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。     

LY12CZ 合金相电化学腐蚀行为的研究

分别研究了LY12CZ合金中的纯铝（Al）、晶间化合物θ（CuAl2）、S（Al2CuMg）和MnAl6在含Cl-离子的中性溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明,各合金相作为独立相在含Cl-离子的中性介质中均有点蚀敏感性,其中S相耐蚀性最差,L1相耐蚀性最好。各相点蚀主要是由于Al或Mg的阳极溶解所致,腐蚀产物主要是铝的不溶性氢氧化物、可溶性氯化物及镁的可溶性盐类。     

TC4钛合金腐蚀加工速度和表面质量影响因素研究

研究了腐蚀溶液成分和工艺参数对TC4钛合金腐蚀加工速度、表面粗糙度和平整度的影响,利用扫描电镜观察了腐蚀加工前后的表面形貌.研究结果表明:氢氟酸浓度和溶液温度直接决定着腐蚀加工速度,随HF浓度和温度的增加,腐蚀加工速度升高.硝酸具有显著降低表面粗糙度的作用.溶液中的钛离子对腐蚀加工速度以及钛合金零件腐蚀后的表面质量有一定的影响,溶液中钛离子含量较低时,腐蚀加工速度较快,表面平整度较好,随钛离子含量的增加,腐蚀加工速度下降,表面不平整度增加.试样垂直吊挂时,定时翻转并搅拌可以得到均匀腐蚀的表面.     

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%。     

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。     

纯铝在0．6mol／LNaCl溶液中腐蚀行为的SECM分析

采用扫描电化学显微镜(SECM)系统研究了1060纯铝在0.6mol/LNaCl溶液中的腐蚀行为,利用扫描电镜(sEM)观察了腐蚀产物的微观形貌,采用能谱分析了腐蚀产物的组成.结果表明,1060纯铝表面不同区域活性溶解程度不同,且试样表面的氧化电流峰分布呈条带状;腐蚀溶解主要发生在FeAlx相周围;试样表面的腐蚀产物数量较少、分布不均匀,腐蚀点主要呈圆环形.     

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。     

局部包铝层对铝合金疲劳板材盐雾环境中点腐蚀的影响

研究了在3.5%NaCl水溶液(质量分数,下同)中性盐雾环境中,带有局部包铝层的2024和7B04高强铝合金轴向疲劳板材光滑试样的腐蚀.发现疲劳试样表面的局部包铝层不仅保护其覆盖区域不被腐蚀,同时也间接减轻了其未覆盖区域的腐蚀程度.这主要是由于局部包铝层的存在减小了其未覆盖区域的腐蚀面积,而铝合金腐蚀面积的减小会造成腐蚀程度降低.腐蚀面积的变化对2024铝合金影响较小,造成腐蚀深度的减小;对7B04铝合金影响较大,可以使其不发生点腐蚀.     

7B04铝合金在模拟海洋大气环境下的腐蚀行为

海洋大气环境下铝合金的腐蚀本质上是薄液膜下的电化学腐蚀,与本体溶液中的腐蚀有很大不同,腐蚀速率与薄液膜的厚度及成分有关。建立并实验验证了薄液膜厚度、大气相对湿度和铝合金表面盐沉积量3者之间的关系,研究7B04铝合金在不同厚度和不同Na Cl浓度薄液膜下的电化学性能。结果表明,薄液膜下7B04铝合金的自然腐蚀电位较本体溶液中更容易达到稳定,且电位更正,自然腐蚀速率更大;液膜厚度减小,7B04铝合金阴极极化电流密度增加,阳极反应受到抑制;薄液膜中Na Cl浓度升高,7B04铝合金的自然腐蚀电位降低,腐蚀速率上升,而阴阳极极化过程受Na Cl浓度变化影响不大,当Na Cl质量分数达到5%后,自然腐蚀电位基本不再变化。     

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。     

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。     

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℃。     

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。     

模拟实际飞机腐蚀介质中高强铝合金材料腐蚀行为研究

利用电偶腐蚀,动电位扫描等方法,模拟飞机运行条件下实际腐蚀介质中LY12,LC4高强铝合金等飞机常用的结构材料偶接后的腐蚀情况进行研究。LY12,LC4铝合金的腐蚀均由点蚀开始,发展成层状翘起,以至腐蚀剥落。不同偶接金属的搭配对腐蚀的影响也很大,偶接状态下其腐蚀电化学行为以电位负的金属为主。     

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。     

橡胶软油箱材料对铝合金腐蚀的影响研究

选择橡胶软油箱外层的橡胶材料及防老化涂层材料与7A04 T6包铝及去包铝、7B04 T6包铝及去包铝合金进行接触腐蚀试验。试验结果表明软油箱中对铝合金腐蚀产生直接影响的非金属材料为橡胶防老化涂层,并确定了四种橡胶防老化涂层材料的腐蚀敏感性顺序;通过对橡胶防老化涂层进行的EDS分析以及涂层浸泡液的pH值变化及氯离子含量研究,认为橡胶防老化涂层中对铝合金腐蚀产生影响的主要成分为氯离子和金属氧化物。     

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。     

铝合金加速腐蚀因子模型与分析

以腐蚀深度衡量铝合金的腐蚀损伤,假设蚀坑深度服从对数正态分布、腐蚀深度与腐蚀时间的关系为幂函数式,建立了加速腐蚀因子模型,给出了常用铝合金加速腐蚀因子的表达式;得到了加速腐蚀因子与腐蚀时间无关的结论。并建立了加速腐蚀因子估计值的分布特性和统计分析方法。