服役飞机结构件腐蚀失效故障树分析及改进

对某出口用飞机铝合金结构件在热带海洋大气环境条件下服役时所发生的腐蚀失效问题,提出了采用故障树分析方法对引起飞机结构件腐蚀失效的各因素进行系统分析和探讨.根据结构件腐蚀失效过程及机理的分析,确定导致结构件腐蚀失效的各个因素,建立以结构件腐蚀失效为顶事件的故障树,通过布尔代数运算得到故障树的各阶最小割集.计算故障树顶事件的发生概率,并对底事件的概率重要度、相对概率重要度进行分析排序,找出引起铝合金结构件发生腐蚀失效的主要因素.分析结果表明飞机服役环境、阳极氧化工艺和选材是导致结构件腐蚀失效的主要因素.针对这些主要因素,提出了相应的改进防护措施.     

基于故障树的飞机结构腐蚀损伤模糊综合评判

针对飞机结构腐蚀损伤分析和评价过程中影响因素复杂且具有模糊性的问题,提出了基于故障树分析和模糊理论的方法对飞机结构在复杂环境下发生的腐蚀损伤进行综合评判.对飞机结构腐蚀损伤过程和机理进行分析,构建飞机结构腐蚀损伤故障树,建立腐蚀损伤影响因素的评判集;计算各评判因素的相对概率重要度,根据评判因素相对概率重要度的比重,建立评判因素权重集;确定飞机结构腐蚀损伤的评价集,建立从评判因素集到评价集的模糊映射;通过模糊关系的模糊变换,对服役环境引起飞机结构的腐蚀损伤进行定量评价.通过飞机铝合金结构和不锈钢结构在沿海环境条件下腐蚀损伤评判的实例分析,证明了该方法的有效性,可为飞机结构设计和维修提供依据.     

预腐蚀对多部位损伤发生概率的影响

针对飞机结构中存在的多部位损伤(MSD,Multiple Side Damage)问题,对预腐蚀后多细节结构MSD发生概率进行分析研究.预腐蚀条件选为3.5%NaCl溶液浸泡240 h.通过7B04-T74铝合金单细节预腐蚀-疲劳及常规环境疲劳试验,得到了预腐蚀影响系数C.确定了预腐蚀后的MSD发生概率与常规疲劳试验MSD发生概率之间的关系.建立了预腐蚀后的MSD发生概率公式.通过与试验结果对比表明:新的公式可以很好地反映试验结果.     

涂层加速老化与自然曝晒试验的相关性分析

为了研究加速老化试验与自然曝晒试验的相关性,进行了飞机典型7B04 T74铝合金-30CrMnSiA钢-7B04 T74铝合金双排8个钢螺钉连接件在防护涂层加速谱下6个周期的加速老化试验和海南万宁2年的自然曝晒试验。观测并记录了不同加速周期和曝晒年限的防护涂层失光、变色、粉化、起泡、开裂、剥落和基体腐蚀现象,对加速老化和自然曝晒的防护涂层表观老化特征、基体腐蚀产物进行了对比分析,表明加速老化试验可以再现外场老化特征。考虑到防护涂层老化特征的多属性和动态性,对2种环境下的老化损伤进行了综合量化评估,用指数函数描述老化特征量随时间的变化规律。通过老化动力学规律的对比,给出了当量加速关系的表示形式,并得到了加速谱和海南万宁自然曝晒试验的当量加速关系为0.4年/周期。      

航空铝合金材料腐蚀裂纹扩展性能试验

腐蚀环境下的裂纹扩展性能是航空金属结构损伤容限设计的重要前提,为此,试验测定了3种航空铝合金材料(即2E12-T3、2E12-T42和7050-T7451)在2种腐蚀环境(3.5wt%NaCl溶液和油箱积水)下的裂纹扩展性能,在试验数据的基础上进行性能对比,并对试样断口进行SEM分析,研究了腐蚀和载荷联合作用对裂纹扩展的影响机理,研究结果表明:油箱积水环境对航空铝合金材料裂纹扩展的影响比3.5wt%NaCl溶液严重,铝合金2E12-T3和2E12-T42的腐蚀裂纹扩展性能优于铝合金7050-T7451,腐蚀环境下的氢脆效应和阳极溶解机制是造成腐蚀裂纹扩展加速的主要原因。     

模拟服役环境中航空导管连接件耐蚀性能研究

采用自制的航空导管连接件腐蚀试验系统,研究了航空镀镉45^#钢导管连接件在模拟服役环境中的气密性、油压气密性以及应力腐蚀、表面腐蚀等性能.对该导管连接件在高温盐水溶液6%NaCl(90±5)℃浸泡与空气烘烤(60±5)℃循环200次条件下的表面腐蚀及应力腐蚀行为进行了评价;探讨了在模拟服役环境中,45^#钢发生腐蚀的机理.10^＃航空油不对镀镉45^＃钢造成腐蚀.镀镉45^#钢导管连接件在模拟服役环境中只是表面镀镉层发生腐蚀破坏,基体45^#钢只发生轻微腐蚀,表明45^＃钢导管连接件表面的镀镉磷化层可作为阳极性镀层而对基体金属进行保护.在最小屈服强度0.85的弯曲应力水平作用下,无应力腐蚀倾向.导管材料铝合金LF2-M与连接件45^#钢在6％NaCl水溶液中只有很小的电偶腐蚀电流,平均电偶电流密度为0.185μA/cm²,证明该类导管及导管连接件能安全地进行偶接.     

腐蚀条件下飞机结构使用寿命监控

提出了一种腐蚀条件下飞机结构使用寿命监控的方法,以一般环境下疲劳定寿结论和预期日历寿命指标为前提,考虑地面停放预腐蚀和空中腐蚀疲劳的影响,综合腐蚀条件下疲劳寿命监控和日历寿命指标控制,通过建立监控目标函数,对飞机结构的首翻、大修和总寿命进行监控,保证飞机的合理使用和适时大修,并考虑了飞机在服役过程中转场情况.给出了一个计算实例.     

腐蚀环境下的随机耐久性分析方法

为了对恶劣环境下工作的飞机结构进行耐久性分析,建立了腐蚀环境下的随机耐久性分析方法.假设地面停放预腐蚀和空中飞行腐蚀疲劳相互独立,腐蚀环境下的结构疲劳质量服从威布尔分布,采用对数正态随机变量模型描述裂纹扩展过程,得到了裂纹超越概率的表达式.通过与一般环境下和腐蚀环境下的概率断裂力学方法的对比,证实方法更接近于飞机结构的真实使用情况,可以用于腐蚀环境下工作的飞机结构的耐久性评定.     

湿热环境下湿度对塑封器件贮存可靠性的影响

针对塑封电子器件在湿热环境下的贮存可靠性问题,通过湿热实验考察了湿热环境中的湿度因素对某型塑封器件贮存过程中的吸湿行为、封装表面状态以及电性能的影响.结果表明:环境湿度对塑封器件吸湿过程有显著影响,在同样的温度下相对湿度越高,器件的吸水速率越大,达到饱和时的饱和水汽含量也越大,而湿度对器件水汽吸收达到饱和时间的影响比较小,一般贮存300 h后水汽含量都达到饱和;塑封器件在湿热环境下贮存的主要失效模式是外引线腐蚀,且随着相对湿度增加腐蚀程度更加严重,分析认为器件封装过程中在外引线表面造成的断口、裂纹和针孔等缺陷处是腐蚀发生的敏感区;在贮存期内湿度对塑封器件的电性能影响不大.     

空间太阳电池板银互连片原子氧效应模拟试验

空间太阳电池板可作为空间飞行器的动力源,但由于原子氧在空间太阳电池板银互连片上的腐蚀作用,可能影响空间太阳电池板的有效寿命.因此,在北航流体所设计的原子氧效应地面模拟试验设备中,对空间太阳电池板的银互连片进行了抗原子氧效应地面模拟试验研究.获得了银箔和不同防护镀层材料在原子氧环境中的不同剥蚀结果,这为进行银互连片表面的原子氧防护提供了必要的应用和设计依据.     

铝合金试件腐蚀深度分布特性及变化规律研究

以飞机蒙皮结构常用材料LY12CZ铝合金模拟试件的试验室加速腐蚀和大气暴露腐蚀试验结果为依据,用腐蚀深度对腐蚀损伤程度进行了描述,对腐蚀深度进行了测量;给出了一定腐蚀时间下腐蚀深度的分布特性,对腐蚀深度分散性及腐蚀深度随时间的变化规律进行了研究;并得到了加速腐蚀与大气暴露试验的当量加速关系.     

铝合金拉形粗晶临界预应变曲线的建立及应用

粗晶是铝合金蒙皮多道次拉形中常见的成形缺陷.根据实际蒙皮拉形过程和变形状态,按照"预拉伸-淬火-微观组织分析"的流程,对2024-O铝合金板材进行了不同应变路径下的试验,建立了晶粒大小和热处理前预拉伸量的关系.采用网格应变测量技术,确定了不同应变路径下的粗晶临界预应变,建立了粗晶临界预应变曲线.应用该曲线对蒙皮拉形过程进行了有限元分析,从而控制粗晶的产生.     

高强铝合金腐蚀等级的近似量化

飞机主要结构材料——高强铝合金的腐蚀损伤程度的定性检测采用目视法,为了使目视法的评定结果量化或近似量化,本文通过EXCO模拟实验,测量了LY12CZ和7075T7351铝合金在不同腐蚀等级时的最大腐蚀深度;通过对数据的统计分析,建立了二者之间的对应关系,使上述2种高强铝合金的腐蚀等级近似量化.由此,通过腐蚀等级的评定,可以推测LY12CZ和7075T7351铝合金最大腐蚀深度的大致范围,从而提高了目视法的应用价值.      

基于虚拟仪器的阳极化电压控制器校准装置

本文介绍了基于虚拟仪器技术开发的阳极化电压控制器校准装置,对系统软件和硬件进行了分析,利用该校准装置能够实现对阳极化电压控制器的校准,满足飞机铝合金零部件阳极化表面处理的工艺规范要求。     

载荷作用下5A06铝合金焊接试样的腐蚀敏感性

针对5A06铝合金焊接对腐蚀敏感性的影响,研究了载荷作用下的不同焊缝方向（垂直、穿越）的5A06铝合金试样在50℃的3.5% NaCl溶液中的腐蚀行为的影响和焊接接头的电化学腐蚀行为。结果表明,经过110 d的盐水溶液浸泡后,2种焊缝试样均是热影响区首先发生腐蚀,表面的腐蚀坑两侧由于材料组织的不同分别呈台阶式和韧窝状。穿越焊缝试样应力腐蚀敏感性较低,腐蚀坑顶端应力集中,有滑移台阶;垂直焊缝试样应力腐蚀敏感性较高,腐蚀坑沿焊缝贯穿试样表面,腐蚀坑两侧呈平行撕裂状态。电化学极化曲线表明,热影响区、母材区和焊缝区的自腐蚀电位分别为-1.369、-0.791和-0.740 V。      

腐蚀环境下铜薄膜传感器金属结构裂纹监测

铜薄膜传感器在飞机金属结构损伤监测过程中,将长期面临大气腐蚀环境的影响。针对此背景,研究了铜薄膜传感器在腐蚀环境下的耐蚀性能,及腐蚀后的疲劳裂纹监测性能。首先,采用脉冲偏压多弧离子镀技术在不同弧电流和基体负偏压水平下制备了一系列铜薄膜,对其耐蚀性能进行了对比研究。结果表明,在弧电流60 A和基体负偏压250 V时沉积的铜薄膜耐蚀性能最佳。然后,结合耐蚀性能最佳的沉积工艺参数,在2A12-T4铝合金中心孔板试件上制备了同心环状铜薄膜传感器阵列,并开展了盐雾腐蚀试验。最后,对腐蚀试验后的铜薄膜传感器进行了疲劳裂纹监测试验。结果表明:铜薄膜传感器在腐蚀环境下具有良好的耐蚀性能,耐蚀时间达1 000 h;腐蚀试验后的铜薄膜传感器对裂纹变化敏感,能实现对裂纹定量监测,监测精度为1 mm,监测结果具有良好的可重复性。     

高强合金与钛合金的电偶腐蚀行为

采用电偶腐蚀实验方法、扫描电镜和能谱方法等研究了高强合金与钛合金异接电偶腐蚀行为.从不同材料、不同成分对电偶腐蚀的影响,研究了电偶腐蚀的规律及电偶对偶接的可能性.同时比较了铝合金和高强度钢与钛合金电偶腐蚀行为的差异,探讨了自腐蚀电位差与电偶电流密度的关系.实验表明,铝合金LY12、铝合金LC4、高强度钢30CrMnSiA均不能与TC2钛合金偶接,高强度钢1Cr17Ni2则可以与TC2偶接,且电偶电流密度随自腐蚀电位差增大而增大.      

氯离子和温度对铝合金在冷却液中腐蚀的影响

分别采用了动电位极化法、电化学阻抗法研究了不同温度下、不同氯离子浓度下防锈铝在模拟冷却液中的腐蚀行为,采用金相显微镜和扫描电镜对极化后防锈铝的表面特征进行了观察和记录。结果表明,氯离子吸附在防锈铝氧化膜表面,对氧化膜表面造成破坏。在一定温度下（30℃）,当氯离子浓度超过0.01mol/L时,中间产物吸附作用就会增强,阻抗谱中低频区出现感抗弧,点蚀萌生。随着氯离子浓度增高（超过0.01mol/L）,防锈铝的腐蚀加剧,耐腐蚀性能下降。随着温度的升高,阴极和阳极反应阻力变小,阳极金属铝的溶解和阴极氧还原速度增大,腐蚀速度增大。温度升高的同时,溶解氧含量下降,阴极反应受到抑制。与此同时扩散过程在整个腐蚀反应过程中的支配性降低,中间产物在氧化膜表面的吸附作用增强,从而导致低频容抗弧的出现。温度对点蚀形貌的影响主要体现在影响单个点蚀坑的几何大小,促进点蚀坑的生长。