实海浸泡条件下聚氨酯涂层的失效行为

目的 在青岛市小麦岛试验站开展实海浸泡试验,探究聚氨酯涂层在实际服役过程中的失效行为。 方法 选用TS55?80聚氨酯涂层/Q235碳钢体系为试验样品,开展实海浸泡试验。从聚氨酯涂层的表面形貌、失光率、色差、涂层附着力、化学结构及涂层热稳定性等角度对聚氨酯涂层的失效行为进行研究。结果 在实海浸泡条件下,聚氨酯涂层表面会出现明显的鼓泡和裂纹等缺陷,在浸泡6个月后的涂层表面可以观察到明显的腐蚀产物。随着浸泡时间的延长,涂层的化学结构发生了明显变化,涂层的热稳定性显著降低。在浸泡12个月后,聚氨酯涂层的失光率为69.9%,属于严重失光;涂层的色差达到3.20,属于轻微变色,涂层的附着力降至0.82 MPa,涂层与金属基体的结合强度大幅下降;聚氨酯涂层的阻抗值降至2.81×10³ Ω.cm²,说明涂层的防护性能基本丧失。结论 在实海浸泡条件下,聚氨酯涂层中颜料颗粒的脱落会造成涂层表面孔隙数量的增加,这会加速海水中水和氧气等腐蚀性介质的渗透过程,使得涂层/金属界面处的电化学反应快速进行,导致涂层的防护性能快速下降。此外,聚氨酯链中氨基甲酸酯键的水解是造成聚氨酯涂层发生降解的主要原因。     

两种水性聚氨酯涂层在3种加速老化试验中的性能对比

目的 研究目前水性涂料中两种应用广泛的水性脂肪族聚氨酯涂层与水性丙烯酸聚氨酯涂层的耐候性与防腐性能的差异,探讨加速老化方法对涂层性能的影响.方法 利用3种加速老化试验(中性盐雾、紫外-冷凝以及中性盐雾-紫外冷凝循环试验)对涂层进行240 d的加速老化.通过涂层的失光率、色差以及红外吸收光谱变化,研究涂层老化情况.利用交流阻抗法判断涂层防腐性能强弱,分析两种涂层体系在不同加速老化试验中的性能变化.结果 在各加速老化试验条件下,水性脂肪族聚氨酯涂层相比于水性丙烯酸聚氨酯涂层,失光率与色差变化小,阻抗下降较少,涂层基体官能团分解程度小,说明水性脂肪族聚氨酯涂层老化程度小,防腐性能更好.3种老化加速试验对涂层阻抗影响顺序为:中性盐雾试验>循环试验>紫外-冷凝试验.对涂层色差、失光率影响顺序为:紫外-冷凝试验>循环试验、中性盐雾试验.结论 连续的盐雾渗透对涂层的防腐屏蔽性能影响最严重.紫外线对涂层官能团分解具有加速作用,是涂层老化的主要原因.水性脂肪族聚氨酯涂层比水性丙烯酸聚氨酯涂层具有更好的耐候性以及防腐性能,可以应用在强紫外线、高湿热的环境.     

实验室加速环境下水性快干环氧厚浆底漆老化机理及失效过程

目的 通过实验室循环加速试验模拟海洋大气环境,研究水性快干环氧厚浆底漆在服役过程中的老化机理及失效过程。方法 设计“浸泡?紫外/冷凝?湿热老化循环加速试验”,并借鉴化学配方问题中的混料法设计循环试验中各单因素试验时长,随机生成3组不同时间组合的循环加速试验环境谱。采用电化学交流阻抗法,结合光泽度、色差、硬度、附着力及红外光谱等数据研究底漆的性能变化。结果 在3组不同环境循环试验中,环境1(浸泡24 h?紫外/冷凝72 h?湿热老化48 h)中的底漆破坏程度最严重,硬度下降明显,6个循环周期后失光率、色差显著升高,等级分别为严重失光和严重失色,低频阻抗下降至3.9×10³ ?.cm²;环境2(浸泡/4 h?紫外/冷凝12 h?湿热老化78 h)和环境3(浸泡54 h?紫外/冷凝42 h?湿热老化48 h)中的涂层硬度无明显变化,涂层附着力先上升后下降,试验结束后涂层低频阻抗均下降至2.7×10⁵ ?.cm²。结论 水性环氧厚浆底漆的老化机理为亲水基团引起的水降解和紫外辐照引起的光氧降解间的协同作用,失效过程可分为涂层吸水、涂层/金属基体界面腐蚀发生和涂层失效等3个阶段。     

模拟海洋大气环境下铝合金表面锌黄环氧底漆/丙烯酸聚氨酯面漆涂层体系失效过程研究

目的研究5A06型铝基材所使用的锌黄环氧底漆/丙烯酸聚氨酯面漆涂层体系的失效过程。方法设计"紫外/冷凝3 d+中性盐雾3 d+低温暴露1 d"为一个周期的实验室循环加速试验,采用交流阻抗谱法,结合光泽度、色差值、红外光谱等数据,研究涂层体系性能。结果循环加速试验进行到16周,该过程中面漆的失光率、色差值上升,达到轻微失光等级和轻微变色等级。面漆的表面形貌及涂层的低频阻抗发生明显变化,第12周时在光学显微镜下明显可见微小鼓泡,涂层0.1 Hz阻抗保持在109W·cm~2以上,但此后鼓泡数量增加,部分鼓泡破损,颜填料流出;第14周时,0.1 Hz阻抗下降到108W·cm~2,此后鼓泡数量进一步增加,部分鼓泡处面漆脱落;第16周时,0.1 Hz阻抗下降到约为107W·cm~2。结论丙烯酸聚氨酯面漆树脂基体特征官能团、聚合物链发生断裂,面漆的完整性遭到破坏,这可能与紫外线照射相关。这将加速涂层中腐蚀性介质(如水、氧和侵蚀性氯离子)渗透,促进涂层的失效。     

铝合金表面聚氨酯涂层在加速实验条件下的老化机制及规律研究

针对有机涂层抗腐蚀性能评估问题,基于涂层老化物理机制,运用热力学理论建立了紫外线辐照条件下当量折算系数理论模型,提出了有机涂层加速老化实验谱编制方法。针对铝合金表面聚氨酯涂层进行了加速老化实验,分别从宏观和微观形貌、失光率、色差、粘附性能、电化学阻抗等多个方面表征了涂层老化规律,揭示了老化物理机制。结果表明,失光率和色差不能作为涂层失效评估参数,粘附性能和电化学阻抗能较好地表征涂层老化规律。涂层老化过程大致可以分成3个阶段,初期(第0~2个周期)抗腐蚀性能完好,低频电化学阻抗|Z|_(0.01 Hz)为10~(10)Ω·cm~2量级;中期(第3~7个周期),|Z|_(0.01Hz)为10~7~10~9Ω·cm~2量级,内部微孔增大增多,抗腐蚀性能明显衰减;后期(第8~9个周期),表面出现局部鼓包,|Z|0.01 Hz为106Ω·cm2量级,粘附性能仅为初始值的35%,涂层失效。涂层的使用寿命大约为8 a,这与实际使用情况相吻合,初步验证了涂层加速实验谱编制方法的合理性和可行性。     

碳钢/有机涂层在模拟大气环境中的失效研究与寿命预测

针对有机涂层在大气环境中失效过程较长的特点,利用Corrosion Master腐蚀仿真平台对Q235碳钢/有机涂层体系分别在海洋大气、工业大气和海洋工业大气3种腐蚀环境条件下的服役寿命进行预测,并结合腐蚀电化学相关测试与涂层的失效行为研究结果对仿真计算结果进行了分析和验证。结果表明,相同环境条件下仿真模拟计算结果与实验结果具有较好的一致性,仿真技术可以用于金属/有机涂层在大气环境下的失效行为研究,并可实现寿命预测。     

声发射技术在热障涂层失效机理中的研究进展及展望

热障涂层（TBCs）具有优异的高温抗氧化、高温力学和抗热腐蚀性能而备受关注,广泛应用于航空发动机和燃气轮机热端部件中。热障涂层服役环境的恶劣和涂层体系结构的复杂,极易导致涂层发生界面分层或剥落失效,因此通过对热障涂层的裂纹萌生和扩展问题进行实时监测,对于失效机理研究显得尤为重要。简述光激发荧光压电光谱（PLPS）、红外热成像（IRT）、阻抗谱（IS）的原理及其在热障涂层失效行为研究中的应用,重点介绍声发射技术在热障涂层失效机理方面的研究成果。基于声发射的热障涂层失效过程的信号分析和深度处理,结合声发射技术在热障涂层中的参数分析和波形分析,对热障涂层失效过程及失效形态进行模式识别,通过损伤程度的定量评估来进行热障涂层的寿命预测。对声发射技术在热障涂层失效预测及寿命评估指明了方向,并创新性地对未来声发射技术在热障涂层的疲劳损伤方面研究趋势提出展望。     

CMAS渗入对等离子喷涂YSZ热障涂层形貌的影响*

研究了等离子喷涂不同结构YSZ涂层在CMAS渗入作用下的形貌演变规律。对带有模拟CMAS沉积物的YSZ涂层进行高温热处理试验,并在低CMAS输送量条件下对YSZ涂层进行冲刷试验,试验后涂层均出现了严重的层间剥离失效。通过试验前后涂层的截面形貌及Raman光谱分析,结果表明:涂层的显微形貌变化主要表现在高温下熔融态CMAS沿涂层表面微裂纹和孔隙渗入内部,引起YSZ陶瓷层孔隙收缩、表层致密化,同时在涂层表面粘附的CMAS耦合作用下,YSZ涂层表层中产生大量横向微裂纹和明显分层;另外,YSZ涂层表层在CMAS中溶解并导致YSZ加速相变失稳也是影响涂层形貌变化和过快失效的因素之一。CMAS沉积层厚度增加时,同等条件下CMAS对涂层失效的影响会加剧。     

水轮机过流部件表面WC-CoCr涂层的失效机理

应用于多泥沙河流水轮机过流部件的超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层在服役中受到泥沙作用而发生磨蚀。喷涂扁平粒子内部的WC硬质相受到泥沙作用而发生脱落。WC扁平粒子碎片或喷涂飞溅部分在泥沙磨蚀作用下发生整体脱落。文中基于涂层现场采样分析和空蚀、冲蚀、磨损等试验研究超音速火焰喷涂WC-CoCr涂层的现场服役失效机理。结果表明:WC涂层的抗磨损性能约为基体的16倍;但其30°攻角下的抗冲蚀性能并不明显;经过8h空蚀试验后,WC涂层的空蚀率下降至母材的70%。空蚀过程中,涂层的损伤从孔隙部位开始扩展,在空蚀的作用下,涂层磨蚀损伤加剧。在真实服役环境下WC颗粒的剥落、喷涂涂层粒子的剥落以及涂层中的孔隙诱发空蚀损伤是导致涂层失效的主要因素。     

服役环境对涡轮导向叶片热障涂层失效模式的影响

目的 基于服役环境下热障涂层失效行为的复杂性,分析服役环境对涡轮导向叶片热障涂层的影响,并总结涡轮导向叶片热障涂层的失效模式。方法 针对服役环境下某型民用航空发动机涡轮导向叶片,使用UG软件建模,并且采用FLUENT软件对其进行三维共轭传热计算,结合热障涂层宏微观形貌、钙镁铝硅酸盐（CMAS）侵蚀行为、热生长氧化物（TGO）的生长情况,以及孔隙率和硬度的变化,通过引入涂层损伤系数,建立一种新的热障涂层区域失效评估模式,综合分析服役环境对涡轮导向叶片热障涂层区域化失效模式的影响。结果 在经历了8500h服役后,涡轮导向叶片表面热障涂层的失效模式因服役环境的局部差异而不同。叶片前缘区域最高温度达到1 501.69 K,发生了严重的低熔点氧化物侵蚀,导致陶瓷层的孔隙率降至11.909%,TGO等效厚度生长至1.870μm。后缘区域的最低温度为980.46 K,未见CMAS侵蚀,陶瓷层的孔隙率降至13.701%,TGO等效厚度生长至2.676μm。叶盆、叶背表面平均温度分别为1363.47K和1 264.14 K,发生了轻度低熔点氧化物侵蚀,陶瓷层的孔隙率分别降至12.176%和13.371%...