医用金属材料腐蚀疲劳性能研究进展

结合文献和课题组的研究,对医用金属材料腐蚀疲劳性能的研究进展进行了总结,分别从腐蚀疲劳的危害性、分类、设计、控制等几个方面进行了阐述。腐蚀疲劳失效首先发生于材料表面,医用材料-生理环境的界面对于植入器械手术成功与否有着至关重要的作用,可以根据裂纹扩展速度曲线特征,将腐蚀疲劳分为三类。医用金属材料的腐蚀疲劳性能研究应考量其服役环境进行设计,可以通过表面处理、合金化等方法改善医用金属材料的腐蚀疲劳性能。医用金属材料腐蚀疲劳性能研究的一些基础问题仍待解决：医用金属材料在微生物参与下的腐蚀疲劳行为及其相关机制亟待阐述;医用金属材料的微生物腐蚀疲劳研究是一个系统、长期、复杂的过程,需要合理地建立实验模型,将三维有限元与传统实验方法有机结合,进一步指导医用金属材料相关器械的设计;新的合金成分设计、新的加工制造方式所获得的新型合金生理环境下的腐蚀疲劳性能,其相关数据亟待完善,这关系到新型医用金属材料长期使用的生物安全性问题,亟需开展大量的基础研究工作。在综合评述医用金属材料腐蚀疲劳性能研究现状的基础上,对医用金属腐蚀疲劳在学科交叉研究和新材料基础研究方面的发展趋势进行了展望。     

304不锈钢微尺度试样的腐蚀疲劳性能

用新组建的微尺寸试样腐蚀疲劳实验平台研究了304不锈钢微试样在腐蚀性介质(0.9%NaCl溶液)和实验室空气中的疲劳性能.结果表明:预腐蚀后,微试样表面腐蚀形貌为均匀腐蚀,没有发现明显的点蚀特征.微试样在空气中的疲劳寿命为107次,是腐蚀介质中疲劳寿命的10-100倍.腐蚀疲劳过程中伴随着最大载荷的降低.且在疲劳断裂前很短的时间内,最大载荷急剧降低.腐蚀疲劳断口上没有明显的腐蚀疲劳长裂纹出现.     

海洋环境下激光立体成形钛合金板的腐蚀疲劳损伤

在海洋环境服役过程中,空气中的潮湿气体和盐雾等构成的腐蚀环境,对飞机安全使用造成了严重威胁。腐蚀疲劳引起的破坏事故所占比例最高,为22%。为保证舰载飞机使用安全,理清在海洋环境下,增材钛合金构件的腐蚀疲劳特性至关重要。对增材钛合金进行海洋环境下的加速谱腐蚀实验。在此基础上采用高频疲劳实验机,对乙酸盐雾实验(AASS实验)后的试件进行疲劳实验。通过分析不同打印方向的板状试验件,揭示了钛合金增材制造构件在海洋环境下,腐蚀对其疲劳寿命的影响。     

WC-Co硬质合金热机械腐蚀疲劳性能的研究

采用自行设计的实验装置对两种WC-Co硬质合金在压压循环载荷和循环加热冷却同时作用下的热机械腐蚀疲劳行为进行了研究,研究了冷却介质pH值和Co含量对硬质合金热机械腐蚀疲劳性能的影响,同时采用SEM对断口形貌进行了分析.实验结果表明:疲劳断裂的宏观形貌主要是切断型的断裂,疲劳裂纹稳定扩展区上存在很多摩擦碎屑,在稳定扩展区并没有发现疲劳条纹的存在,瞬断区的断裂形貌与静态断裂特征一致.在本文所提供的热机械腐蚀疲劳实验条件下,并未发现冷却介质pH值对两种WC-Co系列的硬质合金的热机械腐蚀疲劳性能的影响,低Co含量的硬质合金YGH30具有比高Co含量硬质合金YGH60更优异的热机械腐蚀疲劳性能.     

异种金属焊接构件腐蚀疲劳性能研究

选用SUS304不锈钢材料,采用MAG(135)焊接方法将其与低合金钢Q345B进行焊接,结合腐蚀疲劳环境加载装置研究了焊接件的腐蚀疲劳性能,并对断口进行电镜观察。研究发现腐蚀疲劳裂纹扩展源于表面腐蚀缺陷,且断口的腐蚀疲劳裂纹扩展区域、条带特征明显,为典型的腐蚀疲劳断裂。     

环境介质和力学因素对高强度钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响——高强度钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的定量研究

本文对4330M钢在蒸馏水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行了定量研究。测出4330M钢在蒸馏水中的(da/dt)-K曲线,并在R=0.2,0.6,0.7,0.8四种情况下测出4330M钢在氩气中和在蒸馏水中的(da/dN)-△K曲线。研究了应力比R对腐蚀疲劳的影响。在上述实验基础上,拟制了一个BASIC计算程序,根据应力腐蚀和氩气气氛下疲劳的实验数据,用电子计算机对叠加模型和竞争模型分别算出以每周表示的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dN)_(SCC)。比较了两种模型的相互关系。计算结果表明4330M钢在蒸馏水中的腐蚀疲劳实验数据和Austen提出的竞争模型相符合。本文对竞争模型进行修正,提出要加上考虑交互作用的修正项。使用经修正后的竞争模型,就能解释腐蚀疲劳裂纹扩展速率定量研究方面存在的一些问题。试验结果表明,4330M钢适用于研究腐蚀疲劳裂纹扩展的机制问题。     

THE EFFECTS OF ENVIRONMENTAL AND MECHANICAL VARIABLES ON CORROSION FATIGUE CRACK PROPAGATION RATE IN A HIGH STRENGTH STEEL——Quantitative Understanding of the Corrosion Fatigue Crack Growth Rate in a High Strength Steel

本文对4330M钢在蒸馏水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行了定量研究。测出4330M钢在蒸馏水中的(da/dt)-K曲线,并在R=0.2,0.6,0.7,0.8四种情况下测出4330M钢在氩气中和在蒸馏水中的(da/dN)-△K曲线。研究了应力比R对腐蚀疲劳的影响。 在上述实验基础上,拟制了一个BASIC计算程序,根据应力腐蚀和氩气气氛下疲劳的实验数据,用电子计算机对叠加模型和竞争模型分别算出以每周表示的应力腐蚀裂纹扩展速率(da/dN)_(SCC)。比较了两种模型的相互关系。计算结果表明4330M钢在蒸馏水中的腐蚀疲劳实验数据和Austen提出的竞争模型相符合。本文对竞争模型进行修正,提出要加上考虑交互作用的修正项。使用经修正后的竞争模型,就能解释腐蚀疲劳裂纹扩展速率定量研究方面存在的一些问题。 试验结果表明,4330M钢适用于研究腐蚀疲劳裂纹扩展的机制问题。     

原奥氏体晶粒度对40CrNiMoA钢在蒸馏水中的应力腐蚀和腐蚀疲劳断裂过程的影响

本文作者研究了不同冶炼条件和不同奥氏体化温度热处理的40CrNiMoA钢试样在蒸馏水中的应力腐蚀和腐蚀疲劳行为,测定了试样的原始奥氏体晶粒度,对晶界杂质偏聚情况进行了Auger电子能谱分析,对应力腐蚀和腐蚀疲劳断裂的初始阶段进行了扫描电镜断口观察。根据实验结果,作者认为高强度钢40CrNiMoA在蒸馏水中的应力腐蚀和腐蚀疲劳行为主要与原始奥氏体晶粒度有关。晶粒大小与裂纹前端塑性区尺寸两者的相对比较决定了断裂方式,从而决定了材料的应力腐蚀和腐蚀疲劳萌生和扩展的难易程度。     

30CrNi2MoV钢的腐蚀疲劳裂纹萌生与扩展行为研究

通过不同循环应力和不同浓度的盐酸腐蚀液的疲劳腐蚀实验,对30CrNi2MoV钢腐蚀疲劳裂纹萌生与扩展行为进行研究。结果表明:30CrNi2MoV钢试样腐蚀疲劳裂纹起源于试样表面的点蚀坑。在循环应力作用下,点蚀坑由于应力集中,萌生裂纹,在应力和盐酸的共同作用下,裂纹不断加深、增多,直至发生断裂。随着循环应力的增大,30CrNi2MoV钢的疲劳寿命明显下降。随着盐酸浓度的增加,试样的疲劳寿命有小幅下降。循环应力对30CrNi2MoV钢腐蚀疲劳裂纹的产生起主要作用,盐酸腐蚀液起辅助作用。     

飞机蒙皮涂层对LY12CZ铝合金腐蚀疲劳寿命的影响

研究了飞机蒙皮涂层对LY12CZ铝合金腐蚀疲劳行为的影响,比较了裸样与涂层试样在空气、3.5%NaCl溶液中的寿命变化规律,记录了自腐蚀电位随循环周次的变化,并通过定量分析,给出了裸样与涂层试样在一定实验条件下的腐蚀疲劳寿命表达式,结果表明涂层使LY12CZ铝合金腐蚀疲劳寿命得到明显提高.     

硅酸钠对铝合金的缓蚀作用及对腐蚀疲劳寿命的影响

采用电化学极化曲线方法和扫描电子显微镜观察研究了硅酸钠对ＬＹ１２硬铝合金在３．５％氯化钠溶液中的缓蚀作用。通过腐蚀疲劳实验研究了硅酸钠对硬铝合金在氯化钠溶液中的腐蚀疲劳（ＣＦ）寿命及腐蚀疲劳裂纹扩展（ＣＦＣＰ）的影响。实验结果表明，硅酸钠的浓度对铝合金的缓蚀作用有很大的影响，硅酸钠的加入可提高铝合金在氯化钠溶液中抗点蚀的能力及腐蚀疲劳寿命。这样作用主要是通过抑制铝合金的点蚀，减少裂纹源来实现的，但     

铝合金腐蚀损伤及疲劳寿命分布特性的统计研究

用AFGROW软件计算了2024-T3铝合金的不同腐蚀损伤程度下的疲劳寿命，与实验数据比较吻合.建立了对腐蚀损伤和疲劳寿命分类的概率神经网络模型，输出结果表明：铝合金的失效模式：点蚀-晶间腐蚀-剥蚀，决定了腐蚀损伤和疲劳寿命的分布类型；对铝合金的腐蚀损伤和疲劳寿命，应用3种或2种分布类型，而非单一分布来表征其分布规律.      

金刚石室温疲劳机理的试验研究

本文阐述了金刚石室温疲劳破坏现象的产生，简单介绍了研究金刚石室温疲劳的实验方法——软压头技术。分析了一般疲劳破坏的过程和机理，对金刚石室温疲劳破坏机理作了理论上的推导，提出了应力腐蚀使金刚石产生疲劳破坏的理论——应力集中提高表面原子活性引起应力腐蚀，在理论的基础上得到了金刚石疲劳速率公式。并采用软压头技术分别以PCD、CBN、Si3N4、Tib2等作为软压头材料，在自行研制的金刚石疲劳试验机上对不同氮含量的金刚石样品进行了疲劳实验，在实验数据的基础上绘制出了不同氮含量金刚石的疲劳曲线图，并对实验结果与疲劳破坏机理进行比较分析，得出结论：不同氮含量的金刚石，氮含量越高，金刚石疲劳破坏会越快出现，即疲劳强度越小，氮含量越低，裂纹扩展速度越慢，即疲劳强度越大。这从理论上和实验上论证了应力腐蚀引起金刚石室温疲劳的理沦。     

腐蚀疲劳裂缝扩展的韧带模型

采用４３４０、１５和Ａ５０８三种结构钢,八种热处理状态;测定了它们在空气、海水和蒸馏水中的疲劳、应力腐蚀和腐蚀疲劳裂缝扩展速率,并进行了定量断口分析。在比较了叠加模型、竞争模型与实验结果的差异之后,提出了腐蚀疲劳裂缝扩展的韧带模型,拟出了该模型的计算程序。结果表明,尽管这个模型还比较粗糙,某些常数的决定还有点勉强,但由此估算的腐蚀疲劳扩展曲线,无论在形状和数值上,都与实验吻合;而它的简单方便,为工程应用提供了有利条件。     

外加极化电位对08PVRe钢在3.5％NaCl水溶液中疲劳裂纹扩展速率的影响

本文对08PVRe钢在3.5％NaCl水溶液中的腐蚀疲劳行为进行了较系统的研究。依据该材料在3.5％NaCl水溶液的极化曲线,选择了不同的极化电位(阴极和阳极),在这些外加极化电位下进行了腐蚀疲劳实验。同时在蒸馏水和空气介质中做了相应的比较实验。利用扫描电镜对断口作了观察、分析。在上述工作的基础上,对08PVRe钢在3.5％NaCl水溶液中的腐蚀疲劳机理进行了初步探讨。     

航空材料腐蚀疲劳研究进展

腐蚀疲劳是航空材料重要的损伤机理之一,对腐蚀疲劳寿命的预测可以有效地预防航空材料的疲劳损伤.本文依据腐蚀疲劳机理,总结了主要的腐蚀疲劳预测模型,并展望了航空材料腐蚀疲劳研究的方向.     

腐蚀疲劳裂纹的虚拟扩展方法研究

    以紧固孔结构件腐蚀疲劳试验为基础,研究了腐蚀疲劳裂纹虚拟扩展方法即随机过程和AFGROW模拟方法.以试验数据拟合得到的Paris公式为基础,在随机过程方法中考虑了正态随机过程和对数正态随机过程,得到裂纹长度和循环数之间的模拟曲线,给出指定循环数下裂纹长度的概率模型并和实验结果进行了比较.利用AFGROW对腐蚀疲劳裂纹扩展进行了模拟,裂纹扩展模拟曲线与实验值符合较好.     

腐蚀疲劳裂纹扩展的断裂模型

将修正的疲劳裂纹扩展静态断裂模型和裂尖腐蚀溶解相结合,提出了腐蚀疲劳裂纹扩展(CFCP)的腐蚀-钝化-断裂模型.根据该模型和断裂力学原理,导出了CFCP速率的定量表达式,它揭示了CFCP速率与力学条件,裂尖表面腐蚀率、加载频率、假设的裂尖材料元临界断裂应力之间的定量关系,并能说明氢脆对CFCP率的影响规律。实验结果表明,应用所提出的模型可很好地描述铝合金在35％NaCI中CFCP的一般规律。     

盒式腐蚀疲劳试验装置

随着材料试验技术的发展,液相腐蚀疲劳试验技术也迅速发展起来了。由于目前国内尚未生产专用的腐蚀疲劳试验设备,给进行腐蚀疲劳试验造成困难。能否在一般的疲劳试验机上加一腐蚀装置来进行腐蚀疲劳试验呢?基于这种想法,我们在轴向疲劳试验机和纯弯曲疲劳试验机上进行改进。几年来的实践,证明这种方法是可行的。一、轴向腐蚀疲劳试验装置 1.轴向腐蚀疲劳装置(图1)     

腐蚀损伤对AA7075-T651铝合金疲劳行为影响的研究

为研究腐蚀损伤对AA7075-T651铝合金疲劳行为的影响,首先分别将AA7075-T651铝合金试样浸泡在3.5％(质量分数)NaCl溶液中150和500h,然后,使用含腐蚀损伤试样进行疲劳试验,获得含不同腐蚀损伤特征试样的疲劳寿命分布特征.结果 表明,与原始试样的疲劳寿命相比,相同载荷条件下腐蚀损伤会明显地降低铝合...