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。     

高强铝合金海洋大气环境剥层腐蚀研究

通过7B04铝合金海洋大气环境户外和棚下暴露试验,研究了7B04铝合金的宏观/微观腐蚀特征及其对力学性能的影响。结果表明,7B04铝合金在海洋大气环境中的腐蚀表现为点蚀—晶间腐蚀—剥层腐蚀的规律,棚下暴露比户外暴露严重,反面暴露比正面暴露严重。同时,从显微组织、晶间电偶腐蚀、腐蚀产物＂楔入作用＂等方面剖析了7B04铝合金剥层腐蚀的机理。     

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.     

飞机某模拟涂装试样加速腐蚀与自然暴露的对比研究

目的研究飞机某结构模拟试样加速腐蚀试验与自然暴露试验的相关性。方法选取飞机某结构模拟试样分别进行实验室加速腐蚀试验和海南西沙外场自然暴露试验,以宏/微观形貌、失光率、色差等级、腐蚀产物成分等作为评价指标,对试样表面涂层的腐蚀损伤情况进行长期观测和对比研究,对加速腐蚀2个周期和户外暴露2年的疲劳试样疲劳寿命和疲劳断口形貌进行对比分析。结果加速腐蚀试验2个周期和自然暴露试验2年试样的试验过程色差变化规律一致,色差变化等级均为2级,光泽度变化规律一致,加速腐蚀试验后为3级,户外自然暴露户外为4级、棚下为3级,在螺钉边缘均出现面漆剥落现象。7B04铝合金试样疲劳寿命断口的韧窝和孔洞的数量都没有发生明显的变化,在显著度为0.05时,两组疲劳寿命的t检验量为1.6971,疲劳寿命无显著差异。结论加速腐蚀试样表面涂层的腐蚀程度介于户外和棚下暴露试样之间,这一结果与加速环境谱的编制原则相一致,也进一步表明加速试验环境谱正确性。疲劳寿命无显著差异,表明加速腐蚀试验可以较好地模拟飞机实际工作环境对试样疲劳性能造成的影响。     

7A52铝合金海洋大气环境试验与室内加速试验的相关性研究

通过海南万宁试验站7年环境试验,积累了7A52铝合金环境1—7年海洋大气暴露试验数据,总结了7A52铝合金海洋大气环境试验腐蚀规律,拟合了7A52铝合金的海洋大气腐蚀失重曲线,开展了室内加速试验研究和相关性分析工作。研究发现用y=A2+(A1-A2)/(1+exp((x-x0)/dx))对7A52铝合金的海洋大气环境腐蚀失重曲线进行拟合可以表现出万宁海洋大气标准场的失重速率的变化趋势;7A52铝合金室内加速方法与7A52铝合金在万宁标准场海洋大气环境试验具有较好相关关系;7A52铝合金万宁标准场环境试验和室内加速试验腐蚀失重可建立相关关系式,模型误差小于12%。     

7B04铝合金海洋性大气腐蚀研究

通过在青岛和海南开展的7B04铝合金户外大气暴露试验,利用失重分析、形貌观察、断面分析和电化学交流阻抗谱等研究了7B04铝合金在海洋性大气环境中的腐蚀动力学规律和腐蚀特征。结果表明,在青岛和海南等海洋性大气环境中,7B04铝合金腐蚀初期以点蚀形式萌生,随后向均匀腐蚀发展;腐蚀过程均经历了腐蚀速率由高到低的过程,且腐蚀失重与时间的关系均可用幂函数显著回归;电化学阻抗谱分析表明当腐蚀产物足够厚时,7B04铝合金海洋性大气腐蚀的电化学过程由侵蚀性离子的扩散步骤来控制。     

海洋环境下ZL115-T5铸铝合金/C41500海军黄铜腐蚀行为研究

目的研究海军某型装备壳体结构材料在海洋环境下的腐蚀行为及规律。方法根据折算出的实验室加速腐蚀试验环境谱,开展了ZL115-T5铸铝合金试验件、ZL115-T5铸铝合金/C41500海军黄铜接触试验件、模拟实际涂抹黄油试验件以及模拟维护涂抹缓蚀剂试验件的实验室加速腐蚀试验。结果得到了该型铝合金在不同服役年限及服役状态下的腐蚀形貌、质量、平均腐蚀深度以及腐蚀损伤度变化规律。结论该型合金在不同服役状态下的腐蚀行为呈现差异化,ZL115-T5铸铝合金与C41500海军黄铜偶合接触会加速铸铝合金的腐蚀,黄油能够在一定程度上抑制电偶腐蚀,但效果并不明显。缓蚀剂能够延缓海洋环境下ZL115-T5铸铝合金腐蚀,其中THFS-10软膜缓蚀剂以及THFS-15长效硬膜缓蚀剂效果较好。     

不同表面状态2024-T3铝合金腐蚀行为及DFR退化规律

目的研究阳极氧化膜破损的航空铝合金试件在实验室加速腐蚀条件下的腐蚀行为和疲劳性能退化规律,并和阳极氧化膜完好的试件进行对比。方法以不同表面状态的2024-T3铝合金试件为研究对象,进行不同时长的实验室加速腐蚀试验和与加速腐蚀后的DFR试验。通过观察腐蚀形貌,测量腐蚀坑深度和孔蚀率来观测腐蚀行为,通过计算腐蚀后的DFR来研究DFR退化规律。结果阳极氧化膜完好、破损的2024-T3铝合金试件分别在加速腐蚀180、36 h后出现点蚀坑,平均点蚀坑深度与加速腐蚀时间符合幂函数关系。试件在实验室加速腐蚀条件下,DFR的退化规律符合指数函数关系。结论与阳极氧化膜完好试件相比,阳极氧化膜破损会导致2024-T3铝合金试件的耐腐蚀性降低,加速试件疲劳性能退化的速率。     

不同材料在海洋大气环境下的加速环境谱研究

自然环境加速试验是飞机结构日历寿命评定的重要方法,加速环境谱的编制则是开展加速试验的前提。以某海域海洋大气环境谱为基础,选取了金属裸材、复合材料裸材、带涂层结构三种飞机常用材料为研究对象,针对不同材料腐蚀机理的差别,给出了不同材料加速环境试验模块参数的确定方法及加速环境谱与服役环境的当量关系,编制了分别适合金属裸材、复合材料、带涂层结构的典型海洋大气环境加速环境谱。     

某型复合材料加速腐蚀与大气腐蚀当量关系分析

目的为开展某型飞机复合材料预腐蚀后疲劳寿命研究,获取其于加速腐蚀试验环境谱腐蚀和大气环境腐蚀的当量关系。方法编制模拟机场环境的加速腐蚀环境谱,据此分别开展材料试件加速腐蚀试验和大气腐蚀试验,试验过程中观测试件腐蚀形貌,开展两种环境预腐蚀后试件的层间剪切强度性能测试,依据等腐蚀损伤等层间剪切强度性能原则,计算该型复合材料实验室加速腐蚀与大气环境腐蚀的当量关系。结果加速腐蚀试验环境与大气环境对该型复合材料腐蚀存在当量关系,当量折算系数为2.22。结论飞机复合材料于不同环境中的腐蚀当量关系研究应结合研究问题需要,根据不同环境和不同力学性能指标开展研究,不同环境、不同力学性能指标会有不同的当量关系。     

多因素综合海洋气候自然加速试验技术相关性和加速性验证

目的对新研发的多因素综合海洋气候环境自然加速试验技术相对热带海洋气候环境户外暴露试验的相关性和加速性进行验证。方法分别采用多因素综合海洋气候环境自然加速试验装置和对应的试验方法企业标准,以及传统的户外暴露试验方法,以不同表面处理工艺的汽车紧固件、标准金属、有机涂层和塑料为样品进行验证试验,采用Spearman秩相关系数法和加速因子(AF)法对相关性和加速性进行进一步验证。结果紧固件、标准金属和有机涂层在多因素综合海洋气候环境自然加速试验和海洋气候环境户外暴露试验过程中,都表现出相同的腐蚀失效模式。多因素综合海洋气候环境自然加速试验相对远海场(离海岸线350 m)户外暴露试验紧固件秩相关系数为1,镀锌镍合金紧固件、无铬锌铝涂层紧固件、拉弗莱紧固件和石墨烯紧固件的加速倍率分别为7.7,11.3,10.3,13.5倍;标准金属秩相关系数为0.8,Q235、工业纯铝、工业纯锌和工业纯铜的加速倍率分别为11.8,11.5,9.3,3.7倍。多因素综合海洋气候环境自然加速试验相对海洋平台户外暴露试验标准金属秩相关系数为1,Q235、工业纯铝、工业纯锌和工业纯铜的加速倍率分别为3.4,2.1,4.5,2.2倍。结论多因素综合海洋气候环境自然加速试验相对海洋气候环境户外暴露试验具有良好的相关性,而且对海洋平台的相关性更好。对于紧固件表面处理工艺、标准金属和有机涂层而言,多因素综合海洋气候环境自然加速试验相对海洋气候环境户外暴露试验具有高的加速倍率。     

2024-T3铝合金单搭接化铣板疲劳特性及失效机理

目的 研究2024-T3铝合金单搭接化铣板的疲劳性能及失效形式。方法 采用步进法对化铣板搭接件进行疲劳试验,运用奈尔检验法对疲劳强度进行数据处理,运用扫描电子显微镜和能谱分析对典型疲劳断口进行观察和成分分析,对比基板厚度和铆钉孔径对化铣板搭接件疲劳强度的影响,分析并探讨2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式及机理。结果 基板厚度对2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳强度影响较大,而铆钉孔径影响较小。随着基板厚度的增加,化铣板搭接件的疲劳强度呈现出降低的趋势,对2种铆钉孔径(3、4 mm),厚度为1.8 mm化铣板搭接件的疲劳强度较厚度为0.6 mm的试样分别降低了13.2%和13.0%。基板厚度增加使铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式从上基板铆钉头部失效变为下基板纽扣处失效,并最终表现为铆钉断裂失效。结论 随着基板厚度增加,搭接件微动磨损加剧,加速了疲劳裂纹萌生,这是造成2024-T3铝合金化铣板搭接件疲劳强度显著降低的主要原因。     

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。     

固体颗粒沉积对7B04 铝合金初期大气腐蚀行为的影响

目的研究Na Cl,C,Si O2三种固体颗粒对7B04铝合金初期大气腐蚀行为的影响。方法通过对三种固体颗粒沉积试样进行户内暴露试验,结合质量增量测试、腐蚀形貌观察、微区电化学测试等手段研究7B04铝合金在不同固体颗粒沉积下的初期腐蚀行为。结果经过不同周期暴露试验后,Na Cl与Si O2颗粒沉积7B04铝合金在腐蚀初期即有点蚀萌生,且腐蚀质量增量随暴露时间呈上升趋势;C颗粒沉积7B04铝合金在暴露后期出现少量点蚀,无明显腐蚀质量增量。三种颗粒沉积后7B04铝合金表面电位呈不均匀分布,并随暴露时间的增加,电位分布发生了变化。结论在25℃,RH为95%条件下,Na Cl与Si O2颗粒沉积均可诱发7B04铝合金的大气腐蚀,而C颗粒沉积则无诱发作用。     

海洋大气环境对铝合金电连接器壳体腐蚀及电气性能影响

目的研究海洋大气环境对2A12和6061铝合金电连接器性能的影响。方法开展2A12和6061铝合金电连接器在海南万宁试验站4 a棚下暴露试验,通过宏微观形貌观察和电气性能测试对比分析两种铝合金电连接器壳体的腐蚀差异和电气性能变化。结果两种铝合金电连接器壳体均出现镀层鼓泡、剥落和基体腐蚀,6061铝合金电连接器壳体腐蚀程度高于2A12铝合金电连接器。2A12铝合金基体发生点蚀和晶间腐蚀,6061铝合金基体发生剥蚀,基体腐蚀产物堆积,导致镀镍层开裂剥落,进而失去防护作用。相对于导通性能、耐压强度,电连接器的绝缘电阻对海洋大气环境更为敏感。结论铝合金化学镀镍壳体电连接器在热带海洋大气环境下不适宜长期使用。     

2024铝合金连接结构两种防护涂层耐蚀性研究

目的研究铝合金两种防护涂层在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳性能。方法针对在两种涂层防护作用下的2024铝合金连接结构,开展实验室加速试验,采用"腐蚀环境-疲劳加载"交替循环的试验模式,得到铝合金两种防护涂层在5%NaCl盐雾环境下的腐蚀疲劳寿命值,对比分析涂层体系对铝合金连接结构的腐蚀疲劳寿命影响。结果 5%NaCl盐雾环境对于铝合金连接结构疲劳寿命有较大影响,相较于传统涂层,纳米涂层在5%NaCl盐雾环境下的防护效果更好。结论纳米涂层表面破坏后快速生成的致密氧化膜能有效提高涂层的耐蚀性能。