空空导弹海洋大气自然环境试验研究

针对空空导弹随航母服役需求和海洋大气自然环境适应性风险,结合相关标准和研制经验,对空空导弹海洋大气自然环境试验方案设计流程、方法及要点进行了研究。提出了一套空空导弹海洋大气自然环境试验方案,可用于指导新研型号科学有效地开展自然环境试验,为回答空空导弹海洋大气自然环境适应性指标提供了支撑。空空导弹应系统策划海洋大气自然环境试验,以尽早暴露问题,实现产品设计改进,为上舰环境适应性的提高奠定基础。同时,还应大力开展自然加速环境试验技术和动态自然环境试验技术研究工作。

舱外设备箱体模拟海洋大气环境中的加速腐蚀试验与结果分析

目的 研究模拟海洋大气环境对舱外设备箱体腐蚀行为的影响,为快速评价舱外设备箱体原材料、原结构、原表面技术状态改进优劣提供技术和方法支撑。方法 根据XX舱外设备箱体实际服役环境剖面、腐蚀损伤状况,制定含海水模拟、湿热、维护保养及检查阶段等3个模块的实验室模拟海洋大气环境加速谱,运用外观、扫描电镜(SEM)、金相显微镜、X射线能谱(EDS)等表征技术,研究设备箱体在12个循环周期的宏微观形貌和腐蚀产物元素含量分布,并对标准金属铝和钢的同步实验室试验与XX近海户外自然环境下的腐蚀效应进行对比。结果 12个循环周期结束后,底座铝合金严重腐蚀,呈现明显的晶间腐蚀,并产生大量腐蚀产物,腐蚀产物主要含有O、Na、Al、Si、Cl、Ca、Mn、Fe等元素,其腐蚀形貌及程度与实际服役5 a的底座一致。标准金属铝和钢加速试验120 d的腐蚀效应分别等效XX近海大气试验4.65 a和10.57 a。结论 海水模拟、湿热、维护保养及检查阶段等3个模块的实验室模拟循环试验能较好地模拟XX舱外设备箱体经历的环境,其腐蚀与实际服役环境下的腐蚀程度相近,实现了基于短期内完成3~5 a的海洋运行验证。

热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境中的腐蚀行为研究

目的 为详细研究热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下的腐蚀行为及作用机理,同时为热浸镀Zn-Al-Mg镀层在湿热海洋大气环境中服役提供数据参考。方法 采用腐蚀失重、XRD、SEM、电化学等测试方法对热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气环境下的腐蚀行为进行研究。结果 腐蚀产物主要由Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O组成,腐蚀一段时间后,发现少量ZnO、Zn_(5)(OH)_(6)CO_(3),腐蚀产物具有与锌腐蚀类似的层状结构,1 848 h呈“三明治”型,相比于上下两层暗色物质,中层亮色腐蚀产物富集更多的Cl元素。热浸镀Zn-Al-Mg镀层腐蚀速率大体随时间延长呈上升趋势,只在672~840 h腐蚀速率下降,对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气中表现出较好的耐蚀性。结论热浸镀Zn-Al-Mg镀层在模拟湿热海洋大气下腐蚀产物演变与腐蚀过程中Mg的参与有关。腐蚀672~840h阶段腐蚀速率下降的原因与腐蚀产物中ZnO的减少和Zn_(5)(OH)_(8)Cl_(2)·H_(2)O占比增加有关。对比镀锌在模拟环境和锌在湿热大气环境中的腐蚀,预测热浸镀Zn-Al-Mg镀层在严酷湿热海洋大气中仍具有较高的耐蚀性,可以优先考虑作为湿热海洋环境的建设用材。

基于热带海洋大气环境下机载PCB板的环境适应性对比研究

目的 通过机载PCB板(Printed Circuit Board,PCB)在热带海洋大气环境下的腐蚀老化特征和电气性能退化规律分析,研究其在热带海洋大气环境下的环境适应性。方法 根据热带海洋大气环境中PCB板的实际使用环境大多为舱室内部封闭或半封闭的情况,分别设计并开展海南万宁海洋平台棚下暴露场和某海域环境户外简易遮蔽玻璃框下3 a的自然环境试验。结果 PCB板的焊点、焊盘、印制导线以及引线头等部位在2种试验环境中均出现了不同程度的腐蚀破坏,试验后期,所有部位的腐蚀程度全部达到了4级,导通电阻从几十毫欧增大至几十兆欧,绝缘电阻从10 G?以上降低至几兆欧。结论 在万宁站试验2 a和某海域试验3 a后,PCB板均不满足耐电压的技术要求(500 V交流电压60 s),万宁海洋平台棚下暴露场对PCB板的环境适应性更为严酷。

钝化处理对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢在西沙群岛海洋大气环境下耐腐蚀性能的影响

[目的]研究未钝化和钝化处理的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢在西沙海洋大气环境下暴露1年的腐蚀行为。[方法]采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、视频显微镜(VM)、X射线衍射仪(XRD)等仪器研究了未钝化和钝化0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢腐蚀后的表面形貌及腐蚀产物的成分。[结果]在海洋大气环境下暴露一定时间后,未钝化和钝化处理的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢表面均发生了腐蚀,且以点蚀为主,腐蚀质量损失随时间变化的曲线符合幂函数规律,腐蚀产物的主要成分为β-FeOOH。对比腐蚀产物覆盖面积和腐蚀坑深度可知,钝化处理能够提高0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢的耐腐蚀性能,但在西沙海洋大气环境下服役时不能提供长期保护。[结论]应探索新的防护手段来提高0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢在海洋大气环境中的耐腐蚀性能。

纯铜在湿热海洋大气环境空调外机内部初期腐蚀行为研究

本文采用扫描电子显微镜、电化学测试、傅里叶红外光谱等分析测试手段研究了现场实证实验空调外机内部环境中,铜暴露不同时间后的腐蚀行为和腐蚀机理。结果表明空调外机内部服役环境的严酷度明显小于外部自然大气环境。样品铜暴露7~11个月之后,铜表面致密的保护性腐蚀产物Cu_(2)O发生转变,导致样品表面腐蚀产物的保护性下降,样品的腐蚀速率呈现先下降后升高的趋势。

典型海洋大气环境下环氧耐腐蚀涂层工艺老化行为对比研究

在典型海洋大气环境下(黄海、东海、南海)开展了环氧耐腐蚀涂层艺自然暴露老化试验,运用数码相机、扫描电子显微镜、X射线、腐蚀电化学及拉拔试验机等手段测试了涂层大气暴露后的宏微观形貌、低频阻抗模值、附着力、成分等性能变化,并进行对比分析。综合结果表明:针对涂层试样来说,主要老化环境因素是太阳辐射、温度及湿度的综合作用:南海海洋大气户外环境远比东海和黄海户外恶劣,相对来说黄海户外环境较好。

海洋大气环境下架空管道腐蚀失重预测

为提高海洋大气环境下油气管道腐蚀失重预测精度,提出了一种基于IWOA-DGM(1, 1,λ)的架空管道腐蚀失重预测模型。首先用佳点集理论优化鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm, WOA)初始种群的布局以增强寻优能力,并用非线性自适应权重和改进黄金正弦算法避免WOA模型的随机性,以提高收敛速度。然后利用指数变换、变权弱化缓冲算子和新陈代谢改进离散灰色模型(Discrete Grey Model, DGM(1, 1)),指数变换可以提高原始数据的光滑度,变权弱化缓冲算子可以抵消冲击扰动的干扰,加入新陈代谢可以实现动态的中长期预测。再用改进鲸鱼优化算法(Improve Whale Optimization Algorithm, IWOA)对改进DGM(1,1,λ)模型中的参数λ进行寻优,最后建立改进鲸鱼优化算法的优化离散灰色预测模型(IWOA-DGM(1, 1,λ)),并用该模型对西沙Q235碳钢管道腐蚀失重情况进行预测。结果表明,改进模型的灰色绝对关联度、平均绝对百分比误差和拟合度分别为98.99%、2.43%和98.73%,各项评价指标均优于其他对比模型,且预测精度得到了极大的提高,证明该模型有较好的鲁棒性。

氧化聚合型包覆技术(OTC)在热带海洋大气环境螺栓中的应用

目的 研究氧化聚合型技术(OTC)在热带海洋大气环境中对高强螺栓的防护效果。方法 在三亚大气腐蚀试验站开展OTC包覆和未保护的高强螺栓6 a的大气曝晒试验,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和激光共聚焦显微镜(LSCM)开展腐蚀形貌和成分分析,通过质量损失试验考察OTC包覆和未保护的高强螺栓的腐蚀行为。结果 未经保护的螺栓表面生成大量棕红色的腐蚀产物,XRD分析表明,其主要成分为α-Fe OOH、β-Fe OOH、γ-Fe OOH、Fe_(3)O_(4)和Fe_(2)O_(3)等,其中β-Fe OOH晶体结构中含有Cl–,会加速基体腐蚀。经LSCM分析,螺栓垫片整体呈全面腐蚀状态,但同时发生局部腐蚀,最深的点蚀坑达120μm以上。经OTC技术保护的高强螺栓,仅在底部出现少量棕色物质,大部分仍呈现原有的黑色基体表面,OTC包覆螺栓6 a的腐蚀速率约为未保护螺栓的腐蚀速率1/15,OTC包覆垫片表面未出现明显腐蚀。结论 氧化聚合型包覆技术显著降低了高强螺栓的腐蚀速率,具有优良的耐腐蚀性能,在热带海洋大气环境对高强螺栓起到良好的长效防护作用。

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。

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。

电镀锌镍合金与热渗锌涂层热带海洋大气环境腐蚀规律对比分析

目的解决钢铁表面金属涂层在热带海洋大气环境中易腐蚀损伤或失效的问题,选择对热带海洋大气环境耐腐蚀性能优良的金属涂层,提高钢铁工件的使用寿命。方法在某热带海域进行户外暴露试验,对钢铁试片电镀锌镍合金和热渗锌2种金属涂层的腐蚀规律进行研究。通过扫描电镜、X射线能谱仪、光学显微镜、划格试验等,对锌镍合金镀层和热渗锌涂层的表面形貌、化学成分、截面形貌、涂层厚度及附着力等分别进行观察与测试。结果电镀锌镍合金镀层主要发生选择性腐蚀和点蚀,在720 d内具有较好的腐蚀防护性能。热渗锌层以均匀腐蚀为主,涂层微裂纹促进了腐蚀,在90 d内基体无腐蚀,360~720 d涂层的腐蚀速率较快。结论在采用的2种金属涂层工艺中,电镀锌镍合金镀层的耐腐蚀性能远优于热渗锌涂层。相对于该热渗锌涂层,电镀锌镍合金镀层更加适合作为钢铁工件金属涂层在该海域大气环境中长期使用。

基于自然和模拟热带海洋大气环境中涂层性能变化的对比研究

目的 研究涂层在自然环境试验和实验室模拟环境试验下性能的变化情况,通过再现涂层在自然环境下的环境效应和损伤过程,进而验证该模拟热带海洋大气环境试验方法的合理性。方法 根据涂层在舰船、舰载机等装备上热带海洋大气实际服役环境的分析,通过对热带海洋大气环境温度、湿度、盐雾、太阳辐射环境因素的组合,综合设计模拟热带海洋大气环境试验方法的试验流程,开展3种涂层在海南万宁为期1 a和实验室总周期为7循环的对比试验。结果 3种涂层在自然环境试验和实验室模拟环境试验后,随着试验时间的延长,其性能变化趋势相似,失光率和色差增大,附着力明显降低,交流阻抗值减小。红外光谱分析显示,老化机理均未出现明显变化,以光泽和色差为基准的平均秩相关系数为0.87,为极强相关。结论 本模拟热带海洋大气环境试验方法设计合理,具有良好的模拟性。

南海海洋大气环境下WC-10Co4Cr涂层初期腐蚀行为研究

在10Cr13不锈钢表面,采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备了WC-10Co4Cr涂层。在南海海洋大气环境下,进行户外大气暴露试验。使用腐蚀失重法、拉伸试验、金相、扫描电镜(SEM)等方法对试样的腐蚀形貌、微观组织、力学性能等进行研究。采用电化学测试不锈钢及涂层试样试验前后的电化学特性。结果表明,经过1年大气暴露试验,相比不锈钢裸材,火焰喷涂对不锈钢材料的防护效果明显,金属基体无明显腐蚀,平均腐蚀速率为0.333μm/a,试样强度未发生明显改变。试样中间区域喷涂层完好,腐蚀电流密度较暴露前几乎没有变化。

C含量对低合金钢在模拟高湿热海洋大气环境中腐蚀行为的影响

在模拟高湿热海洋大气环境中对0.07C钢和0.09C钢进行周期浸润腐蚀试验;采用电化学测试,结合显微组织观察、腐蚀形貌观察以及腐蚀产物分析,研究了C含量对两种低合金钢腐蚀行为的影响。结果表明:与0.07C钢相比,0.09C钢中的珠光体含量较高且分布不均匀,这提高了材料的点蚀敏感性;C含量对于耐蚀性的影响主要体现在腐蚀中后期,在腐蚀4 d后0.07C钢的腐蚀速率相较于0.09C钢降低约15%,0.07C钢的自腐蚀电位较高,更容易生成具有保护性的钝化膜。

油缸活塞杆镀铬层热带海洋大气环境耐腐蚀性能分析

针对电镀硬铬微裂纹多、耐蚀性差的特点,为了解决油缸活塞杆长效使用的问题,采用封闭技术对单层电镀硬铬、乳白铬/硬铬双层电镀铬进行后处理以提高镀铬层耐蚀性。采用目视、扫描电镜、光学显微镜等方法观察宏观腐蚀形貌、微观表面形貌、截面形貌,对比分析了封闭处理前后的单层和双层镀铬层户外暴露实验和盐雾实验的耐蚀性能。结果表明:相对于封闭处理前,封闭处理后的单层和双层镀铬的耐蚀性较好,封闭处理双层电镀铬耐蚀性远优于封闭处理单层电镀硬铬。经过封闭处理双层电镀铬层能够显著阻碍腐蚀向点蚀孔四周扩展,其耐蚀性得到了显著改善,能够满足在热带海洋大气环境中长期使用的要求。

海南湿热海洋大气环境Q235钢腐蚀行为研究及严酷度评估

目的探究我国典型湿热海洋大气环境特征,以Q235钢为标杆材料,评估并可视化展示海南湿热海洋大气环境严酷度。方法以海南岛为典型湿热海洋地区,基于分布全岛全域的13个站点开展自然大气环境试验,采集各站点大气环境数据与Q235钢材料性能数据。通过分析表观形貌、腐蚀质量损失等性能,探究Q235钢在海南大气环境的腐蚀行为规律及其在全岛不同区域的腐蚀程度差异。基于大气环境因素与Q235钢腐蚀行为间相关性研究,筛选腐蚀敏感环境因素,构建“腐蚀质量损失-敏感环境因素”映射模型。基于Q235钢海南各地区腐蚀质量损失数据,通过Griddata插值,计算绘制腐蚀质量损失分布地图。结果掌握了Q235钢在海南各地区腐蚀行为差异,可视化展示了海南大气腐蚀严酷度。结论影响Q235钢海南地区腐蚀的敏感环境因素为离海距离及湿度大于80%的时间。海南地区沿海岸及东部地区大气环境腐蚀严酷度高,中部及西部地区严酷度低。

海洋大气环境下Q235钢表面氯离子沉积量分布规律研究

目的 研究海洋大气环境下氯离子在Q235钢表面的沉积分布规律。方法 使用便携式X射线荧光光谱仪测试Q235钢在海南岛不同地点大气环境暴露后的表面氯离子沉积,然后采用插值算法绘制氯离子在Q235钢表面沉积分布图和海南岛不同地点氯离子在Q235钢表面平均沉积量分布图,并根据氯离子沉积分布图分析氯离子在Q235钢表面的沉积量分布规律。结果 氯离子在Q235钢表面呈不均匀分布特征。在环境暴露试验前6个月,Q235钢表面氯离子含量逐渐增加;暴露6~12个月,Q235钢表面的氯离子含量总体变化不大。从整个海南岛看,内陆地区氯离子在Q235钢表面的沉积量低,而在沿海环岛区域的沉积量高。在海南岛沿海地区,Q235钢表面氯离子沉积量随季风风向的变化而变化。结论 氯离子在Q235钢表面呈不均匀沉积分布,Q235钢表面氯离子沉积量在海南岛不同地点呈“中间低、两边高”的沉积分布规律,内陆地区沉积量低,而沿海环岛区域沉积量高,并且沿海地区的氯离子沉积易受季风风向的影响。

海洋大气环境多因素组合/综合试验及方法现状分析

从海洋大气的环境试验能力和环境试验方法 2方面展开了国内外多环境因素组合/综合的对比分析,探讨了海洋大气主要环境因素温度、湿度、盐雾、太阳辐射和诱发环境因素振动产生的环境效应及其相互影响,分别列举了2、3、4、5种环境因素耦合环境试验方法与成果。最后,针对装备海洋大气环境多因素组合/综合试验及方法目前的研究现状,提出了建议和展望。

海洋大气环境下锈蚀低屈服点钢材滞回性能与循环加载本构

为研究海洋大气环境下隔震耗能元用低屈服点钢材的抗震性能退化问题,本工作开展了LYP100和LYP160钢人工加速腐蚀与循环加载试验,研究了近海环境低屈服点钢材的锈蚀演化规律与滞回行为。结果表明:海洋大气环境下低屈服点钢材呈显著点蚀损伤;随着腐蚀龄期t延长,质量锈蚀率η、锈坑平均深度C与宽度W逐渐增大,而试件截面厚度■逐渐减小;所提出形貌参数■及■对锈蚀表面空间特异性具有显著表征意义,且使其随t增大而愈加离散;另外,随着腐蚀龄期延长与锈蚀参数不断增大,试件屈服平台逐渐消失,加卸载极限峰值应力逐渐回落,耗能能力逐渐退化。当锈蚀两种试件■分别增加至8.4与10.4时,加/卸载峰值应力降低幅度达到16.4%和15.3%,滞回能J分别降低21.0%和23.7%。最后,基于锈蚀低屈服点钢材的同向强化与随动强化,提出了基于Chaboche模型的循环加载本构,并根据锈蚀结果对混合强化参数进行了标定,结果表明:Chaboche模型对锈蚀低屈服点钢材循环加载滞回行为具有较高的模拟精度。本工作可为在役低屈服点钢耗能元(件)的剩余性能评价与合理维护提供理论指导。