腐蚀条件下基于Gerber模型的DFR推导及实测

为了研究等寿命曲线模型的选取对细节疲劳额定值计算结果的影响,针对六种典型航空材料对比了Gerber模型和Goodman模型对于高周疲劳数据的拟合精度;推导基于Gerber模型的DFR计算公式、腐蚀折算系数CC的表达式;针对2024-T3铝合金(表面阳极化)进行了预腐蚀0 h、6 h、12 h、24 h、36 h和72 h的疲劳实验并分析预腐蚀72 h的疲劳断口。结果表明:Gerber模型适用于LY12CZ等铝合金,并且在N_(95/95)10~5次时,基于Gerber模型的DFR法才能发挥延性材料的潜能;随着预腐蚀时间增长,2024-T3铝合金DFR值下降,基于Gerber模型计算的DFR分别为84.251 MPa、84.721 MPa、79.683 MPa、80.745 MPa、77.026 MPa和74.996 MPa,腐蚀折算系数CC为1.006、0.946、0.958、0.914、0.890,拟合得到DFR随预腐蚀时长的变化曲线是DFR=84.251[lg(t+10)]~(-0.15578);断口分析发现预腐蚀产生的蚀坑和材料中的夹杂物会加速疲劳裂纹的形成和扩展,导致结构的疲劳性能降低,但与裸材相比,阳极化过的试件的DFR在腐蚀环境中下降趋势减缓。     

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。     

海洋环境下G814/3233复合材料的老化机理及加速老化与自然老化的相关性

为探索航空用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的老化机理及实验室加速老化环境与真实服役环境间的相关性,以飞机常用的G814/3233复合材料为研究对象,以海洋环境为服役背景开展了实验室加速老化试验和随舰自然暴露试验,观测了老化前后CFRP试件的力学性能、微观结构、组织成分等;改进了传统的大样本统计方法,提出了确定自然老化方程的小子样方法,有效扩大了数据样本;提出了以纵横剪切强度保持率为基准的当量折算系数计算方法并开展了验证试验。结果表明：在加速老化1个月后,G814/3233复合材料的表面树脂及碳纤维/树脂界面遭到破坏,剩余强度、纵横剪切强度、玻璃化转变温度分别下降6.93%、7.30%、0.87%,室温条件下的储能模量升高约5 GPa;获得了该型CFRP在南海环境下的老化机理和纵横剪切强度中值曲线;确定了自然老化环境与加速老化环境之间的当量折算系数为7.25;所建立的实验室加速老化方法对自然老化方具有较好的加速性和重现性。     

基于材料初始不连续状态的飞机结构腐蚀管理全寿命模型研究

通过腐蚀形态修正因子考虑外在腐蚀环境和疲劳载荷的影响,初步探索出了一条基于材料初始不连续状态,并考虑外在环境腐蚀影响的疲劳全寿命估算方法,构建了一种较为合理的全寿命分析模型.该模型可以将全寿命阶段飞机结构可能遭受的腐蚀形态、腐蚀与疲劳的交互作用和腐蚀监控检查周期等作为变量纳入全寿命框架中     

海洋环境下三电极的电偶腐蚀仿真

为研究三电极的电偶腐蚀行为,测量了CF8611/AC531复合材料（CFRP）、7B04-T74铝合金（7B04）和镀锌30CrMnSiA钢（GSB）的极化曲线;开展了搭接件在模拟海洋环境下的全浸试验;设计了圆形三电极,推导了稳态腐蚀场和参数化扫描方程,建立了三电极和搭接件的电偶腐蚀模型。结果表明:稳态腐蚀场中的电势分布符合Laplace方程;电位最高的CFRP为阴极,最低的GSB为阳极,中间的7B04阴/阳极角色会随某一电极面积变化而转变,给出了转变的临界面积比,各电极表面电偶电流服从指数分布,相关系数近于1,拟合精度高;在搭接件中,搭接区电位和电流密度最高,并向两端对称递减,7B04和GSB均为阳极,电流密度分别提高约210倍和328倍,电偶腐蚀效应显著;搭接区7B04板全面腐蚀,厚度损失约1.011%;仿真所得点蚀敏感区宽度范围为3.9~7.6mm,实测所得宽度范围为4.667~8.872mm,二者范围、形状及变化规律吻合较好,表明模型有效、可靠。      

基于IDS的铝合金预腐蚀疲劳寿命研究

 模拟飞机服役环境,对航空LY12铝合金试验件做了腐蚀试验,然后通过疲劳试验得到LY12铝合金新试验件和预腐蚀试验件的疲劳寿命数据。分析了腐蚀对航空LY12铝合金的影响。通过观测断面腐蚀坑的尺寸,基于初始不连续状态（IDS）建立了把腐蚀坑看做表面裂纹的几种模型,并对几种裂纹模型的疲劳寿命计算结果和实际试验结果进行了对比分析。结果表明：直接把腐蚀坑看做表面裂纹是不合理的,考虑材料初始不连续状态所建立的表面裂纹模型计算结果和试验结果比较吻合;随着腐蚀坑的增大,裂纹模型2更为合理。所以,很难用一个合适的裂纹模型来描述腐蚀坑,只有把腐蚀坑分组才有可能得出更精确的描述。     

基于分形理论的铝合金腐蚀损伤研究

对不同腐蚀时间作用下航空LY12铝合金的表面腐蚀损伤形貌进行试验研究。将分形理论引入到铝合金腐蚀损伤研究领域,对受腐蚀损伤铝合金的表面形貌的分形现象进行了分析。结果表明：在同一应力水平下,疲劳寿命随表面腐蚀形貌分维数的增加而减少。结构的疲劳寿命随分维数变化规律的研究将为受腐蚀铝合金结构的安全性评价提供新的思路和方法。同时提出了把腐蚀形貌分维数和腐蚀深度作为评价铝合金腐蚀损伤的指标。     

冲击载荷作用下38CrMoAl渗氮钢损伤机理和耐腐蚀性能

为研究38CrMoAl渗氮钢材料在冲击载荷与海洋环境侵蚀共同作用下的损伤机理和耐腐蚀性能,对渗氮处理前后的38CrMoAl钢材料进行了冲击加载试验和腐蚀性能测试。研究发现渗氮38CrMoAl钢材料在高应变率下具有较强的正应变率敏感性。在冲击载荷作用下,试件表面渗氮层出现裂纹,并伴随着渗氮层的部分脆性剥落,但裂纹长度均在500~700 μm,裂纹只在渗氮层中扩展,并没有继续延伸至非渗氮层的金属基体内部。渗氮处理提高了材料表面硬度和强度,但降低了韧性。电化学测试结果表明渗氮处理显著提高了材料的耐腐蚀性能,其自腐蚀电位相对于未渗氮试件由-726.24 mV正移至-174.42 mV。但冲击加载后的渗氮试件由于表面渗氮层的破损,部分金属基体露出并与未发生破坏的表面形成电势差,进而发生较为强烈的电偶腐蚀。扫描开尔文探针测试结果表明,渗氮件表面阴阳极电位差及电位分散程度相对于未渗氮件增大,渗氮件更易发生局部腐蚀。冲击加载改变了渗氮层的表面状态,阴阳极电位差增加,使材料表面腐蚀变得更加不均匀。对试件耐腐蚀性能进行了盐雾试验验证,盐雾试验结果与电化学测试分析结果相一致,在舰载机维护保养中,应关注受冲击部位渗氮层的裂纹检查,并做好相应的防腐处理。     

飞机结构搭接件腐蚀试验研究

分析了导致海军飞机结构腐蚀的主要因素,基于飞机地面停放环境谱,对航空LY12CZ铝合金等多种材料搭接试验件进行了5,10,15,20,30等多个当量年限的加速腐蚀试验及修复后加速腐蚀试验及海洋环境下的暴露试验,利用显微镜对试件表面涂层、金属基体材料腐蚀情况进行观察和测量,根据腐蚀评价指标对试验件腐蚀状况进行了分析比较,...     

钛-钢螺栓搭接件涂层腐蚀失效分析及影响

涂层是飞机的主要防腐体系,涂层局部破损失效后往往对其他完好区域产生影响,但有些位置比较隐蔽难于发现,给飞行安全带来了隐患。模拟飞机服役环境,对钛-钢螺栓搭接件进行腐蚀试验,基于电偶腐蚀数学模型,选取相应的边界条件,用有限元法分析了搭接件表面涂层失效原因及影响。结果表明,涂层失效过程分三个阶段,电偶腐蚀效应使搭接件周围形成电场,在电势梯度作用下,Cl^-发生定向加速移动,导致电渗起泡。随着涂层失效面积的增加,阴、阳极面积比例不断变小,阳极腐蚀得到减轻;最大腐蚀电流密度的位置发生变化,数值变小,降低了发生点蚀的风险。通过对搭接结构周围溶液腐蚀电场的计算,可以预测涂层失效区域,为飞机涂层体系的维护保养提供技术支持。