航空用2D12铝合金在海洋大气环境中的腐蚀行为研究

在海南万宁试验站开展2D12铝合金海洋大气暴露试验,通过质量损失分析、力学性能分析和金相显微形貌分析,研究了2D12铝合金在海洋大气环境中腐蚀的规律和行为。结果表明,2D12铝合金的腐蚀质量损失与暴露时间的关系可用幂函数回归;随暴露时间的延长,2D12铝合金的抗拉强度先下降、后趋于平稳,断后伸长率则逐渐降低;金相显微分析表明,2D12铝合金的腐蚀由初始的点蚀逐渐发展成晶间腐蚀。

东南沿海气候条件对聚氨酯涂层老化行为影响研究

目的研究东南沿海高温、高湿、高盐雾、高辐射等恶劣气候环境对聚氨酯涂层老化行为的影响。方法通过在海南万宁开展聚氨酯涂层海洋大气环境暴露试验,从外观评级、光泽、色差、附着力、红外谱图等方面分析了涂层老化特征及老化原因。结果涂层在海洋大气环境下暴露4年,树脂大分子发生降解,主要官能团消失。结论海洋大气环境中紫外线的光降解和水的降解共同作用,导致了涂层失光-变色-粉化和附着力下降等宏观和微观缺陷的产生。

熵值法在涂层老化指标权重确定中的应用

目的从防护涂层力学性能和外观评级两方面综合评价涂层老化程度。方法选取失光、变色、粉化、起泡、长霉、生锈、剥落、开裂、附着力等9项涂层老化指标,运用熵值法原理对涂层9项老化指标进行权重计算与分析。结果运用熵值法计算的TB06-9+TS70-60和TB06-9+TS96-71两种防护涂层海洋大气户外环境暴露5年的老化综合评价值均为3.88级,表明两种防护涂层的抗老化性能基本一致。结论采用熵值法可以有效确定失光、变色、粉化、起泡、长霉、生锈、剥落、开裂、附着力等涂层老化指标之间的权重关系,为多指标综合评价防护涂层老化结果提供了一种客观、真实、有效、科学的评价方法。

海洋大气环境与拉伸疲劳载荷耦合作用下30CrMnSiNi2A钢的腐蚀损伤行为

目的研究海洋大气环境与拉伸疲劳载荷耦合作用对30CrMnSiNi2A钢腐蚀损伤行为的影响。方法在湿热海洋大气环境万宁试验站户外环境,首次采用海洋大气环境-拉、压、弯载荷耦合试验设备对30CrMnSiNi2A钢开展海洋大气环境-拉伸疲劳载荷耦合试验,利用金相显微镜、耦合试验设备和扫描电镜,探讨海洋大气环境腐蚀与拉伸疲劳载荷耦合作用对30CrMnSiNi2A钢的腐蚀形貌、腐蚀产物、拉伸性能及断口形貌的影响。结果30CrMnSiNi2A钢静态暴露试验和耦合试验的腐蚀特征均为点蚀,静态暴露试验1 a和耦合试验35 d的最大腐蚀深度分别为95μm和54μm。静态暴露试验1 a,30CrMnSiNi2A钢的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别下降6.6%、6.5%、31.0%;耦合试验35 d,30CrMnSiNi2A钢的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别下降11.0%、11.4%、34.5%。断口形貌结果显示,30CrMnSiNi2A钢耦合试验的裂纹源附近扩展区为准解理形貌,存在细小二次裂纹,裂纹以疲劳源为中心,向芯部不断扩展,形成了具有方向性的腐蚀疲劳损伤。结论海洋大气环境腐蚀与拉伸疲劳载荷的耦合作用可以加速30CrMnSiNi2A钢拉伸性能的下降,与静态暴露试验相比,耦合试验的加速倍率约为静态暴露试验的10倍。

海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下不同加载方式对7050铝合金腐蚀损伤特性的影响

目的研究不同应力加载条件对7050铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤行为的影响规律。方法以实际海洋大气环境为7050铝合金的薄液膜腐蚀环境,同时采用自主研发的疲劳载荷试验装置对暴露在海洋大气环境中的7050铝合金施加不同的拉伸疲劳载荷。研究应力比和载荷加载周期对协同作用效应下7050铝合金的腐蚀速率、腐蚀形貌、疲劳性能及断口形貌等的影响规律。结果在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下,所有7050铝合金试样均发生了点蚀和晶间腐蚀。在每月加载1次应力的条件下,应力比为0.1和0.06的试样的最大腐蚀深度分别为40.1、46.5μm。在每周加载1次应力的条件下,试样的最大腐蚀深度为41.2μm。每周加载应力、应力比为0.06的试样的腐蚀速率显著大于应力比为0.1、每月加载应力的试样的腐蚀速率,且前者更易发生腐蚀疲劳断裂。所有试样的断口都呈现出疲劳断裂特征,裂纹源在合金表面,并放射性地向试样芯部扩展。结论缩小应力加载周期及减小应力比均会显著加速协同作用效应下7050铝合金的腐蚀损伤进程,降低其抗疲劳性能。

材料自然环境试验数据工程化应用方法探讨

目的研究探讨材料自然环境试验数据在装备设计选材和寿命预测方面的工程化应用方法。方法通过分析材料自然环境试验数据与装备实际使用状态的符合性原则,利用肖维奈准则和子样变异系数法对暴露于海南万宁的2A12铝合金抗拉强度试验数据进行处理。采用环境效应修正系数C-t曲线初步评价2A12铝合金在某型飞机上的工程应用情况及使用寿命。结果 2A12铝合金海洋大气环境下最终的使用年限为36年,满足在海洋大气环境服役使用要求,同时满足一般军用飞机最长30年日历寿命要求,可将2A12铝合金应用于机身、机翼上翼面、平尾、垂尾等机体主要部位。结论该方法初步实现了材料自然环境试验数据在某型飞机上的工程化应用。

7475高强铝合金在海洋和乡村大气环境中的腐蚀行为研究

目的研究海洋和乡村大气环境对7475高强铝合金腐蚀行为的影响,为7475高强铝合金环境适应性设计提供支撑。方法在万宁和北京大气环境试验站开展了7475高强铝合金为期36个月的户外暴露试验,通过腐蚀失重分析方法研究了7475高强铝合金在我国2种典型大气环境中的腐蚀动力学规律;借助环境扫描电镜(ESEM)、金相显微镜和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术研究了7475高强铝合金的微观腐蚀形貌和锈层成分。结果2种大气环境中,铝合金腐蚀都呈现出初始阶段腐蚀迅速发展,之后腐蚀速率减慢,最后进入腐蚀扩展相对平稳时期的变化规律。在海洋大气环境中户外暴露36个月后,7475高强铝合金呈现明显的点腐蚀特征,腐蚀产物组成为Al(OH)_3、Al_2O_3和Al_2Cl_3。7475高强铝合金在乡村大气环境中表面腐蚀非常轻微,个别表面出现非常小且浅的腐蚀点。结论在乡村大气环境和海洋大气环境中,7475高强铝合金腐蚀动力学遵循幂函数规律。相比较乡村大气环境,7475高强铝合金在海洋大气环境中表现出非常强的腐蚀敏感性。

磁场对苯胺微乳液聚合体系相行为的影响

通过十二烷基苯磺酸钠(SDBS)/正丁醇(n-butanol)/苯胺/水微乳液体系的拟三元相图,考察了恒定磁场(0.4T)和助表面活性剂与表面活性剂的质量比(Km=mn-butanol/mSDBS)对苯胺微乳液聚合体系的相行为、电导行为以及微乳化作用的影响.结果表明:随着体系醇含量的增加,微乳区面积先增大后减小,当Km值为1.0时,形成的微乳区最大;外加磁场可以增大微乳区面积.通过对外加磁场条件下溶液电导率随水含量变化规律的分析,印证了拟三元相图的表征结果.透射电镜分析结果表明,磁场条件下合成的聚苯胺颗粒比无磁场条件下合成的聚苯胺颗粒小.

航空有机涂层的老化失效规律和电化学表征

利用扫描电镜、红外光谱分析技术,对海洋大气环境下暴露不同周期的多层涂层体系的老化过程进行了研究,并采用外观综合评级和电化学交流阻抗(EIS)对涂层的防护性能进行了表征。研究表明:随着暴露时间的延长,涂层老化降解,羰基指数下降,涂层宏、微观缺陷增大。因暴露产生不同程度损伤的涂层,其阻抗谱呈现阶段性变化,提出的等效电路模型合理解析了多层涂层体系腐蚀介质渗透阶段的阻抗谱数据,可以更准确地评价涂层在使用过程中的防护性能变化。

石英晶体微天平技术在苯胺乳液聚合动力学研究中的应用

采用石英晶体微天平(QCM)技术,探讨了在有无磁场条件下,用过硫酸铵(APS)作为引发剂时苯胺的乳液聚合动力学行为.研究结果表明,苯胺的乳液聚合反应速率对苯胺(An)是一级反应;对APS和十二烷基苯磺酸(DBSA)均为0.5级反应.磁场环境中苯胺的聚合速率比在无磁环境中的要快.在有无磁场条件下,反应的表观活化能分别为40.4和41.6kJ/mol.结果表明,QCM技术可以作为研究An聚合动力学的一种有效方法.

磁场及反应条件对十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺聚合成膜速率的影响

在恒定磁场(0.6T)条件下,采用过硫酸铵(APS)为引发剂,在乳液体系中合成了十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的聚苯胺(PAn).借助石英晶体微天平(QCM)实时监测苯胺(An)在金电极表面聚合成膜过程,探讨了磁场、APS浓度、DBSA浓度及反应温度对DBSA掺杂聚苯胺聚合成膜速率的影响.实验结果表明,PAn在金电极表面的成膜速率随磁场强度的增加而增大;由反应物浓度与PAn成膜速率的关系,得出相应的动力学反应级数;由PAn膜的增长速率与温度的关系,得到成膜过程的活化能为41.08kJ/mol.考察了PAn聚合过程的UV-Vis光谱,并与QCM所得的结果进行了比较.结果显示,在相同时间内,磁场环境下合成的PAn的吸收强度大于无磁环境下合成的PAn。

海洋大气对TA15钛合金应力腐蚀影响研究

采用恒位移WOL试样测定KISCC的原理对已在海洋平台户外和海水飞溅区暴露2 a的TA15钛合金样及原始TA15钛合金样进行了应力腐蚀行为研究。探讨了TA15钛合金预制裂纹的条件,并用裂纹终止法测量应力腐蚀临界应力场强度因子,确立了应力场强度因子KISCC与裂纹瞬时扩展速率da/dt之间的联系,并绘制了lg(da/dt)-KI曲线。通过扫描电镜对试件断面进行了分析,对其断裂特征进行了描述。

四种典型大气环境下7B50铝合金的腐蚀行为研究

目的研究湿热海洋、干热沙漠、寒冷乡村、暖温高原四种典型大气环境对7B50铝合金腐蚀行为的影响。方法采用户外大气自然环境暴露试验,通过宏观腐蚀形貌分析、金相显微形貌分析、腐蚀深度分析和拉伸性能分析,对比研究7B50-T7751和7B50-T77511两种铝合金在不同大气环境中的腐蚀行为和规律。结果暴露试验周期为3 a时,7B50-T7751铝合金在湿热海洋大气环境中腐蚀严重,局部最大腐蚀深度为166μm,抗拉强度和断后伸长率分别下降了5%和25%;在干热沙漠大气环境下腐蚀较重,局部最大腐蚀深度为44μm;在寒冷乡村、暖温高原大气环境下未见明显腐蚀。7B50-T77511铝合金在四种典型大气环境下均表现出明显腐蚀,局部最大腐蚀深度分别为141、80、42、29μm。结论两种7B50铝合金在典型大气环境中表现出不同的耐蚀性,在微观上均表现为点蚀和晶间腐蚀的混合腐蚀,具有明显的晶间腐蚀和剥蚀倾向。两种铝合金暴露在相同大气环境中时,7B50-T7751板材耐蚀性较7B50-T77511型材略好。

高强铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤行为对比研究

目的 对比研究2024和7A52高强铝合金在海洋大气环境与拉伸疲劳载荷协同作用下的腐蚀损伤特性,并揭示其失效机理。方法 以实际海洋大气环境作为高强铝合金的薄液膜腐蚀环境,同时采用自主研发的疲劳载荷试验装置对暴露在海洋大气环境中的试样施加拉伸疲劳载荷,从电化学性能、腐蚀形貌、疲劳性能及断口形貌等方面对比分析协同效应下2种高强铝合金的腐蚀损伤规律。结果 在协同效应下,2024铝合金的腐蚀速率随着暴露时间的延长不断减小,腐蚀类型为剥蚀,最大腐蚀深度为236.4μm。7A52铝合金的腐蚀速率随着暴露时间的延长呈现波动趋势,腐蚀类型为点蚀和晶间腐蚀,最大腐蚀深度为20.5μm。2024铝合金相较于7A52铝合金更早出现腐蚀疲劳断裂,且2种合金的断口均呈现疲劳断裂特征,裂纹始于合金表面,在Cl-等腐蚀介质及拉伸疲劳载荷的协同作用下,裂纹不断向合金基体内部扩展,最终发生腐蚀疲劳断裂。结论 在协同效应下,2024铝合金的腐蚀速率及腐蚀损伤程度显著大于7A52铝合金,导致前者的抗疲劳性能弱于后者。

FeCl_3/APS复合氧化剂对乳液法制备聚苯胺电化学性能及其结构的影响

首次采用三氯化铁(FeCl3)和过硫酸铵(APS)为复合氧化剂,在乳液聚合体系中制备了十二烷基苯磺酸掺杂的聚苯胺(PANI),同时以碳纸负载PANI为工作电极,通过循环伏安(CV)和Tafel曲线测试方法,探讨了FeCl3与APS的摩尔比(n(FeCl3)/n(APS))及复合氧化剂与苯胺的摩尔比(n(compositeoxidant(cod))/n(An))对乳液法制备PANI电化学性能的影响;并通过对PANI的电导率热稳定性、X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)的对比分析,印证了PANI电化学性能的表征结果。实验结果表明与APS制备的PANI相比,n(FeCl3)/n(APS)=3.5∶1,n(cod)/n(An)=3∶1时,复合氧化剂制备的PANI具有更大的峰电流和更高的腐蚀电位,电导率热稳定性更佳;XRD和TGA的结果显示复合氧化剂制备的PANI具有更好的结晶性和热稳定性。

一种高寒气候环境疲劳试验设备的研制

目的研制一台高寒气候环境疲劳试验设备。方法针对装备材料在服役过程中承受高寒气候环境-拉、压、弯载荷耦合作用的工况,分析高寒环境与力学因素对材料的交互影响,确定设备的工作原理和功能特点。通过分析设备本身的工作环境及特点,对设备的结构及可靠性进行合理设计,研制一台高寒气候环境疲劳试验设备。结果该设备可实现载荷和频率等试验参数的精确控制,能通过更换试验夹具分别开展高寒气候环境中的拉伸、压缩和弯曲疲劳试验。结论新研制的设备适用于评价材料在高寒气候环境中的疲劳性能。

一种综合加速试验谱构建方法研究

建立一套可用的加速试验谱构建方法,为电子设备类产品环境适应性考核提供依据。通过对电子产品运输贮存环境的温湿度和振动实测数据进行分析、处理和归纳,形成了能在实验室环境下可再现的温湿度试验谱、振动标准谱,在此基础上通过确定试验量级和试验时间,构建综合加速试验谱。构建了一套温度-湿度-振动加速试验方法。构建的温度-湿度-振动加速试验方法能满足电子设备类产品的加速试验要求,其试验结果与贮存试验结果及运输试验结果基本一致,可为其他产品加速试验提供重要参考,具有较高的实用价值。

电化学阻抗谱研究有机涂层体系对镁合金的腐蚀防护能力

采用喷涂方式,在AZ91D镁合金表面涂覆一种保护性的有机涂层体系。采用电化学阻抗谱(EIS)分析了有机涂层体系在3.5%的NaCl腐蚀溶液中的电化学腐蚀行为。结合有机涂层体系在3.5%的NaCl腐蚀溶液中浸泡前和浸泡后的表面形貌、EDS分析,研究了有机涂层体系对镁合金的腐蚀防护能力。研究结果显示:在浸泡336h后,有机涂层体系仍具有较高的阻抗模值(104Ω·cm2),表明此时有机涂层体系对镁合金仍能提供良好的腐蚀防护。

两种典型大气环境下7A85铝合金的腐蚀行为研究

目的研究湿热海洋、干热沙漠两种典型大气环境对7A85铝合金腐蚀行为的影响。方法在万宁、敦煌两种典型环境中开展7A85铝合金大气暴露试验,利用金相显微镜分析7A85铝合金在我国两种典型大气环境中的腐蚀特征,定期测试该材料的拉伸强度和腐蚀深度。结果暴露3 a,7A85铝合金湿热海洋、干热沙漠两种典型大气环境中的最大腐蚀深度分别为254、90μm,抗拉强度分别下降了18%和5%,断后伸长率分别下降了72%和22%。结论 7A85铝合金暴露于相对湿度较低的干热沙漠环境,表面形成的腐蚀产物膜会阻止腐蚀的进一步发生;暴露于湿热海洋大气环境,随暴露时间的延长,7A85铝合金腐蚀逐渐加深。

实海浸泡条件下聚氨酯涂层的失效行为

目的在青岛市小麦岛试验站开展实海浸泡试验,探究聚氨酯涂层在实际服役过程中的失效行为。方法选用TS55-80聚氨酯涂层/Q235碳钢体系为试验样品,开展实海浸泡试验。从聚氨酯涂层的表面形貌、失光率、色差、涂层附着力、化学结构及涂层热稳定性等角度对聚氨酯涂层的失效行为进行研究。结果在实海浸泡条件下,聚氨酯涂层表面会出现明显的鼓泡和裂纹等缺陷,在浸泡6个月后的涂层表面可以观察到明显的腐蚀产物。随着浸泡时间的延长,涂层的化学结构发生了明显变化,涂层的热稳定性显著降低。在浸泡12个月后,聚氨酯涂层的失光率为69.9%,属于严重失光;涂层的色差达到3.20,属于轻微变色,涂层的附着力降至0.82 MPa,涂层与金属基体的结合强度大幅下降;聚氨酯涂层的阻抗值降至2.81×10^(3)Ω·cm^(2),说明涂层的防护性能基本丧失。结论在实海浸泡条件下,聚氨酯涂层中颜料颗粒的脱落会造成涂层表面孔隙数量的增加,这会加速海水中水和氧气等腐蚀性介质的渗透过程,使得涂层/金属界面处的电化学反应快速进行,导致涂层的防护性能快速下降。此外,聚氨酯链中氨基甲酸酯键的水解是造成聚氨酯涂层发生降解的主要原因。