海洋环境服役发动机腐蚀损伤分析及防护能力提升建议

通过我国航空发动机海洋环境服役过程中腐蚀情况的调研,结合文献资料,分析腐蚀防护与控制技术的应用现状,提出未来工作建议。目前海洋环境服役航空发动机的腐蚀防护与控制缺少贯穿方案论证、设计研制、使用维修等全寿命周期各阶段的综合考虑,制约解决腐蚀问题的关键技术没有突破,研制生产过程中,存在耐腐蚀性能评估不合理的问题。应开展腐蚀智能监测、识别、模拟仿真等技术的研发与应用,实现海洋环境服役发动机的腐蚀损伤监控与预警,构建发动机腐蚀环境适应性试验评价技术体系,满足新体制下装备试验鉴定工作要求。急需开展长寿命防护涂层技术、维护技术专项研究,以适应严酷海洋大气环境和航空动力装置高可靠性研制要求。

航空发动机典型连接件腐蚀仿真分析

利用CorrosionMaster软件对航空发动机压气机部位典型连接结构在酸性盐雾和湿热环境的腐蚀情况进行仿真,并依据国军标开展典型连接件的酸性盐雾试验和湿热试验,最后将仿真结果与试验结果进行验证。结果表明:利用CorrosionMaster软件仿真得到的压气机典型连接件酸性盐雾环境和湿热环境下的腐蚀结果与试验结果相一致,仿真结果对于预测评估金属结构的腐蚀风险具有参考价值。

7050铝合金的显微组织、腐蚀行为及其调控研究现状与展望

7050铝合金具有高强度、高韧性和优异的抗应力腐蚀开裂性能,已经广泛用于航空飞行器和武器装备制造。本文综述了7050铝合金的显微组织、腐蚀行为及其调控的研究现状,指出已有研究的不足和未来研究的方向,以期进一步提高7050铝合金的综合性能,扩大其应用范围。分析结果表明:在7050铝合金显微组织(包括第二相颗粒、弥散相和时效强化相的类型、尺寸、分布,织构类型)的分析和表征方面已取得丰硕的成果;对晶间腐蚀、应力腐蚀开裂和剥落腐蚀的行为和机理已进行过深入研究,发现显微组织与腐蚀行为紧密相关;进一步对合金进行热处理以调控其显微组织与性能,研究了均匀化、固溶、预应变和多级时效对合金显微组织和耐蚀性能的影响。然而,鲜见将晶体学织构、晶界类型和晶格储能与合金的局部腐蚀行为相关联的工作报道,这值得研究人员密切关注。

超高强度钢无氰镀镉-钛层在循环湿热试验条件下的腐蚀变化规律研究

目的研究超高强度钢表面无氰镀镉-钛层在循环湿热条件下的腐蚀变化规律。方法对超高强度钢表面无氰镀镉-钛层试样进行循环湿热试验,对各个加速时间段的试样进行宏观照片及微观照片的拍摄,并运用电化学测试分析的方法研究试样在加速试验各时间段的腐蚀变化规律。结果超高强度钢表面无氰镀镉-钛层经历384 h的循环湿热试验后,镀层首先开始出现腐蚀现象。试样的腐蚀失质量损失随试验时间的延长逐渐增加,且呈现出在试验初期(≤384 h)的增量相对较小,试验中后期(>384 h)的增量相对较大的特征,腐蚀动力学方程和曲线的特征也表明,试样在循环湿热试验后期的腐蚀速率相对较大。经历1536 h循环湿热试验的试样在0.01 Hz处的阻抗模值下降为10~2?。结论循环湿热条件下,在加速试验初期,超高强度钢表面无氰镀镉-钛层试样表面镀层开始发生腐蚀,中期腐蚀现象减缓,后期腐蚀现象明显。质量损失数据与试验时间关系的幂函数拟合方程为D(t)=0.013t^(1.2095),相关指数R^2=0.9879。

海洋环境服役飞机发动机镁合金使用要求和研究方向分析

对适航标准、通用规范的分析显示,目前国内外针对镁合金在飞机发动机上的使用要求仅发布了“应尽量少使用镁合金”等指导性的原则,而没有明确地规定镁合金应符合的具体限定条件,特别是海洋环境中必须采用的防护体系。针对飞机发动机用镁合金材料和防护工艺基础腐蚀性能数据不足,无法有效支撑材料、工艺选用和海洋环境适应性评价的现状,建议结合服役过程中镁合金结构遭遇的最严酷腐蚀环境,建立实验室加速实验当量环境谱,开展镁合金典型防护工艺的实验室加速实验及自然环境试验,确定腐蚀防护性能。重点建立防护体系破损镁合金试样腐蚀累积量随时间的变化规律,并与海洋环境服役飞机发动机用铝合金的试验结果进行对比,提出镁合金试验考核评价准则。开展镁合金及异种材料连接结构的实验室加速实验,验证典型结构的环境适应性。

2A97 铝锂合金热带海洋大气环境腐蚀行为

将2A97铝锂合金在万宁自然环境试验站进行户外暴露,并采用失重分析、表面及截面形貌观察、电化学、腐蚀产物分析等方法研究2A97铝锂合金在热带海洋大气环境下的腐蚀行为规律及机理。结果表明:2A97铝锂合金的腐蚀速率随时间延长不断降低,暴露2.5 a后平均腐蚀速率约为0.7μm/a。晶粒内部以点蚀为主,晶界出现了明显的晶间腐蚀特征,且沿晶界腐蚀的深度随时间延长不断增加,局部区域出现晶粒脱落的现象,暴露2.5 a后腐蚀深度达到146μm。

2297-T87铝锂合金用于大气腐蚀性的比较

目的利用铝锂合金的大气腐蚀试验结果评价大气腐蚀性。方法对第三代铝锂合金2297-T87在6个自然环境试验站户外暴露后的腐蚀质量损失、腐蚀速率、腐蚀深度、拉伸性能进行分析,综合评价各地区大气腐蚀性。结果2297-T87铝锂合金在团岛、万宁、永兴岛暴露1年后出现显著腐蚀,腐蚀质量损失和腐蚀速率约为江津的2倍、西双版纳的4倍,北京的腐蚀质量损失和腐蚀速率最低。合金最大腐蚀深度的变化趋势与腐蚀质量损失和腐蚀速率的变化趋势一致。观察横截面发现,在万宁、永兴岛、江津暴露后,合金发生严重的点蚀,在腐蚀产物覆盖区域下方形成不规则蚀坑,而在团岛暴露后,合金内部发生晶间腐蚀。合金在江津、永兴岛、万宁、团岛暴露后的拉伸性能仍比较接近,且拉伸强度保持率在90%以上。结论将2297-T87铝锂合金暴露1年后的腐蚀质量损失、腐蚀速率、腐蚀深度作为表征指标,获得各试验站的大气腐蚀性顺序为:北京<西双版纳<江津<永兴岛<万宁<团岛。

TC21钛合金表面涂层体系在多因素综合加速试验条件下的老化规律研究

目的研究TC21钛合金表面防护体系(酸洗+环氧底漆+聚氨酯面漆)在多因素协同加速试验条件下的表面性能变化规律。方法利用一台海洋大气综合模拟试验装置,在户内模拟热带岛礁海洋大气环境,对经历各个加速试验周期后的试样进行外观拍照、光泽度测试、色差测试、光学显微拍照、以及电化学阻抗测试(EIS),并描述相关变化过程。结果5个周期的加速试验后,试样表面涂层的失光率和色差分别达到45.6%和4.36。涂层在0.01 Hz处的阻抗模值由初始的2.74×1010Ω下降为6.21×107Ω。结论经历5个周期的户内多因素综合加速试验的过程中,TC21钛合金表面涂层体系的防护效果呈持续下降趋势,但5周期后尚未完全失效。

实验室砂尘颗粒冲蚀-腐蚀交替试验技术研究进展

调研了砂尘环境、砂尘颗粒冲蚀相关的试验方法,着重对比砂尘流高速冲击试样方法的相同点和主要区别,确定了喷磨试验方法更适合开展压气机叶片、风扇叶片的冲蚀试验研究。冲蚀试验设计采用GJB 241A—2010、GJB 242A—2018所示成分和粒度的砂尘,通过控制送砂速率和试验时间达到实际服役中压气机转子叶片、风扇叶片的砂尘作用量,当量发动机使用1年的砂尘冲刷环境。另外,采用砂尘颗粒冲蚀试验与GJB 150.11A—2009盐雾试验交替的方案更贴近实际环境。

EB-PVD制备热障涂层的反射光谱特性研究

为了研究航空发动机中涡轮叶片表面的热障涂层对辐射光谱的反射特性,本文使用真空电弧镀法在不锈钢基体上分别制备了NiCrAlYSi和NiCoCrAlYHf两种热障涂层的粘结层,并随后使用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法制备了ZrO_2·Y_2O_3(YSZ)热障涂层的陶瓷面层,最后利用紫外-可见-近红外分光光度计测定了常温下热障涂层在0.3μm～2.5μm波段的反射率光谱并进行了分析研究。结果表明:金属粘结层和陶瓷面层厚度均相同时,不同的粘结层材料对热障涂层的光谱反射率影响不大,整个波段内NiCrAlYSi/YSZ和NiCoCrAlYHf/YSZ涂层的光谱反射率接近。当粘结层NiCrAlYSi的厚度相同,面层YSZ的厚度分别为20μm、100μm、170μm三种不同厚度时,热障涂层的光谱反射率表现出不同的特性,在0.3μm～0.45μm波段,厚度为20μm的YSZ的试样因表面呈蓝紫色反射紫光能力最强,而灰白色的其他两个试样反射紫光能力接近;在0.45μm～2.5μm波段,YSZ涂层厚度与光谱反射率正相关,涂层厚度越厚光谱反射率越高。通过调整电子束物理气相沉积工艺制备了YSZ微叠层,与相同厚度的传统柱状晶的YSZ相比,YSZ微叠层的光谱反射率提高了约一倍。

2A97铝锂合金典型防护涂层热带海洋大气环境腐蚀老化行为

将2A97铝锂合金典型防护涂层在万宁自然环境试验站进行户外暴露,并采用表面及截面形貌观察、红外光谱、电化学阻抗谱等方法,研究2A97铝锂合金涂层试样在热带海洋大气环境下的腐蚀老化行为规律及机理。结果表明:包含底漆+面漆的涂层1在暴露2.5 a内,表面有微孔洞形成,涂层和阳极氧化层较为完整,合金基体未腐蚀;只有底漆的涂层2在暴露1 a时,涂层形成大量微裂纹,并且局部区域发生剥落,且随暴露时间延长,阳极氧化层减薄,合金基体遭受腐蚀。与只有底漆的单涂层相比,底漆+面漆双层涂层具有较低的失光率和色差,抗老化性能更优异。涂层1暴露不同周期后,均表现为一个容抗弧,其腐蚀老化进程主要由水和氧的扩散速率控制。涂层2暴露1 a后,电解质侵入到涂层/基体界面处,基体发生腐蚀反应,随暴露时间延长,涂层开始剥落,主要表现为铝锂合金基体的腐蚀,其腐蚀老化速率主要由电化学过程控制。

大气等离子喷涂制备Yb_(2)Si_(2)O_(7)环境障涂层1350~1500℃水蒸气下的腐蚀行为

为了深入了解双硅酸镱(Yb_(2)Si_(2)O_(7))环境障涂层水蒸气腐蚀机理,采用大气等离子喷涂技术制备全包覆Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层环境障涂层,水蒸气腐蚀实验(1350~1500℃,90%H_(2)O/10%O_(2),体积分数,200 h)后对不同阶段和不同温度的样品进行表征以分析腐蚀行为和腐蚀机理。结果表明:在1350~1500℃范围内腐蚀200 h,Yb_(2)Si_(2)O_(7)层整体结构完整,热生长氧化物层生长速率较慢且符合线性增长,对Si C基体具有良好的保护作用,涂层没有发生剥落失效。在不同温度下,水蒸气腐蚀机理不同,不仅有SiO_(2)的挥发,还会发生“自修复”反应,同时Al(OH)_(3)的污染也会影响腐蚀行为。

涂漆铝合金铆接件在美济礁大气环境中初期失效行为

目的研究铆接结构件在南海热带岛礁海洋大气环境暴露初期的失效行为。方法通过对在热带岛礁大气环境中暴露初期的试样进行外观拍照、光泽度测试、色差测试、光学显微拍照、以及电化学阻抗测试(EIS),描述相关变化过程。结果试样暴露1 a后,失光率和色差分别达到67.0%和10.67,平面位置呈现出沟壑状形貌特征,连接缝隙底部和铆钉顶部存在明显的涂层缺陷。平面位置0.01 Hz处的阻抗模值由初始的2.81×10^10Ω降低为8.19×10^8Ω,而铆钉位置0.01 Hz处的阻抗模值由初始的1.09×10^9Ω降低为2.92×10^6Ω。结论试样在热带岛礁大气环境暴露初期的外观变化主要表现为失光和变色,平面位置、连接缝隙底部及铆钉顶部均存在一定程度的微观形貌变化。随暴露时间的增加,电化学阻抗呈下降趋势,且铆钉位置的下降幅度相对更大。

利用薄片穿透法确定铝合金最大蚀坑深度

目的研究铝合金最大蚀坑深度与环境试验时间的对应关系,为新型合金服役前的耐蚀性评级和结构件服役过程中的剩余寿命预测提供技术基础。方法利用光学显微镜、扫描电镜分析海洋大气环境中新型铝合金的腐蚀类型,并利用薄片穿透法研究铝合金薄片最大蚀坑深度与试验时间的对应关系。结果经过海洋大气环境暴露试验后,2A97铝合金发生了深入合金内部的严重点蚀,检测薄片试样背面电解液的出现时间,可以确定环境试验中蚀坑穿透薄片试样的时间。通过测量不同厚度薄片试样的穿透时间,可以确定最快生长局部腐蚀点的深度和时间的关系。结论中性盐雾试验环境下,达到相同的最大蚀坑深度,2A97铝合金与AA2024铝合金用时基本相当。

2A97铝合金硫酸阳极氧化搅拌摩擦焊对接结构件在热带岛礁海洋大气环境暴露初期的失效行为

研究了铝合金搅拌摩擦焊对接结构硫酸阳极化试样在热带岛礁海洋大气环境暴露初期的失效行为,并对失效机理进行了阐述。通过对在热带岛礁大气环境中暴露初期的试样进行外观观察、光学显微观察、扫描电镜(SEM)观察和能谱分析(EDS)、以及电化学阻抗测试(EIS),阐述了相关变化过程。试样暴露1年后,在0.01 Hz处的阻抗模值由初始的2.08×10^6Ω变为5.51×10^5Ω。试样在热带岛礁大气环境暴露1年后热影响区的阳极氧化膜有轻微褪化,电化学阻抗随暴露时间的增加而略有下降。

酸性锌镍合金电镀工艺参数对镀层镍含量的影响

研究了采用弱酸性氯化物体系电镀锌镍合金时镀液的镍锌比、温度、氯化铵含量,以及阴极电流密度、电镀方式等工艺参数对镀层镍含量的影响。结果表明,镀液镍锌比、温度、阴极电流密度对镀层镍含量影响较明显,氯化铵含量及磁力搅拌对镀层镍含量几乎无影响,采用脉冲电镀可以显著提高镀层镍含量。

钛合金电解加工点蚀机理研究进展

电解加工是一种很好的加工钛合金的方式,不但加工效率高,还可用于加工薄壁和异型构件,优势十分显著。然而,在低电流的电解加工过程中,钝化膜的自钝化和形成的点蚀不但会影响工件表面的粗糙度,而且也会影响非加工部位,因此有必要研究清楚钛合金点蚀的成因、发展过程和控制方法。详细综述了外加电压条件下钛合金点蚀发展的过程、机理和抑制点蚀的方法,同时阐释了相关抑制点蚀方式的优劣,展望了未来电解加工中抑制钛合金点蚀方法的发展趋势和研究方向。

石墨烯冷涂锌防腐涂料的制备及性能

采用硅烷偶联剂对氧化石墨烯进行改性后制备了表面功能化石墨烯,并以此功能化石墨烯制备了稳定分散的石墨烯浆料。将此浆料与溶解好的树脂液、预分散好的锌粉浆料混合,制备了石墨烯冷涂锌涂料。通过盐雾试验、接触角试验及电化学测试,确定了石墨烯在涂料体系中的最佳添加量。对石墨烯冷涂锌涂料的性能进行了全面测试,结果显示,涂层耐盐雾时间达到2500 h,是相同厚度热浸锌涂层的2倍以上。

模拟舰载环境对2124铝合金耐蚀及疲劳性能的影响

采用酸性盐雾试验模拟舰载环境,研究了舰载环境对典型航空铝合金2124铬酸阳极氧化、硼硫酸阳极氧化和苹果酸硫酸阳极氧化耐蚀和疲劳性能的影响,采用电化学阻抗谱(EIS)分析了膜层结构的变化规律,采用轴向疲劳检测不同腐蚀时间后的疲劳寿命,并对疲劳断口进行分析。结果显示,阳极氧化处理能够有效提高其耐蚀性能,铬酸阳极氧化试样经过4个循环酸性盐雾后出现腐蚀,硼硫酸阳极氧化和苹果酸硫酸阳极氧化从第6周期开始出现腐蚀;阳极氧化试样的疲劳寿命随酸性盐雾循环次数而衰减,衰减趋势与出现腐蚀的规律相吻合;苹果酸硫酸阳极氧化试样的疲劳寿命衰减最为缓慢。