电容式湿度传感器温-湿-盐雾耦合环境损伤效应与机理研究

目的 研究电容式湿度传感器在温-湿-盐雾耦合环境作用下的性能退化规律和失效机理。方法 将电容式湿度传感器放置在三因素循环(85 ℃+85%RH→40 ℃+0.05%NaCl中性盐雾→35 ℃+50%RH干燥)环境下进行加速老化试验,定期取样,分析响应时间和测量精度退化规律,研究温-湿-盐雾对电容式湿度传感器的环境损伤机制。结果 在三因素环境下老化7 d,湿度传感器在标准湿度(>50%RH)环境下感应异常;老化14 d,湿度传感器在每种标准湿度环境下感应异常。测试发现,湿敏电容的电容量偏大,绝缘电阻偏小,损耗角正切偏大,确定湿敏电容失效。湿度传感器在温-湿-盐雾环境下,在盐雾阶段,盐粒子沉积在湿敏材料表面,在干燥阶段水分挥发,最终在湿敏材料表面形成不规整颗粒物,造成湿敏电容绝缘性能降低。在通电测试时,不规整颗粒物在电场作用下易发生尖端发电,使得感湿材料绝缘性能下降,同时伴随有腐蚀和击穿烧蚀,使湿敏电容发生失效。结论 湿度传感器在温-湿-盐雾环境下,盐粒子易附着在感湿材料上,在通电环境下发生击穿烧蚀,造成湿度传感器功能失效。     

盐雾加速腐蚀试验相对于石家庄大气环境试验的加速倍率研究

以45钢、A3钢、炮钢、20钢为金属试样,研究它们在中性盐雾加速试验及石家庄大气环境暴露试验中腐蚀失重与时间的变化规律。试验结果表明,两种试验方法具有较好的相关性和重现性,盐雾加速腐蚀试验相对于石家庄2002-2003全年大气环境试验的加速倍率约为30。     

盐雾加速腐蚀试验相对于石家庄大气环境试验的加速倍率研究

以45钢、A3钢、炮钢、20钢为金属试样，研究它们在中性盐雾加速试验及石家庄大气环境暴露试验中腐蚀失重与时间的变化规律。试验结果表明，两种试验方法具有较好的相关性和重现性，盐雾加速腐蚀试验相对于石家庄2002—2003全年大气环境试验的加速倍率约为30。     

金属材料实验室加速腐蚀环境谱等效加速关系的确定方法

目的 解决现有实验室加速环境谱等效加速关系确定方法的不足。方法 提出一种针对航空金属材料实验室加速腐蚀环境谱与实际大气间等效关系的“双桥连接式”快速确定方法。结果 该方法以金属材料在腐蚀环境下的质量损失情况作为腐蚀当量，通过基于“环境因素加权浓缩”的方法编制实验室加速环境谱、基于“电量(电流)等效桥”获得实际大气环境长年累积腐蚀电量、基于“质量损失等效桥”确定等效加速关系3个步骤，计算获得了实际大气长年监测数据对应的材料累积腐蚀电荷量和腐蚀质量损失大小。通过将金属材料在实际大气下和实验室加速环境下的腐蚀质量损失速率相比，获得了金属材料的等效加速关系。结论 该方法能够有效克服现有研究中由于缺少实地长时间大气暴晒件，以及当量参数选取不当引入误差，导致无法获取实验室加速腐蚀环境谱和实际大气环境间等效加速关系(或当量加速关系)的不足，为金属材料实验室加速腐蚀试验提供了方法支撑。     

喷丸强化对超高强度钢耐腐蚀性能的影响

目的提高舰载机结构疲劳关键部位的主体材料超高强度钢的耐蚀性能。方法基于实测的环境数据编制加速腐蚀试验环境谱,针对喷丸和未喷丸超高强度钢试验件在实验室条件下开展加速腐蚀试验,从宏观/微观形貌、质量损失、腐蚀速率和表面粗糙度等方面表征腐蚀行为,分析讨论喷丸强化对超高强度钢耐腐蚀性能的影响。结果超高强度钢腐蚀初期为局部点蚀,然后转变为全面均匀腐蚀。喷丸强化延缓了腐蚀形态转变的时机,喷丸试验件腐蚀速率约为未喷丸试验件的75%,加速腐蚀当量为3 a,未喷丸和喷丸试验件表面平均粗糙度分别为5.67mm和4.16mm,前者为后者的1.36倍。结论通过质量损失率、腐蚀速率和表面粗糙度的对比分析知,喷丸强化明显提高了超高强度钢的耐腐蚀性能。     

基于DFR的2024-T3铝合金当量加速关系试验研究

目的 提出以反映结构材料疲劳性能的DFR为表征参量,研究建立2024-T3铝合金结构在大气自然环境预腐蚀与实验室加速试验预腐蚀后的DFR关系,为腐蚀环境下飞机铝合金结构的疲劳寿命设计提供方法。方法 以2024-T3铝合金试验件为研究对象,分别开展典型海洋大气环境自然暴露腐蚀后的DFR试验以及实验室加速腐蚀试验后的DFR试验,以DFR相等为条件,建立上述2种不同预腐蚀条件之间的DFR当量加速关系。结果 2024-T3铝合金在自然暴露预腐蚀环境与实验室加速预腐蚀后的DFR值随腐蚀时间的增加均有不同程度的下降,万宁和青岛的DFR当量加速值分别为0.642 1、0.701 2 a/d。结论 基于DFR的当量加速关系综合反映了预腐蚀对结构材料疲劳性能退化的影响,而DFR是飞机结构疲劳设计的基本参量,文中建立的当量加速关系可用于指导腐蚀环境下铝合金的疲劳寿命设计分析。     

腐蚀时间和温度对LY12CZ铝合金疲劳强度的影响

在实验室环境下对LY12CZ铝合金试验件进行溶液浸泡预腐蚀试验,产生腐蚀坑,使用KH-7700显微镜获得了不同腐蚀时间和腐蚀温度条件下的损伤数据,然后进行疲劳加载试验,建立了不同腐蚀时间和腐蚀温度与疲劳寿命之间的关系。试验结果表明,腐蚀时间和温度对铝合金的预腐蚀损伤及相应的疲劳寿命有着显著影响。     

某新型航空材料加速腐蚀当量关系试验研究

目的编制某新型航空材料加速腐蚀试验环境谱。方法开展该材料试件电化学腐蚀试验,利用极化曲线分析法得出该材料于典型Na Cl溶液浓度、温度下的开路电位和腐蚀电流,并结合当量折算法,利用腐蚀电流比值,得到其于典型Na Cl溶液条件下的当量关系。结果新型合金钢材料的腐蚀电流在35℃条件下随着Na Cl浓度的升高而升高,在3.5%Na Cl浓度的条件下随着温度的升高而升高。结论以不同环境条件为基准,当量关系具体数值有变化。     

×飞机半封闭部位局部环境谱当量加速关系研究

目的确定局部环境谱当量加速关系。方法以×型飞机某半封闭关键部位为研究对象,依据其在机体中所处的位置及服役环境中各气候条件编制局部加速腐蚀试验环境谱,分别进行试验室周期浸润加速腐蚀和自然环境暴晒。借助涂层宏观、微观形貌检测、色差、光泽度等常规性能检测和电化学极化曲线测试,对两种不同环境下试验件进行性能测试。结果试验室周期浸润加速腐蚀196.6 h,相当于舰面停放1年,且经过实验室2个周期加速腐蚀与自然环境暴晒2年的试验件涂层形貌、失光率、色差、电化学性能一致。结论该局部环境谱当量加速关系准确可靠。     

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。     

碳钢在三种大气环境中的应力腐蚀

目的研究45#碳钢和Q235碳钢在不同大气环境中的应力腐蚀失效。方法将45#碳钢和Q235碳钢制备成U型样和拉伸试样,分别在万宁、江津和西双版纳三种大气环境下进行为期3年的暴露试验,利用截面锈层深度分析和拉伸断裂分析两种手段,分析两种碳钢在不同大气环境下的应力腐蚀行为。结果拉应力影响下的U型样在三种大气环境中出现了不同深度的腐蚀坑。拉伸试样在万宁大气环境下短时间内抗拉强度急剧下降并失效,在西双版纳和江津大气环境下抗拉强度缓慢下降。结论在拉应力影响下U型样的腐蚀进程随大气污染物的不同,腐蚀程度不同,拉伸试样的抗拉强度随腐蚀进程的发展而呈周期性衰减。     

渤海油田中深层低含H2S气井油套管选材研究

目的解决渤海油田中深层低含H2S井下环境的油套管安全选材问题。方法利用高压釜模拟气井的腐蚀环境,对不同材质的备选油套管钢在不同井深模拟工况条件下的腐蚀速率和应力腐蚀开裂行为进行研究,采用电子扫描显微镜(SEM)及其能谱仪(EDS)和X射线衍射分析仪(XRD),分析或检测腐蚀形貌、腐蚀产物的组成,综合考虑均匀腐蚀和开裂,提出该气田的油套管选材方案。结果碳钢在气田工况下均未发生应力腐蚀开裂,但腐蚀速率高,为0.242~0.6003 mm/a。S13Cr在气田工况下均未发生应力腐蚀开裂,中层开发井工况下的最大腐蚀速率为0.0399 mm/a,深层开发井工况为0.1633 mm/a。超级双相不锈钢2507、镍基合金2535在该气田工况下应力腐蚀开裂敏感性低,腐蚀速率分别为0.0122 mm/a及0.0083 mm/a。结论超级13Cr马氏体不锈钢(S13Cr)材质适用于地层温度低于180℃的中层开发井全井段使用,2507超级双相不锈钢及2535镍基合金材质适于温度高于180℃的深层开发井,为节约深层开发井的投资,可以考虑采取组合管柱防腐方案。     

南海高温高压含CO2气井管柱腐蚀适用性评价

目的明确南海高温高压含CO2气井管柱材料腐蚀适用性,指导现场管柱材料选择。方法采用高温高压釜腐蚀实验仪器对井筒高温高压环境条件下不同材料腐蚀速率进行实验分析,并采用扫描电镜及能谱分析仪对腐蚀实验后试样腐蚀形貌进行分析,评价不同井筒环境下管柱材料腐蚀适用性。结果150℃条件下,材料腐蚀速率随分压的增加而增大,同时随着材料Cr含量的增加,材料腐蚀速率降低,其中P110钢材料腐蚀速率到达0.3511mm/a,属于严重腐蚀;180℃条件下,三种材料试样表面均存在不同程度的局部腐蚀,其中13CrS-110试样表面出现点蚀的程度较其他两种材料更严重,其点蚀坑存在向内发展的趋势。结论南海高温高压含CO2环境下,Cr含量的增加提高了材料抗腐蚀性能,且随着CO2分压的提高,溶液中CO2溶解度不断增大,增加了材料腐蚀。在180℃高温条件下,13CrS-110钢、15Cr-110钢、15Cr-125钢均存在不同程度点蚀,但13CrS-110钢存在开裂风险,在现场应用前应进行开裂风险评估。针对高温高压含CO2气井管柱选材,可根据井筒温度、压力、CO2分压分布情况进行分段设计,在保障井筒完整性的基础上,降低开发成本。     

奥氏体不锈钢紧固件电偶腐蚀原因分析与防护

介绍了奥氏体不锈钢紧固件受湿热环境腐蚀的典型案例,在对304不锈钢与LY12铝合金接触界面上的电偶腐蚀进行失效分析的基础上,进一步讨论了奥氏体不锈钢活化-钝化腐蚀的损伤机理,并提出几种针对性的防护措施。试验表明,存在EMF差的金属连接件经过表面处理后,具有理想的抗腐蚀性能。     

机场环境下飞机LY12CZ结构腐蚀损伤预测方法研究

依据LY1 2CZ材料的EXCO溶液浸泡加速腐蚀试验数据、飞机LY 12CZ构件在机场环境下的真实腐蚀损伤数据以及腐蚀损伤等效原则和当量关系原理,获得了该材料在2种环境下腐蚀的当量因子均值(α) =0.023 6,构建了LY12CZ材料于EXCO溶液中浸泡腐蚀的神经网络腐蚀深度预测模型.在此基础上提出了利用所建的神经网...     

典型航空装备用金属材料在不同酸性盐雾环境下的腐蚀效应及机理

目的对比分析硫酸盐雾试验和盐雾/SO2复合试验的环境效应及机理差异。方法针对硫酸盐雾试验和ASTM G85附录A4-X4中的盐雾/SO2复合试验两种酸性盐雾试验方法,选取3种金属试片(4130高强度合金钢镀铬、40CrNiSi合金钢镀镍、2A12铝合金导电氧化)和2种合金钢自锁螺母(30CrMnSiA镀镉钝化螺母、30CrMnSiA镀锌钝化螺母)作为试验对象,对其开展两种酸性盐雾试验条件下的腐蚀试验,采用扫描电子显微镜、能谱分析研究各试验件表面生成的腐蚀产物形貌及组分特征,对比分析两种试验条件下的环境效应及机理差异,并结合耦合多电极矩阵(CMAS)测试技术,对比分析两种酸性盐雾试验条件下的环境腐蚀性特点及严酷性差异,初步探讨了两种试验条件与外场舰载平台环境的相关性关系。结果盐雾/SO2复合试验条件下CMAS电极的腐蚀深度达到同周期硫酸盐雾试验下的10倍左右。盐雾/SO2复合试验下,试样表面腐蚀产物中均检测出S元素的存在。相比于硫酸盐雾试验,盐雾/SO2复合试验与外场舰载平台环境具有更好的一致性。结论美军现行的盐雾/SO2复合试验方法与外场舰载平台环境具有更好的相符性。     

典型工业沿海区域的大气环境腐蚀性评价

目的 利用现役金属材料对工业沿海区域所处不同大气环境进行环境腐蚀性评价,并研究不同金属材料的腐蚀行为差异性,探讨工业沿海大气环境下金属材料的耐蚀性选择。方法 在不同大气环境下,选择现役金属材料Q235、16MnNi和L415开展1 a的户外曝晒试验,并利用质量损失分析、扫描电镜等手段,通过对金属基材进行腐蚀机理研究,评价大气环境的腐蚀性。结果 Q235、16MnNi和L415等3种钢在不同区域沿海工业大气环境下的腐蚀行为受大气腐蚀环境的影响较大,腐蚀产物中含有一定量的Cl和S。同种金属材料表面锈层的特殊结构,使得其基体与大气环境中的腐蚀因子相接触,引发了金属材料在不同大气腐蚀环境中不同腐蚀行为的差异性。结论 工业沿海区域的大气环境中,大气腐蚀性差异由酸循环腐蚀机制形成。3种钢材在腐蚀初期,由于锈层多孔隙结构和可溶性腐蚀产物形成,加重了腐蚀程度。黄岛区域、曹妃甸区域、岚山区域和湛江区域的大气腐蚀等级分别为C2、C3、C2、C3级。     

典型不锈钢在淡化海水中的耐腐蚀性能研究

目的研究316L和2205在淡化海水中的耐腐蚀性能,并研究水处理药剂对不锈钢耐蚀性的影响。方法采用电化学试验、慢应变速率拉伸试验、扫描电镜等方法。结果在淡化海水中,316L临界点蚀温度为42.7℃,加入药剂后为70.2℃;2205的临界点蚀温度大于85℃。2205耐缝隙腐蚀性能明显好于316L,药剂对2205也具有一定的缓蚀作用。316L和2205在50℃淡化海水中具有高应力腐蚀抗力。结论 316L不适合直接在淡化海水中应用,但适合在加入药剂的淡化海水中使用;2205适合在淡化海水中应用。     

45#钢和Q235在不同水环境中的腐蚀行为研究

目的研究碳钢在不同水环境条件下的腐蚀行为。方法通过开展45#钢及Q235两种典型的碳钢材料在淡海水交替、海水及淡水自然环境下2年的暴露试验,将三种环境下材料的腐蚀形貌、腐蚀速率进行对比,总结3种材料在不同水环境下的腐蚀规律,对其腐蚀机理进行了简要的探讨,并对其长周期的腐蚀行为进行预测。结果对45#钢来说,淡海水环境对其的影响是海水环境下的92%,淡水环境的影响是海水环境下的46%;对Q235来说,淡海水环境对其的影响是海水环境下的88%,淡水环境的影响是海水环境的53%。结论碳钢在海水环境下耐蚀性最差,在淡海水交替自然环境下次之,在淡水环境下的耐蚀性能最好。     

浮码头钢趸船防腐涂装体系研究

目的为浮码头钢趸船优选防腐涂装体系,以延长其使用寿命。方法根据钢趸船腐蚀环境特点,对选用的防腐涂料进行对比试验,针对不同的腐蚀环境,优选不同的防腐蚀方案。结果制定了4套与不同腐蚀环境相对应的防腐涂装体系。结论该防腐蚀涂装体系已在上海、青岛、湛江等海域的钢趸船上使用,效果良好。