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腐蚀产物对2A12/TC4偶合体系盐雾腐蚀性能影响及仿真

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电镀与精饰 2024年第3期46卷 6-15页

作者：陈亚军陈卓王汉森隋泽寰周延峰中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300 上海飞机制造有限公司上海201324 中国民航大学工程技术训练中心天津300300

研究了2A12/TC4偶合体系腐蚀机制以及腐蚀产物对腐蚀进程的影响。采用中性盐雾试验、腐蚀形貌观测、产物分析以及电化学测试等方法研究腐蚀产物对2A12/TC4偶合体系腐蚀进程的影响。搭建薄液膜环境下材料电化学测试平台,测量了500μm NaC... 详细信息

研究了2A12/TC4偶合体系腐蚀机制以及腐蚀产物对腐蚀进程的影响。采用中性盐雾试验、腐蚀形貌观测、产物分析以及电化学测试等方法研究腐蚀产物对2A12/TC4偶合体系腐蚀进程的影响。搭建薄液膜环境下材料电化学测试平台,测量了500μm NaCl液膜下2A12铝合金、TC4钛合金的极化曲线,建立了腐蚀产物影响下的双金属电偶腐蚀模型,分析比对了偶合体系下电解质电位、电流密度、腐蚀深度以及腐蚀产物孔隙率等关键参数。由于腐蚀产物的阻碍作用,2A12铝合金腐蚀速率由1.99 mm/a降低至0.97 mm/a,腐蚀电流密度由2.01×10^(-5)A/cm^(2)降低至1.17×10^(-5)A/cm^(2),耐蚀性逐渐提高。生成的Al_(2)O_(3)、AlOOH及Al(OH)3等产物使结构逐渐致密,有效阻碍了腐蚀介质与基体的接触及带电粒子的扩散行为,因而腐蚀进程逐渐减缓。由构建的腐蚀产物影响下电偶腐蚀模型可知,在腐蚀过程中,腐蚀产物的孔隙率由0.8逐渐降低至0.2,极大地阻碍了离子的扩散和迁移过程,使得电化学腐蚀效应减弱。由试验及模拟的腐蚀深度值对比可知,试验值均落在模拟结果的10%误差范围内。

关键词：电偶腐蚀腐蚀仿真盐雾环境腐蚀行为

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先进舰载战斗机腐蚀防护控制与日历寿命设计

航空学报 2021年第8期42卷 364-376页

作者：陈跃良陈亮卞贵学杨翔宁管宇张勇何刚海军航空大学青岛校区青岛266041 大连理工大学大连116024 航空工业沈阳飞机设计研究所沈阳110035

舰载战斗机是航母编队战斗力的重要组成部分,但由于其复杂恶劣的服役环境,舰载机腐蚀防护控制与日历寿命设计问题已经成为限制海军航空兵战斗力保持与提升的关键难题。腐蚀防护与控制应贯穿舰载机全寿命周期,本文以此为总体思路,首先系... 详细信息

舰载战斗机是航母编队战斗力的重要组成部分,但由于其复杂恶劣的服役环境,舰载机腐蚀防护控制与日历寿命设计问题已经成为限制海军航空兵战斗力保持与提升的关键难题。腐蚀防护与控制应贯穿舰载机全寿命周期,本文以此为总体思路,首先系统梳理了舰载机在综合设计、材料与涂料选择、制造与使用过程中腐蚀防护与控制的诸多要点与细节。然后针对舰载机日历寿命设计问题,在详述环境谱、加速谱编制原则、编制方法及基本构成的基础上,基于案例阐明腐蚀仿真技术是舰载机日历寿命设计的可靠高效手段,可为相关问题的后续研究提供创新思路。最后指出腐蚀监测是舰载机腐蚀防护控制过程中亟待解决的难题。

关键词：舰载机腐蚀防护日历寿命环境谱腐蚀仿真

典型超强耐热镁合金部件服役环境寿命仿真分析

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材料保护 2023年第12期56卷 7-11,18页

作者：黄有旺孙晓玲杨文锦陈慧北京航天长征飞行器研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076 四川航天长征装备制造有限公司四川成都610100 上海格麟倍科技发展有限公司上海201100

为研究镁合金在航天飞行器上应用的可行性以及耐腐性能,首先通过电化学试验测得HTM1(航天1号镁合金)与TC4(钛合金)的极化数据,以及HTM1专用电泳漆的阻抗数据,然后采用模拟仿真技术,以极化数据、阻抗数据、老化数据和服役环境为边界条件... 详细信息

为研究镁合金在航天飞行器上应用的可行性以及耐腐性能,首先通过电化学试验测得HTM1(航天1号镁合金)与TC4(钛合金)的极化数据,以及HTM1专用电泳漆的阻抗数据,然后采用模拟仿真技术,以极化数据、阻抗数据、老化数据和服役环境为边界条件,仿真分析不同典型超强耐热镁合金结构件在不同服役环境下(服役环境1为0.2 mg/L NaCl盐雾浓度,服役环境2为2.0 mg/L NaCl盐雾浓度)分别服役5.0、10.0和17.5 a后的腐蚀状态。结果表明:在服役环境1和服役环境2的服役过程中,随着服役年限的延长,电泳漆保护性能下降,导致HTM1对TC4的保护效应逐渐增强,但受HTM1表面防护层的影响,保护效果有限,导致TC4也发生一定程度腐蚀;同时,2种结构件中钛⁃镁电偶对的接触面积不同,造成TC4的受保护程度也不相同,二者的接触面积越大,TC4受保护程度越高。

关键词：镁合金腐蚀仿真服役寿命 TC4合金

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不同液膜厚度下电偶腐蚀当量折算研究

材料导报 2018年第9期32卷 1571-1576页

作者：陈跃良黄海亮张勇卞贵学王晨光王安东海军航空工程学院青岛校区青岛266041

搭建薄液膜厚度测量与控制装置,采用微距参比电极后置法组建三电极体系,测量了在3.5%(质量分数,下同)NaCl不同液膜厚度下2024铝合金和TA15钛合金极化曲线和电偶电流,得到了不同厚度液膜下两种材料的电化学动力学参数;建立了基于薄壳电... 详细信息

搭建薄液膜厚度测量与控制装置,采用微距参比电极后置法组建三电极体系,测量了在3.5%(质量分数,下同)NaCl不同液膜厚度下2024铝合金和TA15钛合金极化曲线和电偶电流,得到了不同厚度液膜下两种材料的电化学动力学参数;建立了基于薄壳电流分布的Comsol腐蚀仿真模型,得出了不同液膜厚度下的电偶电流以及电偶腐蚀与无电偶腐蚀时的当量折算系数。结果表明,利用仿真模型得到的电偶电流值与试验值吻合较好,50μm液膜厚度下的电偶电流约是溶液状态的25倍,随着液膜厚度的增大,电偶电流的下降速度逐渐增大,当液膜厚度达到1 000μm时,电偶电流趋近于溶液状态;50μm和100μm液膜厚度下电偶腐蚀折算系数约为无电偶状态下的5倍,当液膜厚度超过100μm时,折算系数急剧下降,到1 000μm时无论有无电偶腐蚀其折算系数均基本趋于1。

关键词：液膜当量折算电偶腐蚀腐蚀仿真

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沿海地区空调外机翅片腐蚀特性及防腐研究

沿海地区空调外机翅片腐蚀特性及防腐研究

作者：朱天笑西南交通大学

学位级别：硕士

随着生活水平的日益提高,空调设备在各类人居环境中得到了广泛的应用。在高湿、高盐的沿海地区,空调外机翅片极易腐蚀。翅片腐蚀后,空调系统工作效率低,使用寿命短,给日常生活带来了诸多不便以及经济损失。因此,了解翅片在沿海大气环境... 详细信息

随着生活水平的日益提高,空调设备在各类人居环境中得到了广泛的应用。在高湿、高盐的沿海地区,空调外机翅片极易腐蚀。翅片腐蚀后,空调系统工作效率低,使用寿命短,给日常生活带来了诸多不便以及经济损失。因此,了解翅片在沿海大气环境下腐蚀行为和机理,探明诸多因素对翅片腐蚀的影响,抑制沿海地区外机翅片的快速腐蚀具有重大意义。本文以海南省环境参数为参照,对沿海地区空调外机翅片迅速腐蚀的原理进行了分析:高湿、高盐环境造成了翅片严重的电化学腐蚀;同时,沿海地区存在冲刷腐蚀现象,进一步加剧了翅片腐蚀。基于电化学腐蚀、冲刷腐蚀理论,本文进行了以下研究:通过盐雾试验,研究了翅片间距、表面平整度、放置角度对翅片电化学腐蚀强度的影响,探究了降低翅片表面湿度、盐度的防腐蚀效果。电化学腐蚀试验结果表明:翅片间距过小或表面不平整会加速电化学腐蚀,间距大于2.5mm后腐蚀变化不明显;试验环境下,与地面平行的翅片腐蚀失重比其他摆放角度的翅片减少30%左右;通过喷淋水雾与通含臭氧空气措施有利于抑制翅片腐蚀。通过建立电化学腐蚀仿真模型,进一步探究了腐蚀强度随相对湿度、盐度的变化规律,翅片与铜管间的电偶腐蚀现象以及添加绝缘层的防腐蚀效果。电化学腐蚀仿真模拟研究表明:电化学腐蚀强度大部分工况下随相对湿度、盐度的增大而增大,仅在相对湿度极大、盐度较大时随之减小,与试验结果契合;铜管-翅片电偶腐蚀主要发生在翅片上靠近铜管的位置,随着相对湿度、盐度的增大,腐蚀反应在翅片上分布的越来越均匀,铜管-翅片间绝缘层的防腐效果一般。通过建立外机翅片冲刷腐蚀模型,对翅片的冲刷腐蚀进行模拟,探究风速、含沙量、翅片间距、进风方向对冲刷腐蚀的影响。冲刷腐蚀仿真模拟研究结果表明:翅片冲蚀强度与空气流速及含沙量呈正相关;翅片方向与空气流动方向平行时,翅片表面的冲蚀点比较稀疏;改变翅片间距对冲蚀影响不显著;改变进风方向后,冲蚀点冲蚀强度及分布密度急剧增大。根据以上研究结果,提出投入使用空调外机翅片避免使用强腐蚀性清洗剂,加装防冲蚀挡板的防腐蚀建议;以及合理增大翅片间距、非运行阶段封闭外机、改变外机安装位置、改变翅片安装方式等沿海地区防腐蚀专用空调机设计建议。

关键词：空调翅片沿海地区腐蚀盐雾试验腐蚀仿真防腐设计

304不锈钢/FeMnSi记忆合金偶对在海水中的电偶腐蚀行为研究

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304不锈钢/FeMnSi记忆合金偶对在海水中的电偶腐蚀行为研究

作者：种建涛大连海事大学

学位级别：硕士

为研究海水环境中FeMnSi记忆合金管接头与304不锈钢海水管路由于电位差造成的电偶腐蚀问题,本文通过电化学测试、腐蚀失重法、腐蚀表面形貌和产物元素分析等检测手段以及数值仿真技术,针对FeMnSi记忆合金与304不锈钢,系统地分析和研究... 详细信息

为研究海水环境中FeMnSi记忆合金管接头与304不锈钢海水管路由于电位差造成的电偶腐蚀问题,本文通过电化学测试、腐蚀失重法、腐蚀表面形貌和产物元素分析等检测手段以及数值仿真技术,针对FeMnSi记忆合金与304不锈钢,系统地分析和研究了单一金属以及二者组成的电偶对的腐蚀行为、腐蚀机理以及影响因素。对单一金属材料的研究发现,FeMnSi记忆合金的开路电位是-0.28V,304不锈钢的开路电位是-0.08V,电位差是0.2V。两种金属在海水中均发生钝化,FeMnSi记忆合金的腐蚀类型为点蚀。腐蚀90d时,FeMnSi记忆合金的腐蚀速率为0.0157mm/a,304不锈钢的腐蚀速率为0.0102mm/a,304不锈钢在海水中的耐腐蚀性能优于FeMnSi记忆合金。随着腐蚀时间的延长,FeMnSi记忆合金的腐蚀速率先增大后减小,304不锈钢的腐蚀速率先减小后增大。温度升高,两种金属的电荷转移电阻减小,自腐蚀电流密度增大,耐腐蚀性降低。对FeMnSi记忆合金/304不锈钢偶对的研究发现,偶对的阳极FeMnSi记忆合金发生溶解反应,腐蚀加剧,腐蚀过程与自腐蚀相同,而阴极304不锈钢几乎不发生腐蚀。偶对的电偶电位为-0.16V,电偶电流密度为1.8E-6A/cm。与两合金自腐蚀速率相比,FeMnSi记忆合金电偶腐蚀速率增大,304不锈钢电偶腐蚀速率减小;FeMnSi记忆合金的腐蚀类型为点蚀,腐蚀产物为FeO、Fe O(OH)、FeO和Fe O的混合物。电偶电流密度随阴阳极面积比的增加而增加,随温度的升高而增大。利用comsol软件模拟了FeMnSi记忆合金/304不锈钢偶对的电偶电流、电偶电位和腐蚀深度的分布,电流密度在偶接区最大且变化剧烈,阳极的腐蚀深度在偶接区最大,随着与偶接区的距离增大,腐蚀深度减小明显。仿真结果与试验结果吻合较好。仿真结果表明,电偶电流密度和电偶电位随阴阳极面积比的增加而增加,偶对阳极FeMnSi记忆合金的腐蚀深度随阴阳极面积比的增加、腐蚀时间的延长而增大,FeMnSi记忆合金腐蚀90d的腐蚀深度为4.15um。在110MPa的拉伸载荷下,偶对阳极FeMnSi记忆合金腐蚀10000d发生塑性变形,记忆合金的电偶电流密度和腐蚀深度随机械载荷的增加而增大。

关键词： 304不锈钢 FeMnSi记忆合金电偶腐蚀腐蚀仿真

腐蚀环境下养殖工船疲劳强度评估与结构优化设计

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腐蚀环境下养殖工船疲劳强度评估与结构优化设计

作者：周思奇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

船体结构的疲劳问题是船体结构设计的重要内容之一。作为养殖工船的核心结构,养殖水舱结构需要保证一定的密闭性,一旦水舱结构在交变载荷作用下产生疲劳裂纹,将严重影响船舶安全,威胁养殖鱼群的生存安全。由于养殖水舱的结构具有明显的... 详细信息

船体结构的疲劳问题是船体结构设计的重要内容之一。作为养殖工船的核心结构,养殖水舱结构需要保证一定的密闭性,一旦水舱结构在交变载荷作用下产生疲劳裂纹,将严重影响船舶安全,威胁养殖鱼群的生存安全。由于养殖水舱的结构具有明显的特异性,加之海水等物质的腐蚀性较强,需要特殊考虑船体结构腐蚀对其疲劳强度的影响,合理评估结构的疲劳热点部位和疲劳强度,并针对疲劳寿命较小的疲劳热点进行结构优化设计工作。再之,为满足行业发展绿色船舶的需求,本文还需考虑船体结构的优化设计。综上,本文的研究内容包括:(1)养殖水舱结构腐蚀特性研究。对液面位置、水体酸碱度条件等影响船体结构腐蚀效应的条件进行研究,得到养殖水舱腐蚀环境条件;考虑舱内不同位置腐蚀环境不同,将水舱划分为若干腐蚀区,利用多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics搭建腐蚀模型,等效出疲劳强度计算腐蚀余量扣除准则,并拟合出腐蚀厚度生长曲线,以便用于在有限元计算中进行材料属性的腐蚀修正。(2)基于屈服屈曲强度的养殖工船结构优化设计。按照原船的板厚特点对全船进行划分,选定若干设计变量;选择屈服强度和屈曲强度作为约束条件;选择自适应-模拟退火算法、多岛遗传算法和粒子群算法作为优化算法;目标函数选取为全船总重最小。利用专业优化软件i Sight搭建优化平台,迭代得到全船结构尺寸最优解。(3)养殖水舱结构疲劳热点筛选方法研究。使用设计波法筛选出对应不同主控载荷的设计波及疲劳热点,使用疲劳谱分析方法得到结构应力响应,在热点位置进行应力插值,使用Minner线性累计损伤理论计算出所有疲劳热点的累计损伤度和疲劳寿命。(4)对疲劳寿命较小的热点进行了结构形状优化设计。提出一种疲劳热点形状优化新思路,并依托多学科优化软件i Sight搭建了形状优化设计系统,以疲劳热点区域的结构外形作为设计变量,以质量作为约束条件,以应力集中系数最小作为目标函数,使用自适应-模拟退火算法对三个疲劳热点进行形状优化设计。

关键词：养殖工船腐蚀仿真疲劳评估结构优化谱分析

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透水结构腐蚀与疲劳强度分析研究

透水结构腐蚀与疲劳强度分析研究

作者：崔昊楠哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

疲劳失效是海洋工程结构的主要失效类型之一,因此,在结构设计中通常需要对其着重考虑。透水结构作为海洋养殖结构,在海洋环境中时刻承受波浪等载荷作用,在交变荷载作用下极易产生疲劳失效,影响结构疲劳寿命以及养殖生产安全。由于强烈... 详细信息

疲劳失效是海洋工程结构的主要失效类型之一,因此,在结构设计中通常需要对其着重考虑。透水结构作为海洋养殖结构,在海洋环境中时刻承受波浪等载荷作用,在交变荷载作用下极易产生疲劳失效,影响结构疲劳寿命以及养殖生产安全。由于强烈腐蚀介质的存在,海水以及养殖区域环境对于结构的腐蚀效应在疲劳分析中也要考虑在内,才能保证透水结构疲劳分析的合理性。并且养殖类结构通常采用连接器进行模块化的链接,对于尺度较大的连接器,在加工制作时难免产生较大的初始缺陷,因此有必要对于连接器也开展疲劳强度的分析。综上,本文主要研究内容如下:(1)透水结构腐蚀特性研究。根据透水结构工作区域的环境条件,对相对于结构水线位置的各个垂直区域进行腐蚀机理研究,基于腐蚀机理将结构划分为不同的腐蚀区域,通过多物理场耦合仿真软件建立各个区域的腐蚀模型,得到结构设计寿命期间的腐蚀计算结果,拟合得到腐蚀厚度曲线,通过对比验证其合理性,得到疲劳强度计算的腐蚀裕量的扣除标准。(2)透水结构载荷响应计算。建立透水结构双模块有限元模型,基于莫里森公式计算结构柱体以及连接器位置的载荷;依据结构作业区域的海况参数,分析结构总体及局部应力,基于应力强度分析结果选取多处危险细节作为疲劳分析的热点位置。基于得到的连接器的载荷结果选取后续连接器疲劳计算中采用的输入载荷。(3)考虑腐蚀的结构疲劳强度分析。基于腐蚀计算的结果对结构的板厚进行扣除,选取足够的海况资料以及海浪数据,计算得到所有疲劳热点的传递函数以及应力功率谱,应用谱分析法,根据规范选取S-N曲线的参数,基于线性累积损伤理论计算各个疲劳热点的累计损伤和疲劳寿命。(4)连接器疲劳裂纹扩展分析。对适用于透水结构模块的连接器尺寸、材料、布置方式进行设计,将连接器的应力时程等效为恒幅载荷,在连接器的危险细节区域引入初始裂纹,应用模拟软件的交互运用模拟裂纹生长扩展过程,最终得到连接器的疲劳裂纹扩展寿命。

关键词：透水结构腐蚀仿真疲劳强度评估裂纹扩展

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U75V钢轨缝隙腐蚀行为及机理研究

U75V钢轨缝隙腐蚀行为及机理研究

作者：邓羽重庆交通大学

学位级别：硕士

随着铁路工业的快速发展,铁路轨道破坏造成的安全问题受到了人们越来越多的重视。腐蚀作为铁路轨道破坏的因素之一,在中国造成的直接经济损失可达188.8亿人民币每年。U75V钢轨作为铁路轨道中使用的主要轨种,在服役期间,轨脚和其紧固系... 详细信息

随着铁路工业的快速发展,铁路轨道破坏造成的安全问题受到了人们越来越多的重视。腐蚀作为铁路轨道破坏的因素之一,在中国造成的直接经济损失可达188.8亿人民币每年。U75V钢轨作为铁路轨道中使用的主要轨种,在服役期间,轨脚和其紧固系统之间会发生缝隙腐蚀。在轨道复杂的外界应力和缝隙腐蚀共同作用下极易使钢轨轨脚产生局部破坏,形成安全隐患,导致重大事故。目前针对钢轨的腐蚀研究比较少,轨脚处的缝隙腐蚀研究还处于空白。因此开展U75V钢轨缝隙腐蚀机理研究具有重要的理论意义和工程价值。本文以U75V钢轨轨脚为研究对象,采用电化学测试技术、腐蚀原位监测技术、表征分析技术、腐蚀模拟仿真技术等,研究了U75V钢轨缝隙腐蚀行为、缝隙腐蚀产生机理、以及缝隙腐蚀的影响因素。主要研究结果如下:(1)在缝隙腐蚀模拟液中,对雾霾大气中的主要离子产生的腐蚀行为影响进行研究。结果表明,在模拟液中,钢轨前期表现出程度较轻的均匀腐蚀,后期出现沟壑状腐蚀坑;SO离子在腐蚀前期会加速钢轨钢表面的全面腐蚀,后期对材料表面的局部腐蚀有抑制作用;NO离子能抑制阳极的活性溶解并大幅提高阴极反应速率,对钢轨钢的腐蚀抑制作用明显;NH离子对钢轨的腐蚀有促进作用,在腐蚀前期基体表面就产生腐蚀坑,后期腐蚀坑分布密集。此外,在除氧的模拟液中浸泡的材料表面出现了FeC,说明该材料在缝隙腐蚀中容易出现FeC在缝内积累的现象。(2)自主设计原位变缝隙宽度缝隙腐蚀监测装置,研究了U75V钢轨的缝隙腐蚀行为和机理。结果显示,缝隙宽度的增大会抑制缝隙外部的阴极反应,导致缝隙外部OCP降低,使缝隙内外电位差减小。缝隙宽度的原位改变会直接影响缝隙内外电位差大小,且影响过程不可逆。缝隙内部的溶解过程受欧姆控制,外部施加电位和增大缝隙宽度都会加速缝隙内的溶解过程。当环境条件趋于稳定,溶解速率和离子扩散达到平衡,缝隙内溶解速率就趋于稳定。缝隙内溶解速率最快的位置位于缝隙口附近,缝隙口和缝隙深处中间的位置溶解速率最慢。缝隙腐蚀的萌生位置与金属基体珠光体片层间距和珠光体层状方向有关,具有较大珠光体片层间距且层状方向异于周围的位置易发生局部腐蚀。(3)运用COMSOL有限元计算仿真软件,计算了U75V钢轨产生缝隙腐蚀缺陷后在外加应力产生塑性变形状态下的腐蚀电位、阳极电流密度和应力分布。结果显示,应力作用会使基体腐蚀电位降低,在缺陷处腐蚀电位下降幅度较大。腐蚀缺陷处在腐蚀和应力耦合条件下,阳极电流密度发生激增,腐蚀缺陷深处增大约10倍,说明缝隙内部腐蚀缺陷处在应力作用下腐蚀速率将大幅加快。

关键词： U75V钢轨缝隙腐蚀原位监测腐蚀仿真