航空用有机涂层/铝合金体系的失效机理及其测试方法的研究

作者： 章妮   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： LEIS   有机涂层   失效机理   EIS  

描述： 腐蚀是飞机结构材料的一种主要损伤形式，是引起飞机事故和灾难的主要原因之一。在飞机结构材料中，又以铝合金最为容易发生腐蚀。有机涂层对于飞机的防腐蚀具有举足轻重的作用，涂层在飞机服役过程中，由于腐蚀介质

航空铝合金材料的应力腐蚀开裂行为研究

作者： 杨青   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 铝合金　　DCB试样　　应力腐蚀开裂门槛值KISCC　　晶须状腐蚀产物  

描述： 本文基于铝合金构件在服役过程中，由于外加载荷及材料残余应力和环境的共同作用所引起局部腐蚀而导致部件失效的问题，采用扫描电子显微镜（SEM），能谱仪（EDS），X射线衍射仪（XRD），透射电子显微镜分析（TEM）、裂纹扩展长度及应力腐蚀开裂门槛值KISCC测试等方法研究了两种取向、六种铝合金材料的应力腐蚀性能，设计了试样厚度对2024铝合金应力腐蚀开裂门槛值KISCC影响的实验及不同氯离子浓度的腐蚀环境下7050铝合金应力腐蚀对比实验，分析了应力腐蚀试验后铝合金DCB (Double Beam Stress Corrosion Specimen, DCB)试样断口表面应力腐蚀产物的形貌、成分、结构及腐蚀产物形成的影响因素。 结果表明，六种铝合金材料应力腐蚀开裂门槛值KISCC从大到小依次为：国产2024-T351、进口2024-T351、国产7050-T7451、进口7050-T7451、进口7085-T7452、进口7150-T7751。对于同一种材料，S-T和S-L取向试样得到的应力腐蚀开裂门槛值KISCC差异较小。在应力腐蚀过程中，裂纹扩展长度随腐蚀时间变长，而裂纹扩展速率逐渐降低。裂纹尖端铝合金发生阳极溶解，在裂纹尖端和主体溶液之间构成了“小阳极大阴极”体系，在应力腐蚀过程中，随着腐蚀进行，主体溶液pH呈碱性，而裂纹尖端pH呈酸性。 从DCB试样厚度及腐蚀环境中氯离子浓度对铝合金材料的应力腐蚀性能影响的结果可以得到，对于S-T取向，试样厚度对材料的应力腐蚀开裂门槛值KISCC影响大于S-L取向的试样。随着腐蚀环境中氯离子浓度的增加，DCB试样应力腐蚀断口表面的腐蚀程度加重。 通过对铝合金材料的应力腐蚀试验后，DCB试样断口表面腐蚀产物的研究，可以得知，除了传统的铝合金材料腐蚀后的腐蚀产物外，在DCB试样断口表面还生成了大量的氢氧化铝纤维状腐蚀产物；该腐蚀产物倾向于在试样腐蚀断口表面缺陷或裂缝处生长；纤维状的氢氧化铝腐蚀产物的形成降低了试样断口表面块状腐蚀产物的积累，从而降低了裂纹尖端块状腐蚀产物的楔形作用，使该铝合金材料在应力腐蚀断裂前能够承受更高的应力场强度因子和更高的抗应力腐蚀能力，进而降低了铝合金的应力腐蚀敏感性。

航空铝合金阳极氧化膜新型封闭工艺

作者： 马荣豹   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 铝合金　　阳极氧化膜　　封闭工艺　　硝酸铈　　溶胶凝胶  

描述： ℃下固化1h，100℃固化30min。采用BHGEL305型号硅-锆有机无机杂化溶胶封闭的2A12铝合金阳极氧化膜腐蚀电流变小，阻抗值变大，耐腐蚀性增强。阳极氧化膜表面涂覆一层有机无机杂化膜，大大提高了其耐蚀性，耐腐蚀性能优于沸水封闭和稀铬酸封闭。

航空铝合金振动时效若干关键技术研究

作者： 赵晓慈   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 振动时效　　残余应力　　加工变形　　仿真　　有限元分析  

描述： “振动时效”是利用机械振动，对含有残余应力的构件或毛坯施加循环载荷，使构件或毛坯的某些部位的残余应力与振动产生的动应力进行叠加，当叠加后的应力超过材料的屈服应力时，将产生一定的塑性变形，使应力得到松弛，从而降低和均化构件或毛坯残余应力的一种技术。振动时效是用于控制工件加工变形的主要技术手段之一。但在工程实际应用中，由于难以定量地获知构件或毛坯中的残余应力分布状态，使得振动时效工艺参数的选取缺乏基本的科学依据，存在极大的盲目性。目前，主要凭借经验或仅依赖构件的固有频率来确定振动时效的工艺参数，而不考虑构件振动的振型，因而常常导致振动时效效果不理想。针对传统的振动时效技术的应用现状，本文提出了一种“残余应力定位均化”振动时效方法，即通过有限元仿真分析的方法，定量地获得工件或毛坯中残余应力的分布情况，确定需要均化残余应力的具体部位；根据工件或毛坯的几何形状确定所需的振动模态，在此基础上优化并制定支承点、激振点、激振频率、激振位移与激振时间等振动时效工艺参数，并实施振动时效，从而达到定位均化残余应力、控制工件加工变形以及提高工件疲劳寿命的目的。 本文采用理论研究和实验验证相结合的方法，主要在以下几方面开展了研究工作：首先，研究了典型铝合金毛坯的动力学特性，并以铝合金梁、板为例，分别研究了激振频率、激振位移及激振时间等振动时效工艺参数的选取对时效效果的影响。在此基础上提出了“残余应力定位均化”振动时效技术，即在定量地获得工件或毛坯中残余应力分布的前提下，制定科学合理的振动时效工艺参数，进行有针对性的时效处理，从而实现定位降低和均化残余应力。其次，分析得出动力场是一个依赖频率变化的场的概念，在不同的激振频率下，工件的振型不同，对应不同的动应力分布，由此，本文提出了复合振型的振动时效方法，即依据时效件原始残余应力的大小和分布的状况，综合利用两个或两个以上的振型进行振动时效，使残余应力场得到全方位均化。再次，研究了大型环件在径向和径/轴向轧制过程中金属的流动规律以及轧制后环件残余应力场的三维分布规律，为进一步研究环件振动时效工艺参数提供了可靠依据。通过对轧制后的环件进行振动时效，定量地分析了振动时效对环件产生的疲劳损伤，并获得了激振力、残余应力及裂纹尺寸对环件疲劳寿命的影响规律。最后，通过实验方法对残余应力定位均化技术进行了验证。实验结果表明，经振动时效后工件残余应力得到了降低和均化；经时效处理的工件所产生的加工变形小于未经时效处理的工件变形，验证了定位均化振动时效技术能有效降低工件的加工变形。

航空铝合金新型阳极氧化封闭工艺对膜性能影响的研究

作者： 李永星   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 2024   T3铝合金　　7075   T6铝合金　　阳极氧化　　封闭工艺　　耐腐蚀性能  

描述： 2XXX和7XXX铝合金在航空工业中广泛应用，由于不同冶金相形成的微电偶使这些合金易于以点蚀和晶间腐蚀的形式发生局部腐蚀。航空工业中通常采用电解液对其进行阳极氧化处理和封闭处理。为了提高其耐腐蚀性能，阳极氧化后往往需要进行封闭处理。本文以2024-T3铝合金和7075-T6铝合金为研究对象，对其阳极氧化和封闭过程进行了研究。在低浓度硫酸电解液中添加试剂A形成新型阳极氧化电解液，对2024-T3铝合金和7075-T6铝合金在新型电解液中的阳极氧化行为进行了研究，并对新型阳极氧化工艺制备的氧化膜性能进行了分析。结果表明，新型阳极氧化工艺可以降低氧化电流，限制由合金相颗粒氧化造成的局部电流集中，从而形成微孔孔径较小，缺陷数量和尺寸较小，耐腐蚀性能较好的氧化膜；为了进一步提高氧化膜的耐腐蚀性能，本文从添加封闭剂和外加电压两方面入手，研究了试剂B溶液在加载直流电压条件下对2024-T3铝合金硫酸阳极氧化膜封闭效果的影响。采用试剂B作为封闭剂，加载高于阳极氧化电压的外加电压在氧化膜的薄弱位置进行再次阳极氧化。结果表明新工艺封闭，可以有效闭合多孔层微孔，对阳极氧化膜的缺陷空穴进行填充，修补阻挡层中的缺陷，提高阻挡层厚度，其耐腐蚀性与重铬酸钾封闭效果相当，优于沸水封闭效果。

两种典型航空铝合金结构材料腐蚀损伤行为研究

作者： 王宗武   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： Mg合金　　Al   Cu   Zn   Cu合金　　应力腐蚀　　剥蚀   Mg   Al  

描述： ，采用EXCO溶液全浸实验的方法研究了三种层间试样，即表层试样，9/10D层试样，1/2D层试样LT面腐蚀行为。通过实验过程形貌观测，腐蚀失重曲线拟合，腐蚀电化学性能表征，并结合各层合金金相组织观察

缓蚀剂对航空铝合金硼酸-硫酸阳极氧化膜性能的影响研究

作者： 盛华   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 硫酸阳极氧化　　缓蚀剂　　耐蚀性   航空铝合金　　硼酸  

描述： 铝合金硼酸-硫酸阳极氧化在航空领域的应用受到人们的广泛关注。本文结合铝合金阳极氧化及缓蚀剂的发展现状，对有机缓蚀剂对航空铝合金硼酸-硫酸阳极氧化膜性能的影响进行了研究。本文将传统硫酸及铬酸阳极氧化体系作为参照，以氧化膜膜重、耐蚀性、漆膜结合力、阳极氧化试样的疲劳性能等为指标，研究了硼酸-硫酸阳极氧化工艺及膜层性能。结果显示，硼酸-硫酸阳极氧化工艺具有氧化效率高、节能环保等优点，膜层较薄，缺陷少且小，多孔结构均匀且致密，具有优异的耐腐蚀性能和漆膜结合性能，并对铝合金基体的耐疲劳性能不会造成显著影响。本文在硼酸-硫酸阳极氧化工艺的基础上，分别选取A、B、C、D、E、F等作为添加剂加入电解液中，对硼酸-硫酸阳极氧化工艺进行改进。通过电化学等手段，以膜层耐蚀性为主要评价指标，优选出效果较好的三种缓蚀剂依次是A、B和C，用量分别为饱和、0.015mol/ L和0.015mol/ L。按照优选缓蚀剂的最优用量生成的阳极氧化膜表面光洁，漆膜结合力良好，耐蚀性比未添加缓蚀剂的阳极氧化膜有显著提高，且明显的降低了阳极氧化所造成的疲劳损伤。采用化学浸泡法研究了A、B和C对航空铝合金及纯铜在酸性溶液中的缓蚀行为，通过扫描电镜、能谱、交流阻抗、动电位极化等测试技术，初步探讨了缓蚀剂对硼酸-硫酸阳极氧化膜的影响机理。结果表明，A能与Cu发生络合反应，B能与Cu形成链状络合物，C能与Cu形成难溶的螯合物，故均能选择性吸附在航空铝合金含Cu合金相颗粒表面，对含Cu合金相颗粒进行针对性保护，减小了电流集中，缓解了合金相颗粒的阴极加速腐蚀作用，抑制了含Cu合金相颗粒处氧化膜孔洞缺陷的过分长大，从而进一步提高氧化膜的耐蚀性，改善阳极氧化试样的疲劳性能。

航空铝合金预拉伸板残余应力及加工变形研究

作者： 赵丽丽   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 淬火   拉伸   横向耦合   加工变形   数控切削   薄壁零件   残余应力   轧制  

描述： 铝合金预拉伸板初始残余应力在数控加工过程中受到破坏而重新分布引起的零件变形问题是航空航天制造领域的瓶颈问题。目前铝合金预拉伸板毛坯内残余应力分布状态在国标和军标均没有具体规定，而残余应力是影响被加工零件形位尺寸稳定性的核心因素。本文主要针对现代航空大型整体薄壁结构件的加工变形难题，从铝合金预拉伸板残余应力的产生根源入手，从铝合金预拉伸板内已有残余应力在数控加工过程中受到破坏和重新分布的角度出发，采用基于有限元仿真的理论研究和实验验证相结合的方法，研究铝合金预拉伸板成型过程中残余应力的产生、变化以及数控加工中由于残余应力的释放和重新分布对薄壁零件加工变形的影响，最终达到控制航空大型整体薄壁结构件数控加工变形的目的。本论文主要从以下方面开展研究：一、研究7075铝合金预拉伸板轧制-热处理-拉伸-数控加工过程中应力的产生、变化、破坏和重新分布。采用 “横向耦合”整体式有限元仿真方法，综合研究分属不同物理状态的轧制、热处理、拉伸和数控切削过程中应力、应变的产生、变化及相互影响。针对不同工序属于不同的物理过程，采用过耦合的方法建立标准材料库，供不同的物理分析过程所用。“横向耦合”整体式有限元仿真方法克服了传统仿真方法中只能仿真单一物理过程的局限，由单一物理过程的仿真研究发展为交叉过程的综合模拟，并朝着优化、可靠性及变形控制研究等综合评估的方向发展。这种有限元仿真方法从铝合金预拉伸板成型过程出发，得到更为符合实际生产和加工状态的应力分布，为数控加工中合理选择铣削参数提供可靠的依据。二、基于“横向耦合”整体式有限元仿真方法得到的7075铝合金预拉伸板轧制-热处理应力仿真结果，研究并提出了有利于控制加工变形的轧制、淬火工艺：轧制过程残余应力沿厚度方向对称分布，轧制方向上除端部出现应力集中外，稳定轧制区域内应力分布均匀，其大小和分布受“轧变系数”中多种因素的综合影响；宽展方向应力只有轧制方向应力的66%左右，应力梯度大；热处理过程仍能保证残余应力关于厚度方向对称分布，但热应力对轧制应力影响较大，热应力是否能够覆盖原有的轧制应力，主要取决于淬火介质、淬火温度和淬火时间。三、根据轧制-热处理应力仿真结果，研究并提出了针对航空用的大型铝合金预拉伸板的拉伸工艺。仿真及实验结果均表明：长度较小的7075铝合金预拉伸板在实际塑性拉伸量达到2.5%-3%后，拉伸减小残余应力比较明显；大型铝合金预拉伸板拉伸后，整个板材出现三个区域：夹具区(应力集中区)，均匀变形区和小变形区。夹具区和小变形区的应力减小情况不明显，均匀变形区应力有很大的减小。无论是拉伸小的样件还是大型铝合金板材，并非拉伸量越大应力减小效果越明显，过大的拉伸量不但不会降低板材内部残余应力，反而会因过大的塑性变形而产生新的拉应力，增大内部残余应力。四、根据仿真和实验的研究结果，充分利用铝合金预拉伸板内应力关于厚度方向对称分布的特点，研究了“准对称”加工的数控铣削方法。仿真和实验结果均表明，利用对称分布应力的对称去除的“准对称”加工方法可以有效达到减小加工变形的目的。

航空航天铝合金结构件综合残余应力与结构强度研究

作者： 李海岩   来源： 北京航空航天大学 年份： 2016 文献类型 ： 学位论文 关键词： 残余应力　　轧制　　淬火　　拉伸　　铣削加工　　结构强度　　有限元仿真  

描述： 航空航天工业的迅速发展对结构件的设计水平提出了更高的要求，结构件既要保证足够的强度，还要求避免不必要地加大飞行器的重量和外廓尺寸。在传统的结构强度条件中，结构件的许用应力是由材料极限应力以及安全系数决定。研究表明，在毛坯成型及机械加工的过程中，结构件内部产生的残余应力对许用应力有着非常重要的影响。但是，现有方法只是通过适当增大安全系数来表示其作用，这导致材料的许用应力下降，也会增大零件的结构尺寸及重量，降低飞行器整体性能。另外，安全系数的增大也会导致结构件强度余量的增大，实际寿命往往会大大超过零件的预期使用时间，这样造成了能源的严重浪费，与绿色设计的宗旨背道而驰。因此，对于重量严格控制、设计精度要求高的航空航天结构件，需要定量化考虑残余应力对结构强度的作用，更加科学、准确地确定安全系数，从而保证结构件的强度条件及适当强度余量。本文以典型的航空航天框类整体结构件为研究对象，采用力学建模、有限元数值仿真、实验验证等方法，对铝合金厚板毛坯成型过程中的轧制、淬火、预拉伸工艺及结构件的铣削加工过程分别进行仿真，采用物理场耦合的有限元方法，求解得到结构件的综合残余应力值；进一步深入研究结构件的残余应力对材料屈服极限的定量影响，并且在传统的强度理论中引入表征残余应力作用的影响系数，定量化分析残余应力与结构件许用应力之间的数值关系，对提高结构件的强度具有重要的意义。