应力与环境因素耦合对铝合金耐久性能的影响

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1、国内图书分类号：TG174西北工业大学工学博士学位论文应力与环境因素耦合对铝合金耐久性能的影响硕士研究生：崔腾飞导师：刘道新教授申请学位级别：博士学科、专业：材料学所在单位：航空学院答辩日期：2017年04月授予学位单位：西北工业大学Classifiedindex:TG174DissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyEffectofStressandGalvani

2、cFactorsontheDurabilityofAluminumAlloysPh.DCandidate：CUITengfeiAdvisor：ProfessorLIUDaoxinDegreeAppliedfor：DoctorofPhilosophySpecialty：MaterialsProcessingEngineeringSchool：SchoolofAeronauticDateofOralDefence：April，2017UniversityConferringDegree：Northwes

3、ternPolytechnicalUniversity摘要摘要飞机关键承力结构的服役工况是地面停放期间遭受环境腐蚀，飞行期间经历交变疲劳载荷，因此，“腐蚀与疲劳交替作用”成为飞机承力结构的主要服役历程。铝合金是目前主流飞机的主选材料，然而，为了发挥各类材料的固有特性，飞机结构选材种类繁多。因此，腐蚀环境因素、力学因素、异类材料接触的电偶因素等，成为影响飞机铝合金结构安全性和服役寿命的重要因素，为保证飞机结构的安全性和预测飞机的服役寿命，上述因素单独对铝合金疲劳耐久行为的影响已有较多的研究。然而，有关

4、这些因素耦合作用的研究尚不够充分，对相关机理的认识也不够清晰；在编制飞机结构载荷/环境耦合谱中对一些重要因素（如预腐蚀方式、预应力腐蚀、环境因素影响权重、热冲击、试样尺寸效应、腐蚀与疲劳加载交替频次、载荷谱类型、过载效应等）的影响规律和机理的认识也不够清晰和统一。为此，本文研究应力、环境、电偶因素及其耦合作用对典型铝合金疲劳等耐久行为的影响规律和作用机理，探讨编谱过程中涉及的上述重要因素的影响规律和作用机制，以及在典型海洋工业大气环境和内陆城市大气环境地区服役飞机铝合金结构的载荷/环境耦合谱的建立方

5、法。取得的主要结果如下：（1）研究发现Cl-浓度是影响5050铝合金/45钢电偶腐蚀行为的主导因素，在蒸馏水中，45钢起初为阴极，加速5050铝合金阳极的腐蚀，但5050合金钝化能力强，很快因电位升高转变为阴极而得到保护，从而导致了电偶电极的逆转现象。在中性NaCl水溶液中5050铝合金活性高，始终作为阳极而被加速腐蚀，且随Cl-浓度升高，电偶腐蚀敏感性增强。在pH值4～7的3.5%NaCl水溶液中5050合金仍有钝化能力，pH值对钝化膜的稳定性影响不显著，故电偶腐蚀敏感性变化不明显。然而，当pH值

6、降低到2时，5050合金难以钝化，导致电偶腐蚀电流增大5倍，腐蚀模式也由点蚀转变为均匀性全面腐蚀。（2）外加拉应力降低了5050铝合金在3.5%NaCl水溶液中的电化学位和钝化膜的稳定性，增强了5050铝合金/40CrNiMoA钢的电偶腐蚀敏感性，并随拉力值升高，电偶腐蚀敏感性增强。电偶因素促进5050合金力学性能的退化，与拉应力因素耦合后则会协同加速5050合金力学性能的退化，在拉应力不超过其屈服强度的75%时，电偶因素的作用权重大。2E12铝合金与00Cr18Ni10N不锈钢之间开路电位差大，故

7、电偶腐蚀敏感性明显高于5050铝合金/45钢电偶对；电偶因素导致2E12铝合金应力腐蚀寿命降低2/3，此归于电偶-应力耦合效应及2E12合金晶界区富铜相导致局部贫Cu，进而造成晶间腐蚀敏感性高的缘故。（3）研究发现预腐蚀方式对7B04-T6铝合金疲劳抗力有重要的影响，影响程度从大到小的预腐蚀方式排序为：盐雾腐蚀＞周期浸润腐蚀＞盐雾与湿热循环腐蚀，原因归于各腐蚀方式中铝合金腐蚀机理的差异。用正交试验法揭示了影响预I西北工业大学工学博士学位论文腐蚀铝合金疲劳抗力的环境因素权重排序，即：NaCl浓度>腐蚀

8、时间>环境温度>溶液pH值，Cl-浓度是主导因素，既决定腐蚀机理，也对pH值、温度、腐蚀时间因素的作用产生影响。Cl-浓度较低时，铝合金以全面腐蚀为主，pH值的影响不显著。Cl-浓度较高时，铝合金以点蚀为主，降低pH值，或提高温度，或延长腐蚀时间均会促进点蚀，进而导致疲劳抗力降低。建立了预腐蚀环境因素与铝合金自腐蚀电流密度间的定量关系式，以及自腐蚀电流密度与试样疲劳寿命之间的定量关系式，可预测点腐蚀为主要破坏形式的预腐蚀铝合金的疲劳寿命。（4）NaCl环境中预腐蚀时间