低压冷喷涂航空铝合金涂层的微观组织、力学性能和腐蚀行为研究
发布时间：2021-06-05 17:49
铝合金由于密度低、比强度高,可加工性好等特点,在航空领域有着十分广泛的应用。但是铝合金构件在服役过程中,可能会因异物/碎片的冲击或反复抛光而出现侵蚀、划伤和裂纹等形式的损伤,因此,在不改变或影响底层母材的情况下,有必要对受损的区域进行修复,以恢复其原始光洁度和防腐能力。冷喷涂技术由于在较低的工作温度进行,喷涂过程中,材料不发生熔化、涂层材料基本保留了粉末的组织结构和性质,在铝合金构件修复中具有非常大的优势。当前,如何利用低压冷喷涂技术制备致密度高、力学性能和耐蚀性俱佳的铝基合金涂层研究还较少,缺乏深入细致的研究,无法为后续涂层的工业应用提供重要的参考。本文利用低压冷喷涂设备在AA 2024-T3基体上分别制备了 2024-A12O3复合涂层,粉末退火预处理的2024涂层以及含不同合金元素的铝基涂层,通过力学和腐蚀电化学测试,研究了氧化铝含量、原料粉末的硬度、合金元素种类对铝基涂层的沉积效率、力学和腐蚀性能以及涂层的腐蚀失效机理等方面的影响。主要研究结果如下:在氧化铝添加量对复合涂层的性能研究方面发现:20 wt.%Al2O3添加量的复合涂层结构致密,孔隙率仅有0.55%,结合强度可达5...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１冷喷涂和热喷涂的粒子速度、载气温度以及基体温度的对比［２］??
?低压冷喷涂航空铝合金涂层的微观组织、力学性能和腐蚀行为研究???１．２冷喷涂技术原理??根据压缩气体的压力大小，冷喷涂技术通常可分为低压冷喷涂（０．６－１．０ＭＰａ）??和高压冷喷涂（１．０－３．５?ＭＰａ）两种。总的来说，这两种喷涂方法各有特点，各??有利弊。虽然国际上很多研究单位开发了不同的冷喷涂系统，但如前所述，冷喷??涂技术是科学家们在研究超音速气－固双相流时发现的，因此，各种冷喷涂系统??的核心都是高速气－固双向流的发生装置。图１．２所示为两种喷涂方法流程示意??图。虽然其结构不尽相同，但两种系统均包括了以下部件：气体加热器、送粉器??和喷枪。??混合腔严涂层??１?１??！?喷嘴?，??（ｌ．〇＾５ＭＰａ）?ＡｎＡＡｎ?糾??＾刚］麗??纖器??粉末??分流筛丁??低压气源加觸?＼?涂层ｒ??剑??ｍ〇?混合Ｅ?Ｌａｖａｌ喷嘴?／??＜ｂ）?基体??图１．２高压冷喷涂（ａ）和低压冷喷涂（ｂ）示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｃｏｌｄ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?（ａ）?ａｎｄ?ｌｏｗ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｃｏｌｄ??ｓｐｒａｙｉｎｇ?（ｂ）??２??
中，只有粒子速度超过临界沉积速度，原材料颗粒才能有效沉积［１８，１９］。??其中，冷喷涂沉积物的形成主要包括两个阶段。第一个阶段是原料颗粒在基体上??的沉积，这期间发生原料颗粒和基体的结合。第二阶段则是原料颗粒在沉积层的??表面的沉积，而这主要出现的是原料粒子之间的结合。每种结合方式，也就是颗??粒一基体和颗粒－颗粒，都存在各自对应的临界沉积速度。而粒子的速度需要同时??满足这两种要求才能成功的沉积。但是，如果基体和原料是同一种材料，那么我??们可以认为这两个阶段的临界速度是相同的。图１．３所示为直径４５?的铝颗粒??分别以不同速度撞击铝基材的原位观测图。可以看出只有速度超过了临界速度，??铝颗粒才能够沉积到基体上［２（）］。临界速度通常不是一个常数，它受材料的种类、??颗粒尺寸、颗粒温度等因素影响。较大的颗粒尺寸和较高的颗粒温度有助于降低??临界速度［２（ｍ１。??（ａ）?＋２０?ｎｓ?＋２０?ｎｓ?＋２０?ｎｓ?＋?２０?ｎｓ?＋?２０?ｎｓ?＋?１００?ｎｓ?＋?１００?ｎｓ?＋?１５０?ｎｓ?＋?１５０?ｎｓ?＋?１０?ｓ??（ｂ）?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１００?ｎｓ?＋?１０?ｓ??￥?Ｕ?？?？?１?▲?一?一?，?一?＾??ＨＩ??图１．３原位观察直径４５的铝颗粒分别以（ａ）?６０５?ｍ／ｓ和（ｂ）?８０５?ｍ／ｓ的速度与铝基体??碰撞的过程。临界速度介于６０５和８０５?ｍ／ｓ之间［２Ｇ］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｉｎ－ｓｉｔｕ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?４５?｜ｉｍ?ａｌｕｍｉｎｉｕｍ?ｐａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrochemical corrosion behavior of 2A02 Al alloy under an accelerated simulation marine atmospheric environment[J]. Min Cao,Li Liu,Zhongfen Yu,Lei Fan,Ying Li,Fuhui Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(04)
[2]钝性纳米金属材料的电化学腐蚀行为研究:钝化膜生长和局部点蚀行为[J]. 刘莉,李瑛,王福会. 金属学报. 2014(02)
本文编号：3212623
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１冷喷涂和热喷涂的粒子速度、载气温度以及基体温度的对比［２］??
?低压冷喷涂航空铝合金涂层的微观组织、力学性能和腐蚀行为研究???１．２冷喷涂技术原理??根据压缩气体的压力大小，冷喷涂技术通常可分为低压冷喷涂（０．６－１．０ＭＰａ）??和高压冷喷涂（１．０－３．５?ＭＰａ）两种。总的来说，这两种喷涂方法各有特点，各??有利弊。虽然国际上很多研究单位开发了不同的冷喷涂系统，但如前所述，冷喷??涂技术是科学家们在研究超音速气－固双相流时发现的，因此，各种冷喷涂系统??的核心都是高速气－固双向流的发生装置。图１．２所示为两种喷涂方法流程示意??图。虽然其结构不尽相同，但两种系统均包括了以下部件：气体加热器、送粉器??和喷枪。??混合腔严涂层??１?１??！?喷嘴?，??（ｌ．〇＾５ＭＰａ）?ＡｎＡＡｎ?糾??＾刚］麗??纖器??粉末??分流筛丁??低压气源加觸?＼?涂层ｒ??剑??ｍ〇?混合Ｅ?Ｌａｖａｌ喷嘴?／??＜ｂ）?基体??图１．２高压冷喷涂（ａ）和低压冷喷涂（ｂ）示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｃｏｌｄ?ｓｐｒａｙｉｎｇ?（ａ）?ａｎｄ?ｌｏｗ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｃｏｌｄ??ｓｐｒａｙｉｎｇ?（ｂ）??２??
中，只有粒子速度超过临界沉积速度，原材料颗粒才能有效沉积［１８，１９］。??其中，冷喷涂沉积物的形成主要包括两个阶段。第一个阶段是原料颗粒在基体上??的沉积，这期间发生原料颗粒和基体的结合。第二阶段则是原料颗粒在沉积层的??表面的沉积，而这主要出现的是原料粒子之间的结合。每种结合方式，也就是颗??粒一基体和颗粒－颗粒，都存在各自对应的临界沉积速度。而粒子的速度需要同时??满足这两种要求才能成功的沉积。但是，如果基体和原料是同一种材料，那么我??们可以认为这两个阶段的临界速度是相同的。图１．３所示为直径４５?的铝颗粒??分别以不同速度撞击铝基材的原位观测图。可以看出只有速度超过了临界速度，??铝颗粒才能够沉积到基体上［２（）］。临界速度通常不是一个常数，它受材料的种类、??颗粒尺寸、颗粒温度等因素影响。较大的颗粒尺寸和较高的颗粒温度有助于降低??临界速度［２（ｍ１。??（ａ）?＋２０?ｎｓ?＋２０?ｎｓ?＋２０?ｎｓ?＋?２０?ｎｓ?＋?２０?ｎｓ?＋?１００?ｎｓ?＋?１００?ｎｓ?＋?１５０?ｎｓ?＋?１５０?ｎｓ?＋?１０?ｓ??（ｂ）?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１０?ｎｓ?＋１００?ｎｓ?＋?１０?ｓ??￥?Ｕ?？?？?１?▲?一?一?，?一?＾??ＨＩ??图１．３原位观察直径４５的铝颗粒分别以（ａ）?６０５?ｍ／ｓ和（ｂ）?８０５?ｍ／ｓ的速度与铝基体??碰撞的过程。临界速度介于６０５和８０５?ｍ／ｓ之间［２Ｇ］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｉｎ－ｓｉｔｕ?ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａ?４５?｜ｉｍ?ａｌｕｍｉｎｉｕｍ?ｐａ
【参考文献】：
期刊论文
[1]Electrochemical corrosion behavior of 2A02 Al alloy under an accelerated simulation marine atmospheric environment[J]. Min Cao,Li Liu,Zhongfen Yu,Lei Fan,Ying Li,Fuhui Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(04)
[2]钝性纳米金属材料的电化学腐蚀行为研究:钝化膜生长和局部点蚀行为[J]. 刘莉,李瑛,王福会. 金属学报. 2014(02)
本文编号：3212623
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