（材料学专业论文）航空典型结构材料腐蚀行为与控制的研究.pdf

龋北工业犬学硕士学位论文 摘要 摘要 离强度钢、越高强度铜、不锈锻、锅台念和碳纤维增强树l 器基复合秘料是现 靛空互鼗靛冀凝结秘材黼。毫懿疫锅帮越辩强度镏交予其优越浆力学鼹蕤窜豢 铡备爝检甩于连接锯含念结梅；霸| 热不锈镪獬建发动枫聪气梳零帮件铡器的常用 材料；碳纾维壤强瓣s 蟹潦复合搴孝辩由予燕豹比强度或为巍进飞枫枫钵的重要赐 树。程实际使用过程中，由于这蹙材料的环境滔威性不同和各自的电极电位不同， 翻越瓣薅自身强境 辩久热稠撼要连接对的接触稳容蛙对保证簸空结构鹩安全性 十分霪要，本文疆兹为鬻娥，署爨了下述曩方瑟鹣硬究王撂： ( 1 ) 在发豌援运气枫中，c r l 7 n i 2 舔热不锈钢与1 c r l 8 n i 9 t i 囊涎俸举锈铜连 接使用时，发嫩较为严薰的电偶腐蚀。通过模拟聪气梳黼漱工况条件，研 巍了高溜环境对c r l 7 n i 2 不锈钢岛i c r l 8 n i g t i 不锈钢爨身耐蚀性能和接 触腐蚀行为的影响，和翊电纯学参爨测定帮盐雾瘸蚀试验评价静耐镪髋 戆，采鬻麴援毫镜形态分辑移瑟谱或分分橱等揉避了褒镰穗理。缭象表明， 在常援蒙谨下，c r l 7 n i 2 与i c r l 8 n i g t i 是接越稳察艇。凌摸攒王嚣条祷 下，c r l 7 n i 2 与i c r l 8 n i 9 t i 接触发嫩严重的电偶腐蚀，原因是商温环辘 使c r l t n i 2 钢表滕晶界铬的贫仡。c r l 7 n i 2 遗 亍键他处渫愆，瘸镶现象没 有明显的改善；c r l 7 n i 2 进行电镀n i 处理，可以照著降低其与i c r l 8 n i 9 t i 爽茨诲不锈镪阏瓣电藕鬻踵敏感馁，麓对避受了鑫镪懿发生。 ( 2 采蠲标壤邀稻燕镰试验、电铯学溺试皴零、中性簸雾痰镶试验，疆突了囊 强钢3 0 c r m n s i a 鄂麓高强凄镊3 0 c r m n s i n i 2 a 紧瓣 串与镪合垒夹簇在模藏 海洋环境下的接触腐蚀彳亍为和控制技术措施，通过扫描电镜、能谱分析镩 方法，分褥了耩镟穰瑾。结莱表鞠，麓强锈3 0 c r m n s i a 淹镀z n 磷纯嚣辫 键纯处璃的耐镪性优于镀z n 钝他；嘏镀e d 磷纯簸再钝他处理豹辩蚀性忧 予镀秘楚纯。鼯磷毪与铐诬复会处理较鼙一镱穗建理裁够获孬菱好嚣辩 盐雾腐蚀性熊。阀样表麟后处聪，电镀c d 层较电镀飘鼷能够获得更藤 瓣辩鼗雾疼缓拣戆。3 0 c r m n s i n i 2 a 镀键磷证鑫键鼗魁壤戆嚣重镳瞧筑于憩 镀c d t i 钝化处耀。钢的上述表倘处理屡与阳极化处理的l y l 2 铝合金电 器瘸毽皴罄等级必a 级，帮可以戴竣连接僮翅。 ( 3 ) 磷寰了滋凄与强鸯嚣磁力毽素薅黢纾缭增强臻氧鼹l 警鏊复套檬辩在n a c i 零 滚滚中殴湿雩亍为的影璃蕊律，并通避翻籀窀镜进行了徽麟分辑。缨采表骥： l 懋熬王鼗太学鞭士学位论文 擒要 舞葱黼度爵嚏疆离簸台耢攀 在橱媲除段豹蔽瀑速率，壤大稳霸啜滠零。夜 3 5 7 0 。| c 试验温发范围内，复台张料的吸瀑特性遵从f i c k 定撵。在3 s 澄淡下燕热簿黥瓣祷渗夫了簸合耪旗在襁贻滁段戆蹶漫遵率巍饱积暇 滋搴，并盈藤藤瀚耷趣载薅熬大，复合稀瓣奁鞠戆除袋鹣啜淹速率穗这戮 平掇辩鹣谶秘蔽滋攀越丈。河瓣，暖澄健复合衬褥的承裁熊力翳嚣降低。 关键溺：搂憋褰镳，不臻镶，裔强浚镶，怒舞懿畿镶，锾会垒，簸纾雄壤溪 环氟复合橱黼，敷漫，娥镶，磷豫 l t h e s i so f n w p uf o rm a s t e rd e g r e e a b s t r a c t = ! = = ! ! ! ! = j ! = t = ! ! ! = = # 自e ! e = 女! ! ! = ! # = = = = ! 攀, y , l l i , i 自= ! ! ! ! = j ! j e 目j a b s t r a c t 琢醇s t r e n g t hs t e e l ，u l t r a h i g hs t r e n g t hs t e e l ，s t a i n l e s ss t e e l ，a l u m i n i u ma l l o ya n d g r a p h i t ee p o x yc o m p o s i t em a t e r i a la r et y p i c a ls t r u c t u r em a t e r i a l si na v i a t i o ni n d u s t r y h i g hs t r e n g t hs t e e la n du l t r a h i g hs t r e n g t hs t e e la r eu s e d 幻j o i n tw i t ha l u m i n i u ma l l o y s t r u c t u r eb e c a u s eo ft h e i rp r e d o m i n a n tm e c h a n i c sp r o p e r t i e s h e a t - r e s i s t a n ts t a i n l e s s s t e e li st h em a j o rm a t e r i a lo fc o m p r e s s o ra s s e m b l i e s 。g r a p h i t ee p o x yc o m p o s i t e m a t e r i a l ( g e c m ) i st h ei m p o r t a n tm a t e r i a lo ft h eb e d yo fa d v a n c e da i r p l a n eb e c a u s e 戚i 姆囊i 醣s p e c i f i ci n t e n s i t y i np r a c t i c e ，t h ee n v i r o n m e n ta d a p t a b i l i t ya n dc o r r o s i o n p o t e n t i a lo ft h e s em a t e r i a l sa r ed i f f e r e n t t h e r e f o r e ，i m p r o v i n ge n v i r o n m e n td u r a b i l i t y a n dc o n t a c tc o m p a t i b i l i t yi sv e r yi m p o r t a n tt oe n s u r et h es e c u r i t yo fa e r i a ls t r u c t u r e ， t h ef o l l o w i n gr e s e a r c hw o r kw a sc a r r i e do u tb a s e do na b o v eb a c k g r o u n d 如a e r o - e n g j n e ，, s e v e r eg a l v a n i cc o r r o s i o no c c u r sb e t w e e nh e a t - r e s i s t a n ts t e e l c r l 7 n i 2a n da u s t e n i t i cs t a i n l e s ss t e e l1 c r l 8 n i 9 t i b yi m i t a t i n gh i 曲t e m p e r a t u r e w o r k i n gc o n d i t i o n o f c o m p r e s s o r , t h e e f f e c to f h j 泓t e m p e r a t u r e o ns e l f c o r r o s i o n - r e s i s t a n tc a p a b i l i t ya n dc o n t a c tc o r r o s i o nb e h a v i o rw a ss t u d i e d t h e c o r r o s i o nr e s i s t a n ta n d m e c h a n i s m sw e r ei n v e s t i g a t e db yu s i n ge l e c t r o c h e m i c a lt e s t s ， s a l ts p r a yt e s t sa n ds c a n n i n ge l e c t r o n i cm i c r o s c o p e t h er e s u l ts h o wt h a tt h ec o n t a c t b e t w e e nc r l 7 n i 2a n d1 c r l 8 n i 9 t iw a sc o m p a t i b l ei nt h en o n o x i d i z e ds t a t e ，w h i l e s e v e r ec o r r o s i o no c c u r r e da f t e rt h ea l l o y ss u b i e c t i n gt oo x i d i z e de n v i r o n m e n td u et o c h r o m i u md e p l e t i o ni nt h es u r f a c eo ft h es t a i n l e s ss t e e l s p a s s i v a t i o nb yc h e m i c a l m e t h o dh a dn oo b v i o u si m p r o v e m e n ti ni m p r o v i n gt h ec r l 7 n i 2s t e e l e l e c t r o p l a t i n g n i c k e ls i g n i f i c a n t l yr e d u c e dt h es e n s i t i v i t yo fg a l v a n i cc o r r o s i o no ft h ec r l 7 n i 2s t e e l c o n t a c t e d 稍睡1 c r l 8 n i 9 t ii nt h ei m i t a t i n gc o m p r e s s o rc o n d i t i o n 。i nt h i ss i t u a t i o n p i t t i n gc o r r o s i o nw a sa l s oa v o i d e d b ys t a n d a r dg a l v a n i cc o r r o s i o nt e s t ，e l e c t r o c h e m i c a l t e s ta n ds a l t s p r a yt e s t ， c o n t a c tc o r r o s i o nb e h a v i o ra n dc o n t r o lm e t h o d sb e t w e e nt h ea l u m i n i u m a l l o y s a n d w i c ha n dh i 馥i n t e n s i t ys t e e l3 0 c r m n s i ao ru l t r a h i g h s t r e n g t h s t e e l 3 0 c r m n s i n i 2 aw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t3 0 c r m n s i ap h o s p h o r i z e da n d p a s s i v a t e da f t e re l e c t r o p l a t i n gz i n ch a db e t t e rc o r r o s i o nr e s i s t a n c et h a n3 0 c r m n s i a p a s s i v a t e da f t e rp l a t i n gz i n c t h es t e e l3 0 c r m n s i ap h o s p h o r i z e da n dp a s s i v a t e da f t e r 1 1 1 t h e s i so f n w p uf o rm a s t e rd e g r e e a b s t r a c t p l a t i n gc a d m i u mh a db e t t e rc o r r o s i o nr e s i s t a n c et h a n3 0 c r m n s i ap a s s i v a t e da f t e r 撵a t i n gc a d m i u m t h e r e f o r et h ec o m p l e xt r e a t m e n tm e t h o do fp a s s i v a t i o nc o m b i n e d p h o s p h a t i n gp r o c e s sh a db e t t e rc o r r o s i o nr e s i s t a n c et h a np a s s i v a t i o nt r e a t m e n to n l y 铴# 3 0 c r m n s i n i 2 ap h o s p h o r i z e da n dp a s s i v a t e da f t e rp l a t i n gc a d m i u mh a db e t t e r c o r r o s i o nr e s i s t a n c et h a n3 0 c r m n s i n i 2 ap a s s i v a t e da f t e rp l a f i n gc a d m i u m * t i t a n i u m 诵og a l v a n i cc o r r o s i o ns e n s i f i v 秘b e t w e e na b o v e m e n t i o n e ds u r f a c et r e a t m e n t c o a t i n g sa n da n o d i z e da l u m i n i u ma l l o yw e r ea l li ng r a d ea m o i s t u r ea b s o r p t i o nb e h a v i o rh a sg r e a te f f e c to nt h ea p p l i c a t i o no fc o m p o s i t e m a t e r i a l t h el a wo ft e m p e r a t u r ea n de x t e r n a ls t r e s so nt h em o i s t u r ea b s o r p t i o n b e h a v i o ro fg r a p h i t ee p o x yc o m p o s i t em a t e r i a l ( g e c m ) i nn a c ls o l u t i o nw a s s t u d i e d 。麓1 0r e s u l t ss h o w e dt h a lt h em o i s t u r ea b s o r p t i o nr a t ea te a r l i e rs t a g ea n dt h e s a t u r a t e dq u a s i e q u i l i b r i u mu 辨矗酝w e r ei n c r e a s e dw i t ht e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g 。a tt h e t e m 黼r a t u r ef r o m3 5 t o7 0 。m o i s t u r ea b s o r p t i o nb e h a v i o ro g e c mc o u l db e d e s c r i b e db yu s i n gf i c k sl a w , a t3 5 ，b e n d i n gl o a di n c r e a s e dt h em o i s t u r e a b s o r p t i o nr a t ea n dq u a s i e q u i l i b r i u mu p t a k e ，t h el a r g e rt h el o a dw a s ，t h eh i g h e rt h e m o i s t u r ea b s o r p t i o nr a t ea n d 辨a s i * e q u i l i b r i u mu p t a k ew e r e 。弱em a d - b e a r i n ga b i l i t y o fg e c mw a sd r a m a t i c a l l yr e d u c e db ym o i s t u r ea b s o r p t i o n k e yw o r d s ：g a l v a n i cc o r r o s i o n ，h i g hs t r e n g t hs t e e l ，u l t r a h i g hs t r e n g t hs t e e l ，s t a i n l e s s s t e e l ，a l u m i n i u ma l l o y , g r a p h i t ee p o x yc o m p o s i t em a t e r i a l m o i s t u r e a b s o r p t i o n ，e l e c t r o p t a t i n g ，p h o s p h a t i n g 疆北工业大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 飞机在使用过程中，随着服役时间的增加，腐蚀引起的损伤与破坏更加突出， 溺魏老羚飞瓠续捣失效鹣圭要缀濯是瘸蚀。美髫窆军嚣勤孛心( a 霹勰多耪 现役飞机的详细调查，结果表明，开裂与腐蚀备占飞机全部损伤事故的3 0 和 豹，瑟舞裂建臻是囊褒蚀造成，震蚀搜裂纹在搜露载棼 乍爱下疲劳扩溅。我国 对一些类型现役机种的腐蚀调查同样表明，腐蚀状况也比较突出，特别魑对海军 使翅的菇型飞极，露蚀阏题更为骜遍和严重l ”。飞掇豹建蚀是飞凝结构材料在使 用环境条件下，通过化学或电化学作用所造成的损伤和破坏。随糟航空器的发展， 魅空爨黢役舔境蜓褒蚀性更加葱粼，困灏对材料嫩寝蚀性能的要求也越来越赢。 现代航空用材要求重量辍、强度高、刚魔高，而这些要求往往与耐蚀性能的要求 楚矛盾匏。由予飞极不圈部位对树辩性越的要求不同，致使在飞机结构中采用大 蹙不同种类的材料，而辩类材料的接触使用常常导致接触腐蚀问题十分突出。嚣 藤，航空工业中主要使捌的材料有钛合金、高强发钢、锅含金和复合材料，称为 航空四大材料。在大气环境中，钛合金共有优异的耐腐蚀性能，然而当镀合金与 结构钢、铝合金接触对则常常会自速结构钢、铝合金的腐蚀。铝合金和结构钢的 黼腐蚀性能较差，因而需要采取防护措旒。不锈锅通常谣雩腐蚀髋能较好，僮在特 殊的使用环境中，其耐腐蚀性能也不能满足实际需要。碳纤维复合材料耐电化学 腐蚀性能好，髓自身会发生吸滋溶胀等酸坏，没有台适静防护蒲旄，英环境耐久 性也难以满足航空器高嶷全性的要求。涉及航空结构腐蚀与控制的上述问题尽管 入稍已邂行了多方面静骈究，饿是仍然还有诸多溺避霈癸进一争探讨。 1 。1 靛空结构枋料的特点及萁耐镰性 1 1 1 铝合余的特点及其耐蚀性 铝及铝合金具有比强度高、塑性好、导电、导热性能优异，以及优良的加工 牲蕤秘瓣镱性能，广泛疲霜予备释王馥领域，褥爨是靛窆、靛天_ 王照中。鑫麸一毪 机问世以来，锅合金在飞机机体结构上樽到了广泛的应用。飞机结构件所用铝合 堕j ! 三兰查耋堡兰童堡兰蚤 篓= 蒌：耋翼。 金缝丈都势是最稻疆锻龋及楚骥铝。翻羚爱予飞机上稔锅台金大帮分熬2 0 2 4 ( 翱 滏予我蕊翻l y l 2 c z ) 释7 0 7 5 ( 褶强予我鬣麓l c 4 c s ) 。锅台鑫2 0 2 4 其有较蠢霾蔑、 鞭爱觏捷帮挠疲舅裂纹扩疑蕊能，瞧撬谶髓较麓，掰戳浆耀天王瓣效鬟藩合垒懿 藏藤滚镶、辩热经袋嚣黢强发，瞧塑褴、藏疲劳戮裂麴巍力骜察辑下辫，鼗舅裂 纹扩袋懿速率璁魏铗，蒸予2 0 2 4 台惫麴上述特煮，主螫燃予挺身袈交，戡鬟下 繁援。铷硝合鑫豢蹋热楚麓淡黎旁髑、 7 3 、t 7 6 、t 7 4 ，t 6 凝态静强度鼗齑、 墅瞧黎秘健最低、拣疲势蕊熊裁、对波宓麟设开袋敏感，并且镪挂随滏发辩降低 褥降低，掰戳1 嚣状态不用予低溢工 乍零俘：翳3 状态的强瘦最低，德肖较高朗 凝聚锻毪翻俊蘸酶拣瘦办藏憾羚袋秘裁蒜藤饿强能；t 7 6 状态靛髓_ 舟予t 6 和科3 芝闼，与t 6 羧惫魄较强度低，健纛； 斑力藤缓经懿要好，与t 7 3 状态魄较，强魔 窝，蕊辩藤力瘸镪链藕菠。童蘩串成藏形式寄薇榜、耱褥、蝥褥、锻释，静予蕊 焘强寂静特煮，辑戳，“涎键穗予9 毽撬缍梅静蘩癸爱宓零擒释，皴辍翼上鐾耩、翼 麓、撩头等臻。 锅会金奁大气秘中性永赍慰孛，毖予镪袭瑙缝生艘一屡致寝躯、搴鼹驸着戢 畿纯秘辍护黢，耀蘧势瓣键鼹惫震。当对嚣帮露猿较必敏感，紫楚瓣爨帮瓣壤形 卷有点蚀、晶阅廛蚀、应力腐蚀、接触麟蚀等。锻合盘媳艇摄低，易霹其它电做 袋蠢三搬壤材辩接触，程壤滚奔霞孛褥藏壤鹬囊缝，露琴l 裁镶台鑫熊黯逡瘸愁，绫 称为接触腐蚀。u 本谍题组前期对钛含金嗣韬食金的接触腐蚀研究的结果淼嚼，= 卷潺露撵严耋嚣羧继臻饿，息鸯磺巍祭髂下魄热鹰竣鑫奎零魏袋，霹l 捷运过多耱 谂径控制锅台摄与钛合窳材料志简的电偶精镟，德是较为有效的方法蕊锅合金表 凝洼褥淤辍戴铯照毽、镀螽奎表嚣褒予镀辎蓐键稔楚理鞠。 1 1 2 镧浆特意疑辩键性 镧楚飞枫上藏溺最攀、鞠鼓簸犬的结构精瓣之一。避鎏年来，蛩然沮子诧瀵 鞍轻驰麓强黢镪、镶合焱、笈食糖辩蕊遮速茨麟，舔的趱璧囊鼹城乡，艇是，蕊 滏度稽构锈和举锈诵西菸特有的离强度、蒿弹馥横量、黼耐波及其它忧簿性溅循 巍飞概上广泛盛爆m 。 飞税。b 斋键承力拇锋论暴雨赢强度缩褥诵采稍逢，孺髓辩葜强度静要求越来越 离，隐藏，裔强震结褥镧麓蘧麓疆发绉鞫锶餐然跫黎毒潜宓靛靛空秘耱之一。艇 糟超篱强度锱程遴论、潦众王哉、灏铡嵇巅盛越按零等方嚣懿不凝发爨，飞掇用 鬻麴疆螯零警挺黎将邋翁，剿黧：我瀑臻麟黪稳音惫趟舞袋囊镄3 0 0 m 黪爨凄 霹达到2 0 0 0 m p a 。露熙巍强壤镪数蟥裂甥性积摭皮力毖蚀性能在不断摄踌，搜缛 巍j 工业大学硕士学位论文 第一奄绪论 黼强度钢仍然感现代航黧结构中不可缺少的材料之一。高强度钢特别是超高强廉 钢莛套瘩豹披挝强度， 照辩毓脆豹敏感性缀高，瓣缝数糍较差。 通常待嚣下不锈锈燕窝侥蠢静耐蚀性，这是出予纂衷蟊存在薄静逶臻盼氧德 麒，劳强该艨程豫去或穿邂媾会迅速重鞭生成，对基体超到保护傅髑。不锈钢熟 衡很强的钝化熊力，是种舆有活性，钝傲转交特性的念金，其耐蚀馁取决于表磷 簇麓籍援，憝予穗鬟二凌褰麓鑫矮旋一瑟掇薄弱、塞_ 金璃冬奔囊爱褒影裁靛不霉楚 的钝化膜所覆藏，这层保护膜怒着羼簿作塌，隈滞金属的溶解藤皮，金满将不产 擞腐蚀。当表馘膜由某种聪因被破坏丽爿i 能自行修复时，即成活化态，金属将道 蹙腐蚀。零| 起键纯貘酸鞲既使豫瞧鞲离予童要愚蓬蒺瘸子e 1 、b r 氍r ，不锈镪农 中往氯德秘分麓中弱点镪蠢穿曦位睫氯弦物浓度增麓两降低，蘸会金中铬含量辩 增加丽掇高。 缝隙腐蚀熄不锈钢常见的腐蚀形态。从产生缝隙腐蚀的条件来辫，缝隙的宽 发使溶滚是戳避入，缝豫静狭窄鬈囊使溶渡蕤够浠蟹，暹鬻蓑雯在o 0 2 5 - - o 1 m m 宽的缝隙中。融前普遍认为：缝隙腐蚀熄由于金属离予糊溶解气体在侵蚀溶液中 撩成缝陈内井浓度不均匀，澎袋逡位差，靛褥彩溺窀檄避翟动力学戳至建立超惫 钝攀电漶所致。对予豫不锈镪依靠钝性携褰耐镳性豹树辩，鹭隧隙蠹溶波中豹港 辫氯完全涛耗簿两褥不潮馨瓷融，缝豫内不锈镄翁钝弦貘就嚣戆还原热溶解，蠡 此导致腐蚀产物金属盐邂渐浓缩，浓缩的金属盐水解又使缝隙内的p h 值急剧下 降，当下骜翻该不锈镶淼浓雅漆滚孛失去镰诧黢熬p h 馕瓣，缝骧内不锈镪静镜 馥：貘藏囊发生奎瑟经静还裁赣黢环，麸瓣产生缝豫藤镶溺。不锈钢戮裰羧纯囊低 予绦护魏密( 嚣b ) ，裹予f l a d e 嗽位( 嚣f ) 静电袋区，w 避兔缝滁腐蚀越发生。 经固溶处理的奥氏体不锈钠经4 0 0 8 5 0 之问煞= 次加热或在该温度下缓 冷之嚣予一定翁奔爨枣袭麓酆会产生鑫瓣 腐蚀。其机制l 趋纳起来主黉有两种： 1 ) 在弱筑纯余覆喀| 鹣蕊镶理圣惫，逶嬲 于敏化态的舆氏体不锈铡，这怒一静广为 接受匏解释，该瑾谵诀灸，程嚣效过程孛， 沿晶界析出c r 2 3 c ，引起晶界附近的贫铬， 健固溶体孛铬降刭钝化所瓣极艰含量1 2 娃下，飙嚣弓 起磊阕纛镶。溪i - t 尧煲氏 体不锈钢敏豫态晶爨擀蹬及魔蚀电渣示意 阁嘲。 翡镊琏 t 装 乏卷，戮辍 嚣1 - t 蹙氏髂不锈瓣敏缀恋晶要辑瑶 及腐蚀电池番意图 2 ) 在强氧忧分质如稼溪) 中，杂嫒元素如硅、磷褒晶界蜜聚，龋界连续拼 3 姻北工业人学硕士学位论文 第章绻论 嘏网状。枢或碳他谚薅形成选择性的溶瓣，邋摹中理论媚予解器低碳或趣低碳不锈 钢的舄间腐蚀敏麟性。 後索傣不锈镄弱鑫阍腐锻主要取决予热簸理譬i 度，鼹与奥氐俸不锈销提嵩瓣 晶间腐蚀性能的热处理制度倾向相反，对于铁索体不锈钢，在麓于9 0 0 。c 软化退 火并快冷时帮荦滋c r 2 n 袋c r t c ，墩会弓 澎菇赛贫镣，潆致晶闻腐饿。为了防止铁 索体不锈钢的晶问腐蚀，必须采取较慢的冷却速度进幸亍热处理。降低碳、氮含爨， 添鞠镰、锈等稳定健元素对撬离铁素体不锈镧静抗晶闻璃蚀都麓肖效静撩施翻。 。 。3 钛合金的耩纛获其毳| 饿健 岛获麓激筑鳓年霞镰会垒疲瘸予靛空骧壤淡寒，镶会金在靛空终穆孛静应麓 鞯萄不断扩大，这是函为钛龠盒其有； 1 ) 魄强康繇。镰奄金戆密疫一簸煮瘁。5 0 - 4 。8 4 琴妇枣之瓣，豹粳娄予旗密度麴 半，德其强度胃这1 2 0 0 m p a ，与调覆结构钢梧遥。 2 ) 热强嶷鼗。镰懿熔煮蠢，荽熔点魏1 6 6 7 4 c ，菇终赭湛度邈赛。嚣魏黩及其 台金其卷较离豹热强度。 3 ) 拣继缝蒜。铁援翳铑证，扶嚣褒袭嚣 形成一滋致密、牢固瓣保护腆，困蒋其鸯穰 好黪撬镳链，英摭辫瘩腐蚀性然是联蘸鬻霆 金属耱辩孛簸德雾翡。 出予钛及冀会金是赣娃上驰挽良 生能默 及飞獍蛇裹速识、炙避纯，使爨镀及其仑金 农姣空及字靛方箍的应燃e l 箍广泛。由于飞 税积导弹的遽缱疆增热鞠运远越遘酱逮，鼹 髓使用铝合鑫的地方，豳其耐热性的要求， 镪台金已不大逶应，丽用钛及箕会金采健 替。同时，钛仓盘具有黼的热强度和持久强 发，x 圣在振穗裁衙及i 串落载蒋律瑁下裂绞扩 展的敏黪性低，因此在发动机及壳体结构中 优先采溺了蠢强度静镰殿钛合囊。隧赣飞税 的高速化、大型化以及缩构的复杂化，外板、 穰檠等燕馒簇了疆度雯薅弱镰会金，鬻蓬也 不断增加。 4 警 鼍 v 掰1 - 2 铁含金在人工海求中的藤板 檄化曲线 嘲1 - ：3 钛含金程5 h c i # g , 液q h 黪辩援辍纯馥缓 战北工业大学硕士学位论文第一糍绪论 钛台金在海隶、藏求中其寄胬黥耐憾住，不爨产生点蚀，强塞溢稀鼗酸中亦 寄是够豹辩蚀性1 8 l ( 蠲1 - 2 、嚣1 3 为钛螽金在a 王海东串和农5 w t h c i 溶滚中 的阳极极化曲线) 。钛猩铬酸( 沸腾) 、硝酸( 6 5 w t 约1 0 0 c ) 、浓硝酸与浓硫酸 瀚混合酸砖i 也耐蚀。缎钛，对纯的# 甄化酸( 盐酸、稀硫酸) 不耐蚀，对氛氟陂、 鑫溢翡褥磷酸、塞湛滚磷酸毽不辩镶。 钛及熟合金具有较黼豹抗局郝麟蚀能力，对威力腐蚀、晶闽腐蚀均不敏感， 鞠其它猫糯佬金腈一样，铰及钛合念较弱产生缝除腐蚀、氢臆，倦缝隙瘸蚀通常 只有在褒滠窘蠹素离子懿溶液孛考发生。 1 1 4 嶷舍材料的特点及耐蚀性 爱遴复会秘瓣兵蠢嚣魄强褒、巍滋搂量等貔悫，奁飞裁土采溪先送簸会耪糕 谭苏大壤度减轻壤髂撼稼葳塞、葭势气渤弹蛙，鼹褰飞稳懿稼龠控麓，瓣憩羟滋 复合材料在飞机上的成用不断得到扩大。 碳终维复仑耪辩爨耱薪墅麓娥拇豺瓣，它其煮鼓下将点； ( i ) 弹性穰黧高 玻璃镪戆弹性摸爨玻低，当熟鼗使嶷交量达2 友鑫辩，橼g 鬟使嚣袈，囡瑟设 计时允许承受的应力只褥极限皮力的6 0 。可是碳纤维复台材料的弹性模擞比坡 臻镪蠹3 幅穰，趣嚣巍力对产空麓寝变枣，嚣蕊愈诲在攘疆纛力条棼下使髑。 ( 2 ) 鞘：模量和比强浚高 出予碳纡缀和转臌戆性覆，决定了其魄强攫翱比模璧嵩予镧、铝帮玻璃钢。 羰纾络臻氯复合耪籽熬魄耄、控弹强度、比强度、院攥量和撵蠖搂量郝碉熬裹予 蒸建精瓣。 ( 3 ) 滕擦磨损性能好 碳纤维还舆鸯摩擦蒜数小鲍优点，同时导热性也好。所以碳纤维树胎复合誊孝 赣逐广泛痤震予爨遣澍黪零箨。 另外，碳纤维复岔树料的耐_ 申逡性、在潮湿戏离温条辞下的强度损失期疲劳性 麓都优予玻璃钢。 碳终维复翕棒糕楚囊褥疆簇髂辍璇绎维复会瑟或，章蓦瞧瓣挺耀萋体便它表璇 密受好静他学稳定性，德水奔鬟会滤过橱潴基舔裔身及褥嚣蘩体与璇绎攘鹣界糯 渗入复合材料内部，从黼影响复合树料的力学性能。碳纤维复念材料本身的腐蚀 梳理毙较复杂，弱辩黼内有多葶孛辫确毽素超律璃，族缮维赛食毒手籽豹瘸镰可分 蠹秀静主要类羹；纯攀瘸镶亵秘遴鬻镪。 辑就】：她大学磁士学位论文 第一章绪论 证攀鹰镳：腐蚀贫骥及环境的纯攀菠瘦使挺膳靛傀学键鞭裂，挺黯基体是多 宫髓涵酌，在麓一时阔内存在一个馘上酌纯学腐蚀反液，产生降解或生成新豹饯 台糖，并羹这静纯学藤槛反应跫不可逆憋。 物理腐蚀：满德介藏及环境与复合孛考瓣静榻苴俸阉，傻碳纾缍复合謇手髓豹佼 鼢发焦改交，餐没霄亿孥反应发生，魏藤蚀贫藤扩教避入笈台豺秘基体中。锈毽 腐蚀遥常是胃遂豹，娄瘸镰奔震扶复合材料审扩靛密来霸，复合糟糕琢蠢的瞧髓 胃辍恢簧。瘸镶介矮遥过袭蘧、赛谣的暇辩、扩敬鞠啜皎遴入整台材籽内部，嫒 其发生增羹，产生聚集，馊树滕游胀，导致爨露承受横两豹挝波力，使释鬣结合 力释低，影豌羹含摩| 鹳链稚，这过程主要憝豹理律蠲避程，通称为物理瘸德。 碳缮壤环氧复合材斟在飞枞上豹广泛使爰，必然存寇碳纤维环鼹复合聿孝料与 龛餍糖瓣裰互接麓靛游麓甥。渤予碳纾疆独特的奄张学性能，葵窀梭奄位较正， 与偶接惫弱材料电连接艨，残腐蚀介震中导致邀极电位蛟受鲍愈属腐蚀速搴挑 块。 。2 接触麝蚀凝述 瑟溪上试为睁埔，羧融藩镳稔是窀藕菇镶，帮异耱金属或金簇与器魄的嚣惫 璃( 如碳纤维复合燃料釉露墨) 程飚一秘介质中接触，感予金属电位不嘲使螅位 较 氐拣衾满溶释遥度擞洪，造成接熬楚鹣两帮勰法；蔫缝隙瘸镶被定义为崮予金 属与跗骜物鼓自身结构接触形 减缝熬掰致。霹惩二番豹定义巷 迹含有“接触”的含义。因此， 缀骞必蒹辩攘皴瓣镶豹缀念避 行重新界定。 广义避讲，谯嶷蚀奔鹱黟壤 ( 可黻为大气、电解液、潮湿环 境等) 下，由于接触致搜秘秘热 篷i - 4 速失去潦裔静往能与表磷形态 接触腐蚀 镶簸臻蚀与魄祸藉蛙、缝溅壤镪翁荚系 所形成的翳蚀统称为接触瘸馊。按照癃镶梳理寒分，接触蕊继题含电偶腐蚀与缝 ，涨腐镶。兰者之闺静甍系翔臀i - 4 所示； 接触腐蚀包括电偶鹰蚀、缝隙藤蚀以及电隅髓蚀与缝激壤蚀茭同捧穗三耱类 蹙。奄髓腐镶与缝隙腐键都满予接魅瘸饿，电销瘸镶与缝潦髓镰共同律精的瘸镄 类型氇属于接触腐蚀。 6 黼北工业大学硕士学位论文 第一牵绪论 接触腐蚀中，“接触”指材料与附着物或不同电位材料的电避接，为接触腐蚀 提供前撼条件，丽腐蚀介质又是接触腐蚀的必要条件，二条件必备时才可能发生 接触腐蚀。 接触的材料不同，可以发生不同矛巾炎的接触腐蚀，如同种材料的接触只可能 发生缝陈腐蚀；不同材謇毒的接触可能发嫩纯电俩腐蚀或溉有电稿满蚀又有缝隙腐 蚀；而腿当两种材料的电位接近时，电偶腐蚀驱动力减少，此时发生的接触腐蚀 应该戳缝陈腐蚀为主，麟为馥辩电偶腐蚀驱动为帮电位麓缀夸，不能作为接触藤 蚀的主要驱动力，而缝隙因素应该是接触腐蚀的主导因索。 1 2 1 电偶腐蚀概述 1 2 1 1 电偶腐蚀现象及篡危害 当嚣秘奄极邀链不潮豹金瓣躐合金耀接触势放入电瓣矮溶滚中霹，帮冒发袈 电极电悦较低金属腐蚀加速，而电位较黼的金属腐蚀反而减慢，这种在一定条件 下产生豹遣纯学瘸蚀，帮出于嗣逛投邀攮较裹豹衾蔼接皴嚣弓 起建蚀速发增大戆 现象，称为电偶腐蚀或双金属腐蚀。电偶腐蚀加速效应极大地促进了电檄电位较 低金属熟凑蚀，造戏绫槐失效、材辩浪费，弓 发安全事救。 1 2 1 2 电偶腐蚀的推动力 电偶建蚀与置相接触豹金属在溶波巾匏实鞑电位有关，产生电理腐蚀豹动力 来自两种不同金属接触的实际电位差。一般来说，两种金属的电极电位差愈大， 电偶疼镪愈严蘩，它是产生电偶腐蚀的必要条件，但它誉能决定腐蚀电偶的效率。 由电化学腐蚀动力学可知，两金属偶按詹的腐蚀电流强度与电俄差、极化率及欧 姆电殂商关，其大小可月下式袭示： t = 旒筹南 ( 1 - 1 ) 式中，为电偶电流强度；e c 、e 。分剐为阴、阳极金属偶接前的稳定瞧位；昂、 只分别为阴、嬲极金属的极化率；s 。、s 。分别为阴、阳极金属的表面积；异为 欧姆电阻( 包括溶液电阻和接触电阻) 。 1 - 2 - 1 t 3 电偶腐蚀的影响因素 ( 1 ) 极仡作用的影确l ”l 根据电偶腐蚀动力学，阴极极化率和阳极极化率对电偶腐蚀电流的大小具有 7 疆慧工鼗犬攀碛士学倪论竞 第一章赭论 垂臻戆影啭撵麓。魏程海求孛不锈镞与键缀黢毫强慰鞋及镳与镪缀黢毫瞒对，礴 蠹窀链黧爨耱嚣承，溺援爱斑都跫裁分予遥霖，毽憝否锈镄与懿缝藏翁媳蕊对腐 蚀倾向很小，遮是阂为不锈锻裔良好的钝他膝，翻撩反陂只始猩膜的薄弱她( 漱 予w 致穷避豹魏方) 避栉，臻辍葳藏褪对戆甄避嚣，嚣镳镄镄辩熟诵表舔氧化物 缝羧臻鼹还原，瓣稷爱痰喾暴送行，摄豫率枣，譬鼗毫璃窳蚀严羹。在海衷中低 合众诵与黢辆懿裔蔫後电流夫枣稳獭，落低合鸯钢的自壤颡愈德豫缓钢蒜，戮辍 葳成都楚擞戴酌扩散控涮，当运两稀愈耩销接戳聪，低会金钢的阳极摄化率b e 禳 镛蹇，薅越鹈揍嚣羰锸为辫援，嚣继避滚增大。 国擂褥毽索熬澎蛹 毒孝料的忍露形校瓣魄褒瘸镰邀 番蒋鬻羹臻熬影嗣，魄翻镁薅章葶睾萼戮 瓣缀霹欷鼗：、辣糕魏铃秘、透鼗羧寝 等辩耄稻瓣镶电滚太，l 、案决定戆澎 嚷。逶豢燃舞瑟鞫极瓣瑕埘戳酶鬣露镪 攀，攒蕊戮凝嚣拣酉驭捷翳辍还嚣殷 盛露瓣逮凌攥麓，辩彀鬓邀滚矮犬。v 摄摄文献l 渊，鼹瓣瓣嘏毂秘电滚密凝 与瓣阳掇磷粳魄成蠢魄关系，璃者关 系魏线弱赫辜每零鼹鞠辍奢袅鹣漆 解泼性簿凝，如图l s 掰承。 移) 游波毫魏骢影螭 奁蔽金震爨赣熬窑镄孛鬃誊爨 扶连接她弹聋近浆两部撩蚀来识鬟憩 偶腐蚀效艘。这是因为糍敷偶腐蚀岭 警 蠢 墓 o 砖z ，j k 鞫1 - 5 粼檄逝鹈彀漆辩发舄翻鞭壤霹鞭魄芙黎 鼯辍垒疆黼麝镪电流努蠢怒不均匀靛，毪涟接怂囊电镬散筑孳 起翡热逮瓣德最 大，薤离结合帮谴蕊逡，瀵镀逡越枣，逸与溶滚魄隧衮焚。藏薅。夯壤熬穰嚣牵 邈会影嫡嘏偶辫蚀零，翔嘏导缝较濑静海承，傻淤拨金鹅受缀鞭扩大( 扩联别离 接触点较艨处) ，豳群降低经蚀羽严爨骶，但夜软水或大气中，侵蚀集中猩接触 赢融送，蠖镳萋，蔻羧愁文。 f 4 ) 环耩因豢静辫晌 踺魄缡腐蚀寒说，繇辘困豢辫晌逡缀大，鄢璃豹姆煮挺凝蚀靛在缀犬程度上 决定了泡馁藤镶懿程艘。遴露对予一宠鹣繇壤，戮镳熬较麓的龛聪是嗽偶中鹃隆 狡，毽露对在枣嚣磁= 壤中，嚣一瞧稻戆辍缎会鑫瑷逯辏，环境懿影豌主要有以下 西北工业人学硕士学位论文第一章绪论 几个方面： 1 ) 介质的影响。介质作为腐蚀的主要媒介，在腐蚀中占有主导的地位，电偶 瞄蚀能否发生、发生的剧烈程度等都取决于介质。剖而介质的组分、浓度等对材 料之间的接触腐蚀敏感性具有直接的影响。 2 愠度的影响。温度的变化影响到导电离子的活度、介质的扩散与对流等， 从而影响到腐蚀介质的欧姆阻抗、交 流阻抗、进一步影响到接触腐蚀的快 慢与严重程度。文献【1 7 】研究了温度对 金属紧固件与碳纤维复合材科之间电 偶腐蚀的影响。结果表明，复台材料 与l c 4 、3 0 c r n i n s i n i 2 a 的电偶电流 随温度增加而显著上升，如图1 - 6 所 玎i o 瞄 t 三 t h 删 图1 - 6 电偶电流随温度升高的变化曲线 3 ) 溶液中的氧的影响。一般的非 封闭溶液中都溶解有不同量的氧，溶液中溶解氧与环境温度、压力等有关，氧在 水溶液中的溶解度随温度升高而降低。氧是一种去极化荆，能加速金属的腐蚀过 程，实际上多数情况是氧去极化引起的腐蚀，因为氧电极的平衡电极电位通常比 在相同条件下氢电极平衡电位正的 多。含氧浓度越高，电极电位越正， 而含氧浓度低的部位电极电位越负， 从而可以形成一个腐蚀电池，含氧少 的部位发生会属腐蚀，这就是所谓的 氧浓差电池i l 。 4 ) 流速的影响。流动海水中的电 偶效应高于平静海水中的电偶效应， 如图1 - 7 所示，电解质溶液的流速可 图1 - 7 流速对偶对电流的影响 以大幅度地增加电偶对之间的电偶电流1 1 9 】。但对于表面有钝化膜的不锈钢之类金 属而言，存一定的高流速海水中由于氧的供应充分，形成的表面膜的作用强。当 它与其它金属偶合时，若它为阳极时，被腐蚀加速小于平静海水中的情况：若作 为阴极时，则会使电偶效应增加。另外，在高流速海水中，流速大到冲刷掉腐蚀 产物时，使电偶效应增加，则会造成损害删。 疆魏工攮大学矮j = 掌经论文 第章绪瓷 。2 ，2 缝隙瘸蚀摄逑 l ，2 2 1 缝激磨镶瑷黎及葵危窿 金藕表颡主出予存在雾物或黎掏上豹艨嚣两形藏缝凉，健缝巍游渡中与滤蚀 蠢头翡镌艨j 萋穆困嫩联霉| 起的缝隙瞻金瓣的腐蚀，总髂必缝隙瓣蚀。例如，龛蕊 镲接援、繇捻恣接静雅含帮、拣纹结合部等悸税下愈属与众满黼澎躐静缝敬，竣 及赡睡产物、砂粒、获念、污耨、海淀、海照秘等沉积或附蒋物在金属袭蘧上蘼 影藏静缝藏等等，在一霆毫鹬貘溶滚孛都会褒缝稼麴餍帮慧豳巍声警严爨羽腐城 1 2 1 1 。缝隙淄镶在不闲瓣盒麟释不同的癃蚀介质阍出糯，会谈结构部棒谂成必穗， 会譬l 缒燕产设器运繇蹬蕊严霪辩繇，有稳蒸歪霹麓趱现蔽轿事赦，围丽每 超人髑 懿擞太关注。 l 。2 2 2 缝簸褒镳豹影镌滏豢 蓉1 7 0 蠢篓 辍鞠 譬7 5 攀辩 羹雩 辩 辩羹 慧 赫。 e 髓瓣鹑蠊纛謇 爨i - 82 c r t 3 苓锈锈程0 s mn a c i 薅瀵 中缝溅宽艘与滚瓒黻及蒽褒被搴鼹关 搽 嚣1 - 9 缝蘸囊镀靖堂| 毪率每缝黻静蠹 瓣积托斡荚惹 f 1 ) 凡辫困豢静澎豌 黪噙缝隙腐蚀鹨曩囊a 何嚣豢镰话是辩瓣姨，缝隙懿寰、深度激及缝躲沟癸 裁粳等，密们凌定餐氧逡入缝黢黥程度、峨褥滚缀藏豹变貔、惫挝瓣努蠢窝褒蕊 龟邀犍8 露效谯等。 强1 遗表示了2 0 1 3 举锈钢在0 。5 mn a c l 潞液巾缝豫瓷震与缝黻深度瓤及憩 磨蚀搴酶关蹑。以器嗽，娄缝隙鼹度变窄瓣，憨瓣蚀率隧之增离，痕饿深嶷隧 之嶷纯。授臻最大豹是缝豫赛发为o ，1 0 r a m - - , 0 t 2 m m ，5 0 天鹣搜入灏廑绞遮9 0 蚌1 1 1 ；溺闯黢0 2 5 r a m 豉熨窝些时，在0 5 mn a c i 溶液中并不产生缝隙腐蚀。这 是囱予惫璃在潮骧中静藏蚀性袋靛凳变纯掰叛，程蒋常窄韵缝辍串，由予镱化司 硒北工业大学硕士学位论文 第一蜷绪论 浓度的大大下降和电解质更急烈的酸他，使整个缝隙中的钝化表韬被破坏，结果 膜蚀深度凰有降低，丽总的腐蚀零却仍增n t 2 羽。 不锈钢在海水中的缝隙腐蚀随缝隙箍积的减小或缝隙外材料裸露丽袄的增 大而增加，缝隙内区域被认为是阳极，而缝隙外赋域为阴极。可以利用双金属电 偶电沲的行为来解释，即大阴辍小阳极的情凝下，在给定的电流下，小阳极上电 流密度大，因而腐蚀速率大。图1 - 9 【2 3 】示出了阴极( 裸鼷部分) 阳极( 缝隙) 面 积沈对3 0 4 、3 1 6 、i n c o l o y 8 2 5 在海承中缝隙腐蚀萌生尼率酌影响( 暴露条件：室 澡，流动海水，3 0 d ) 。 ( 2 弼：境蠢素豹影响 缝隙腐蚀在浒多介质中都能产生，但在含氯离子溶液中最易发生。溶液中氯 离子静禽量愈赢，缝陈瘸缓酌哥麓往藏) 氛大。霹予含舂 氧纯魏鬣纯物帮溶解戴 的体系而言，当氯离子含量大予0 1 辩，裁霹麓弓l 趣缝蒎寤镳。 般来说，在中性电解质内，溶液 串0 2 浓度缮熬，缝豫外罄爨投爰瘦热 速，腐蚀量增加。- 通常溶液中溶解氧小 予0 ，5 p p m 霉圣，蠢霹笈不弓| 起缝羰窳键。 因1 1 0 袭明l ，随着溶解氧的增加，钛 发生缝辍瘗镶懿孕育裁惩长，懿缝豫瘸 蚀电流增大，潞解氧对钛的腐蚀有阻碍 终弱，魏是一曼缝内钛熬键化膜玻蓼弱 发生缝隙腐蚀盾，缝隙外钛上阴极还原 电滚增大，困惑馊缝隙内阳极壤蚀电流 增大。 涅发升高熊增热阳极反应速发。敞 汗系统的溶液中溶解0 2 的浓度会随着 温度舞怒嚣下鼹，大概谯8 0 瓣缝隙腐 蚀交得极大。禚密闭系统中，随着温度 丹高也溉大大加快缝隙瘸蚀的速度。 ( 3 1 材料因索 抟 百 呈培 口 5 e1 ， 莲l