退化规律一致，均呈现为“快速下降期”+“平台期”的特征。     

飞机服役环境当量加速腐蚀折算方法研究

文中依据飞机服役机场地面环境谱与腐蚀损伤等当量原则,建立了环境加速腐蚀当量折算关系,给出了飞机结构主要高强度铝合金材料的当量折算系数α及HR-α、T-α曲线。依据建立的当量折算关系编制的加速环境谱,对飞机铝合金构件进行加速腐蚀试验研究,得到了温度(T)、相对湿度(RH)对环境当量折算系数的影响规律,为飞机结构防腐控制及日历寿命研究提供了工程技术依据。     

水溶液中LC4铝合金的微生物腐蚀缓蚀杀菌剂

通过电化学极化、表面分析等方法,研究了 LC4铝合金在无菌培养液和培养液加硫酸盐还原菌( sulfate-reducing bacteria,简称 SRB)的厌氧体系中加入缓蚀杀菌剂的腐蚀行为。实验结果表明 :SRB能加速LC4铝合金的腐蚀破坏,其腐蚀破坏行为属于点蚀腐蚀机理;加入缓蚀杀菌剂能够影响 SRB的生长规律,抑制 SRB和 Cl-离子对 LC4铝合金的腐蚀破坏。在所研究的 4种缓蚀杀菌剂中,BHA-2缓蚀杀菌剂具有最好的缓蚀和杀菌双重功效,且明显优于市场上广泛使用的 1 2 2 7。     

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。     

确定飞机日历寿命用的当量环境谱研究

提出了飞机使用环境由机场湿热大气环境、水介质浸泡环境和热空气老化环境三部分所组成;根据损伤等效原则,由法拉第定律和阿伦尼斯方程,分别推导出一套不同环境之间的当量化关系式;在环境实测和试验的基础上,建立了一种适用于飞机关键部位的加速腐蚀试验环境谱,并成功地确定了某机场的当量环境谱。     

飞机结构关键危险部位加速腐蚀试验环境谱研究

 对在评定腐蚀条件下飞机结构的使用寿命（飞行小时数与服役日历年限）中具有关键意义的加速腐蚀试验环境谱进行了研究。在试验和分析基础上,提出了一种适用于战斗机关键危险部位的加速腐蚀试验环境谱,建立了疲劳寿命随加速腐蚀时间变化的关系式,用腐蚀程度对比方法确定了加速腐蚀环境谱与地面环境谱之间的当量关系,并已成功地应用于两种战斗机腐蚀条件下的使用寿命评定。     

航空铝合金涂层体系加速老化试验前后电化学阻抗变化

采用电化学阻抗谱(EIS)技术,选用目前飞机上使用的7B04铝合金/锌黄丙烯酸聚氨酯有机涂层体系,对其在加速老化试验过程中的电化学阻抗变化进行了原位测试,分析了其失效的特征.研究表明,加速老化试验前,7B04铝合金锌黄丙烯酸聚氨酯涂层中的缺陷较少,涂层可以很好地将腐蚀性介质阻挡在外,保护金属基体免受腐蚀破坏,此时涂层相当于1个纯电容.加速老化试验后,水很快就能进入涂层内部,但涂层内防腐蚀颜料锌铬黄离子遇水发生水解反应的产物能将基体钝化,保护基体免受腐蚀,经过335 h即1个周期电解液已渗透到达涂层/基底的界面,并在界面区形成腐蚀反应微电池后,测得电化学阻抗谱表现为2个时间常数.划痕处金属的腐蚀反应与划痕周围涂层内锌铬黄离子的水解反应同时进行,加速老化试验进行1 008 h即3周期后,电化学阻抗谱上出现感抗现象,在低频时相角出现负值,这是由于锌铬黄离子的水解产物能将金属基体钝化,而钝化膜此时处于点蚀诱导期.感抗现象在加速老化试验进行了1 344 h即4周期后消失,说明此时钝化膜已经穿孔,点蚀进入发展期,并有腐蚀产物生成.     

飞机内部腐蚀关键部位加速试验环境谱研究

为进行飞机结构日历寿命体系评定,针对某型飞机机体结构内部腐蚀关键部位,对其加速腐蚀试验环境谱进行了研究。提出了适用于内部结构腐蚀关键部位的加速腐蚀试验环境谱,并进行了加速腐蚀试验,采用腐蚀程度对比法确定了加速腐蚀试验环境谱与实际飞机使用环境之间的当量关系,并已成功地将其应用到歼X型飞机机体结构的日历寿命评定中。