材料腐蚀与防护(2)

2019-03-03 13:05

准。这些试验标准在研究新研材料和引进飞机材料的应力腐蚀性能方面发挥了重要作用。另外也有人设计了一些非标准的应力腐蚀试验来模拟试件的服役条件,试验的结果与实际情况符合的较好。由于实际的应力腐蚀往往发生在大气环境中,所以设计了一种便携式拉伸应力腐蚀试验器,用于开展户外大气应力腐蚀的研究。

飞机结构往往由多种材料构成,在一定条件下不同材料的相互接触会导致接触腐蚀和电偶腐蚀。研究者对钢与铝合金和钛合金接触时的电偶腐蚀和防护方法进行研究,得到了很多对实际工程有指导价值的结论。 随着复合材料在航空产品上得到应用,复合材料和金属材料接触时所引起的相容性问题开始得到人们的重视,并提出了一些防护措施。现役飞机铝合金构件的主要腐蚀形式是点腐蚀,点蚀形成的蚀坑通常是腐蚀疲劳的裂纹的裂纹源,航空材料的腐蚀疲劳损伤往往是在腐蚀点上的裂纹生成和扩展导致的。点蚀形成现在比较公认的是蚀点内部发生的自催化过程。铝合金材料点蚀形成是一种自发催化闭塞电池作用的结果,蚀点不断向金属深处腐蚀,并使在钝化过程受到抑制,由于闭塞电池的腐蚀电流使周围得到了阴极保护,因而抑制了蚀点周围的全面腐蚀,但是加速了点蚀的迅速发展。随着腐蚀时间的延长,点蚀的深度和表面半径都在不断的增大,相邻的蚀点会相互交错形成更大更深的蚀点。

4.表面强化和防护

4.1 航空发动机高温防护涂层

航空发动机所用的高温防护涂层一般可分成扩散涂层和包覆涂

层。目前我国已经发展出多种发动机部件所使用的镍镉扩散涂层、渗Al,Al+Si料浆涂层、Pt-Al涂层、包覆型M、Cr、Al、X涂层、热障涂层、抗氧化防脆化涂层、封严涂层等,部分涂层进入批量生产阶段。MC r A IY 涂层是一种包覆性涂层,它克服了传统铝化物涂层与基体之间互相制约的弱点,进一步提高了发动机材料的抗氧化的能力。随着航空燃气轮机向高流量比、高推重比、高进口温度的方向发展,燃烧室中的燃气温度和压力不断提高,我国开展了热障涂层(thermal barrier coatings,简称TBC s)的研究。热障涂层是由陶瓷隔热面层和金属粘结底层组成的涂层系统。ZrO2 是目前陶瓷隔热面层中研究最多的成分。热循环试验证明柱状晶组织较普通的纤维状组织具有更

高的抗热疲劳性能另外我国还开展了纳米陶瓷热障涂层的研究。 4.2表面强化

表面强化工艺技术涉及到各种金属材料(钢、铝合金、钛合金、高温合金、 金属基复合材料等),对于不同的晶体结构(面心立方、体心立方、密排六方)有多种不同的强化方法和工艺参教;同时根据航空高强度构件外形的几何形状不同,选择不同工艺参教和前后顺序的搭配方式。但是,所有强化工艺处理后材料都会因为塑性变形引起表层组织结构、残余应力和硬度的梯度以及表面形貌等发生变化,起到降低外加拉应力和应力集中系数的作用,从而对耐磨性和疲劳性能 产生影响。电子束表面处理是利用高能量密度的电子束对材料表面进行加工,是不同于机械加工的一种新型加工方法悄。

12I,其中电子束物理气相沉积以及电子束表面处理等在工业上

的应用最为广泛。电子束加工方法起源于德国,经过几十年的 发展,目前全世界已有几千台设备在核工业、航空航天工业、精密加工业及重型 机械等工业部门应用,现已完全被工业部门所接受。电子束表面改性技术是20世纪70年代才发展起来的新技术。电子束表面改性处理包括金属材料的表面淬 火、 表面合金化、 表面清洗及熔覆、 薄极退火,以及半导体材料的退火和掺杂等。目前,电子束表面非晶态

处理及冲击淬火等先进处理工艺的研究也已经在世界各国广泛展开。 激光冲击强化(Laser Shock Pening,LSP)技术是一种利用激光冲击波对材料表面进行改性,提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的技术。目前激光冲击技术在工程中应用最广泛的领域是合金材料的表面强化,与滚压、喷丸、冷挤压等材料表面强化处理的方法相比,激光冲击强化处理具有非接触,无热影响区和强化效果显著等突出的优点。其原理是当短脉冲(十几纳秒)的高峰值功率密度(大于109W/cm2)的激光辐射金属靶材时,金属表面吸收层吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发,产生高温(大于10000K)、高压(大于1GPa)的等离子体,该等离子体受到约束层约束时产生高强度压力冲击波,作用于金属表面并向内部传播。材料表层就产生应变硬化,残留很大的压应力。激光束经过凸透镜聚焦后,功率密度可以达到1~50 GW/cm2,接着大部分激光能量将被涂层吸收,能量转化成冲击波的形式,透明物质水即所谓限制层,它将基体和基体表面的涂层包覆起来。

5.航空材料的腐蚀与防护的意义

我国的腐蚀和防护研究为我国航空工业的发展做出了应有的贡献,在腐蚀机理和测试、航空发动机高温防护涂层以及表面处理和防护技术等方面都取得了不小成绩。

参考文献

[ 1]《航空材料与腐蚀防护》--------------讲义中国民航大学理学院材料化学教研室------------苏景新

[ 2]《我国航空材料的腐蚀与防护现状与展望》----------蔡健平,陆峰,吴小梅.

[3]《航空材料腐蚀疲劳研究进展.腐蚀与防护》-------耿德平,宋庆功。[4] 《TA 15钛合金与铝合金接触腐蚀与防护研究》-------------张晓云,孙志华,汤智慧等 [5]《航空材料的腐蚀问题与防治对策》------------------------------崔坤林.

[6]《民机结构外露关键部位涂层加速腐蚀环境谱研究》--------杨洪源,刘文。

[7]《材料腐蚀与防护》-------------冶金工业出版社------------孙秋霞主编。


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