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。     

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。      

CF8611/AC531复合材料性质及其与7B04铝合金接触腐蚀的电化学研究

设计了CF8611/AC531复合材料的正面(Front surface,FS)试件和侧面(Side surface,SS)试件及3.5%NaCl+12.5%Cu_2SO_4电解液,借助电化学工作站、扫描电镜和扫描振动电极等设备,开展了复合材料和7B04-T74铝合金在不同状态下的电化学测量及偶接全浸试验。在恒温35℃、3.5%NaCl溶液中浸泡0h和96h后,FS试件自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为96和117mV,1.742×10~(-7)和2.213E×10~(-7) A/cm~2,铝合金则分别为-870和-897mV,2.920×10~(-5)和3.068×10~(-5) A/cm~2。FS和SS试件在恒温35℃、3.5%NaCl+12.5%Cu_2SO_4电解液中的极化电流密度分别为3.99×10~(-4)和1.01×10~(-3) A/cm~2,且在碳纤维裸露处均有明显Cu金属沉积;在恒温35℃、3.5%NaCl电解液中,FS/7B04偶对电偶电流密度均值为6.75E×10~(-6) A/cm~2,低于SS/7B04偶对的6.2×10~(-5) A/cm~2。结果表明:复合材料电化学性能稳定;FS试件电化学活性低于SS试件;证明了碳纤维在复合材料电化学响应中的贡献,指出了原始表面存在碳纤维裸露缺陷,由此划分了活性阴极区和惰性阴极区;接触腐蚀中铝合金的主要腐蚀形式是点蚀,并伴有少量沟状腐蚀,揭示了沟状腐蚀的发生机理和发展路径;SS试件对铝合金的电偶效应较FS试件显著,讨论了偶对中复合材料未失效的原因,指出表面阴极点及Al 3+的水解可能会减弱电偶效应。     

异种金属结构电偶腐蚀的边界元仿真及验证

海军某型航空装备在海洋环境下长时间服役后，铸铝合金壳体会与海军黄铜导轨接触，导致电偶腐蚀。为研究不同条件对其电偶腐蚀的影响，基于Nernst Plank方程和边界元方法，以结构几何形状、材料极化数据和电解液性质为输入，建立了裸露电偶电极的仿真模型，探索了模型有效性和可靠性的实验室验证方法。结果表明，同一环境下，ZL115 T5铸铝合金电位低于C41500海军黄铜电位，在电偶腐蚀中充当阳极；随着电解液浓度、结构表面液膜厚度增大，电偶腐蚀将愈加剧烈；裸露电极电偶电流及表面电位的实测值和仿真值吻合较好，所建立的电偶腐蚀边界元模型有效、可靠。