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。

航空装备腐蚀维护维修新材料研究进展

针对海洋环境下服役航空装备极易发生腐蚀的问题,介绍了清洗剂、去腐蚀产物膏、缓蚀剂等腐蚀维护维修新材料的研究进展,包括功能、分类、技术指标等。清洗剂用于航空装备的日常清洗、维护以及维修,去除油污等污染物,防止腐蚀;去腐蚀产物膏用于外场航空装备腐蚀产物的原位去除;缓蚀剂用于在不能对现役航空装备的防护体系进行大幅改动的情况下,针对海洋环境下航空装备的防腐蚀需求,对航空装备进行附加防护或临时防护。综合运用腐蚀维护维修新材料进行航空装备的腐蚀防护,可以预防和减少腐蚀的发生,及时对腐蚀部位进行修复,保障航空装备的使用性能和战斗力。

国产新型高氮不锈钢耐腐蚀性能研究

[目的]高氮不锈钢具有高强韧、抗疲劳、耐磨损、耐腐蚀等优点,在航空航天、机械制造、石油化工和海洋工程领域备受关注。国内在研发高氮不锈钢过程中主要关注其制备工艺、组织结构及力学性能,耐蚀性方面的研究较少。[方法]在不同温度(280、595和630°C)下对国产30Cr15Mo1N高氮不锈钢材料进行回火处理,得到二次析出相尺寸不同的组织。通过电化学测试、浸泡腐蚀试验和中性盐雾试验,结合形貌分析,研究了高氮不锈钢的二次析出相对其耐蚀性的影响。[结果]随回火温度升高,30Cr15Mo1N高氮不锈钢中的二次析出相增加、尺寸增大。280℃回火处理的30Cr15Mo1N高氮不锈钢在不同介质中的腐蚀速率最低,具有最优异的耐电化学腐蚀和盐雾腐蚀性能。[结论]析出相对30Cr15Mo1N高氮不锈钢的腐蚀行为具有重要影响,析出相尺寸增大对其耐蚀性不利。

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。

高温热暴露对Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料性能影响

研究1000~1200℃高温热暴露对多孔基体Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料性能的影响,结果表明:1000℃热暴露100 h对复合材料拉伸强度无影响,1100℃热暴露100 h后拉伸强度略有降低,1200℃热暴露100 h后拉伸强度明显降低。进一步研究1200℃不同热暴露时长对Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合材料、氧化铝纤维及氧化铝基体性能的影响,并采用光学显微镜、SEM对试样的微观形貌进行表征。结果表明:1200℃热暴露100 h对氧化铝纤维的性能影响较小,但对氧化铝基体的影响较大,1200℃热暴露仅10 h后,氧化铝基体的孔隙率明显降低,密度明显增加;从基体断口的SEM形貌可以看出,随着1200℃热暴露时间的增加,氧化铝基体中的晶粒尺寸逐渐增大,基体发生进一步的烧结,相应地,从Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合材料的断口形貌可以看出,纤维拔出长度及数量也明显减少;高温热暴露后复合材料性能的降低主要缘于材料中氧化铝基体的进一步烧结,多孔基体的致密化降低了其对复合材料的增韧效果。

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。

TB5钛合金脉冲阳极氧化膜电偶腐蚀性能研究

通过脉冲阳极氧化技术在TB5钛合金表面制备一种抗电偶腐蚀的氧化膜,采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪分析了钛合金阳极氧化膜的组织形貌和晶体结构,测量了TB5钛合金与钢及铝合金间的电偶腐蚀性能,并采用电化学的方法探讨了钛合金阳极氧化膜的抗电偶腐蚀的机理。结果表明,该氧化膜为厚度约为2~3μm的多孔结构膜,由锐钛型Ti O2晶体和无定型的Ti O2混合组成;电化学分析显示,钛合金阳极氧化后反应电阻增大导致电偶腐蚀电流密度降低;因此,对钛合金进行脉冲阳极氧化处理可以有效降低钛合金电偶触腐蚀敏感性。

喷丸对DD412单晶高温合金表面完整性和疲劳性能的影响

为提高涡轮叶片榫头的疲劳性能,研究了喷丸对DD412单晶合金表面完整性和高温疲劳性能的影响规律。采用白光干涉仪、粗糙度仪、显微硬度计、扫描电镜、透射电镜等分别对喷丸前后的表面形貌、粗糙度、硬度梯度、微观组织进行表征,并采用旋弯疲劳试验机测试高温疲劳寿命和极限。结果表明:喷丸后,表面磨削刀痕被消除,显著降低表面微观应力集中系数;试样表层组织发生剧烈塑性变形,并形成深度约0.10~0.32 mm的硬化层。相比未喷丸试样,优化工艺喷丸试样在600℃/500 MPa条件下的旋弯中值疲劳寿命提高21.7倍以上,在600℃下的中值疲劳极限提高了17.3%。经分析认为,喷丸对表面完整性的优化是DD412合金高温疲劳性能提升的主要原因。

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。

热障涂层热力耦合条件下的应力仿真计算

有限元模拟是研究热障涂层(thermal barrier coatings,TBCs)界面处热生长氧化层(thermally grown oxides,TGO)应力演变的有效手段之一,可为探索TBCs失效机制提供理论支撑。采用先进的热障涂层多因素耦合设备对热障涂层圆管试样模拟发动机工况进行热力耦合循环实验和热循环实验。利用有限元软件ABAQUS对包含真实初始TGO形貌的热障涂层进行有限元建模,分析实验过程中TGO的应力和变形规律。结果表明:在不考虑TGO及界面开裂的情况下,无论是热力耦合模型还是热循环模型,随着循环次数的增加,Mises应力均增加;加热过程中TGO受拉,冷却过程中TGO受压;加热过程的应力均远小于冷却至室温时的应力。经过相同的循环次数,热力耦合模型中的应力值均高于热循环模型中的应力值。经过20,45,70次热循环后,冷却至室温时,TGO应力分别达到2.85,3.65,3.55 GPa,而经过相同次数的热力耦合循环后,冷却至室温时,相同位置的TGO应力分别达到4.01,5.0,4.81 GPa。与热循环相比,在热力耦合条件下,经过相同循环次数冷却至室温时的TGO应力显著增加。

氧化物/氧化物陶瓷基复合材料及其制备工艺研究进展

氧化物/氧化物陶瓷基复合材料具有低密度、耐高温、抗氧化等特点,是应用于高温有氧环境的理想候选材料,在航空航天热端部件如发动机燃烧室、尾喷管等部位有着巨大的应用潜力。本文从氧化物纤维、陶瓷基体、复合材料设计以及制备工艺等方面综述了氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的研究进展。重点阐述了氧化物/氧化物陶瓷基复合材料的设计方法,包括界面层的选择以及多孔基体的设计,详细介绍了复合材料的制备工艺,特别是预浸料工艺。最后对国外考核情况进行了简述,指出了其在航空发动机高温热端部件上的应用前景。

航空航天用钛合金表面工程技术研究进展

钛合金以其高比强度、低密度等优点,被广泛应用于航空航天零件中。然而,钛合金也存在硬度低、耐磨性差、高温氧化抗力差等弱点,表面应力集中敏感导致的疲劳问题也较突出,需利用表面工程技术克服磨损、腐蚀和疲劳3大问题。介绍了近10年来钛合金耐磨涂层、抗氧化涂层与抗疲劳表面改性技术的研究进展,并对技术发展趋势进行了展望,为表面工程技术的科研和工程人员提供参考。

树脂基复合材料表面爆炸喷涂铝涂层性能研究

采用爆炸喷涂工艺在树脂基复合材料表面制备0.45mm厚的Al涂层,利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、力学试验机等对涂层显微组织、相组成和结合强度进行分析;依据GJB 2604-1996和GJB 6190-2008分别测试涂层表面导电性能和电磁屏蔽性能。结果表明:爆炸喷涂技术制备铝涂层结合强度达到8.63MPa,孔隙率约为1.26%,优于传统火焰喷涂和等离子喷涂;爆炸喷涂铝涂层表面电阻率达到0.181mΩ/,1~40GHz全频段电磁屏蔽效能达到60dB,是一种电磁屏蔽材料的理想选择。

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。

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。

浆料浸渍工艺制备高性能Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料

文摘为了利于大型构件的制备,采用浆料浸渍工艺,以Nextel 720连续氧化铝纤维增韧,通过一次烧结过程制备了Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料。测试了复合材料的物理及力学性能,并采用光学显微镜、SEM对试样的微观形貌进行了表征。结果表明:复合材料的体积密度为2.64 g/cm^(3),显气孔率为26%,材料基体呈现典型的多孔结构特征;室温及1 200℃,复合材料厚度方向的热导率分别为3.49及2.04 W/(m·K);200~1 200℃,复合材料面内方向的热膨胀系数为(4.7~7.1)×10^(-6)/K;复合材料室温、1 100及1 200℃拉伸强度分别为202.4、222.4及228.4 MPa,试样断面纤维拔出明显;室温弯曲强度为200.5 MPa,试样发生韧性断裂;层剪强度为21.0 MPa。制备的材料主要性能与美国ATK-COI陶瓷公司的同类型材料相当,部分力学性能更优异。

“表面防护及润滑涂层技术”专题序言

表面防护及润滑涂层技术是材料表面功能化防护最经济、有效的手段之一。在材料基体表面涂覆涂层，提高材料抵抗环境作用能力或赋予材料表面某些特殊功能，在不改变材料基本组成的前提下，投入较少费用和成本，大幅提高材料表面性能，满足不同服役条件下的使用要求。

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。

激光冲击/机械喷丸复合强化对TC4钛合金外物损伤疲劳性能的影响

针对航空发动机叶片前缘外物损伤(foregin object damage,FOD)后疲劳性能严重下降的问题,采用激光冲击/机械喷丸复合强化对TC4钛合金薄壁试样进行表面处理。采用X射线衍射测量复合强化前后试样表面残余应力梯度分布;通过硬度计预制不同形状的凹坑在试样表面引入FOD,利用电磁振动台测试处理前后TC4钛合金薄壁试样的高周一阶振动疲劳寿命;通过扫描电镜分析疲劳断口形貌;采用有限元动力学数值仿真模拟FOD前后试样表面残余应力分布演化规律,揭示了复合强化层对FOD缺口疲劳性能的影响机制。结果表明:相比未强化的FOD和无FOD试样,复合强化FOD试样的平均疲劳寿命分别提高了370%和60%;复合强化后试样表层形成的深层残余压应力场(厚度500μm)是提高FOD试样疲劳寿命的重要原因。

喷丸表面完整性对K4169合金高温疲劳性能的影响

采用表面粗糙度仪、X射线残余应力测试仪和显微硬度计分别对试样表面粗糙度、表面残余应力分布和硬度梯度等表面完整性参数进行表征,研究不同表面完整性状态对K4169合金缺口旋弯试样高温疲劳寿命的影响规律。结果表明:相比未喷丸试样,喷丸试样在632℃、450 MPa条件下的中值疲劳寿命提高了10.2~43.9倍;喷丸后疲劳源数量降至单个,疲劳源萌生位置由表面转移至次表层。喷丸试样表面形成了高幅值的表面残余压应力(–941~–1023 MPa),并产生了一定深度的硬化层(0.10~0.32 mm),较大的喷丸强度获得了较大的硬化层深度;喷丸消除了试样表面加工刀痕,并显著降低了表面应力集中系数;喷丸改善了试样表面完整性,是疲劳寿命提升的主要原因。