超声电沉积铜叠层膜及其耐腐蚀性能研究

采用超声电沉积法制备了一种纯铜叠层膜,用扫描电镜、X射线衍射分析、腐蚀失重实验以及电化学测试等手段分析了其显微组织与耐腐蚀性能。结果表明:得到的铜叠层膜每层厚度约为0.3μm,微观结构极为致密;其(200)与(111)晶面取向明显增强,(220)取向则显著减弱。其在20%HNO_3溶液中开始冒气泡的时间(380 s)比普通电沉积铜薄膜(148 s)延迟了近3倍,腐蚀速率明显降低;电化学测试表明,其自腐蚀电位明显高于普通电沉积铜薄膜,自腐蚀电流仅为后者的不到1/5,说明其耐腐蚀性能得到了显著提高。     

PVD薄膜传感器裂纹检测概率测定与分析

为利用PVD(physical vapor deposition)薄膜传感器对金属结构裂纹的检测能力进行定量化表征,首先采用正交实验优化后适用于LY12-CZ铝合金的工艺参数,在3组中心孔板实验件上分别制备币状、1mm宽同心双环状、0.5mm宽同心三环状3种不同形状的PVD薄膜传感器。随后,在实验室条件下开展疲劳裂纹在线监测实验,对比分析PVD薄膜传感器电位输出信号和显微镜观测结果。最后,采用改进的裂纹尺寸间隔法和二项分布检测模型绘制PVD薄膜传感器总体与不同形状的裂纹检测概率曲线。PVD薄膜传感器在95%置信水平下,对长度大于0.99mm的裂纹检出概率可达93.56%;相比于币状薄膜传感器,同心环状薄膜传感器对小于0.5mm的裂纹更为敏感,且传感器通道宽度越细,对小尺寸裂纹的检测概率越高。     

工艺参数对电弧离子镀沉积铜薄膜微结构及性能的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀技术在不同工艺参数(弧电流、基体负偏压)水平下制备了一系列铜薄膜。利用金相显微镜、腐蚀失重试验和双向弯曲试验分别研究了弧电流和基体负偏压对铜薄膜组织结构、耐腐蚀性能和结合性能的影响。结果表明,弧电流由40A增加到80A,薄膜表面颗粒含量明显增加,大颗粒尺寸由13.71μm增加到19.36μm,膜层平均腐蚀速率降低;随着弧电流提高,薄膜结合性能先降低后提高,60A时膜层结合性能最理想;随着基体脉冲负偏压升高,薄膜结合性能提高,薄膜表面颗粒含量及其尺寸减小、负偏压达到200V时大颗粒净化效果明显;基体脉冲负偏压由20V升高到180V,膜层平均腐蚀速率先降低后升高,140V时膜层耐腐蚀性能最佳。     

花萼状涡流阵列传感器裂纹扰动半解析模型构建

针对金属螺栓连接结构中螺栓孔位置处的裂纹损伤定量监测需求,在已有研究成果的基础之上,提出一种具有柔性平面特点的花萼状涡流阵列传感器,构建花萼状涡流阵列传感器裂纹扰动半解析模型,得到在三维结构裂纹下的传感器各感应通道扰动电压,并通过搭建实验装置验证裂纹扰动半解析模型的准确性。在模型构建过程中,通过对结构三维裂纹表面进行网格划分,以网格中心点处的自由电荷密度为未知待定系数,根据自由电荷边界条件以及扰动模型假设得到网格单元中心点处自由电荷密度所满足的线性方程组,并最终得到三维裂纹周围的自由电荷密度分布。裂纹扩展模拟实验结果表明,在3 MHz和6 MHz两种激励频率下,2A12-T4铝合金和不锈钢的扰动模型计算结果与实验测量结果比较吻合,传感器4个感应通道的扰动模型计算误差都在25%以内。     

疲劳小裂纹理论及其应用

疲劳小裂纹扩展行为是结构耐久性和损伤容限设计中关心的重要问题。着重对疲劳小裂纹扩展的微观机制、解析描述进行了分析和讨论;并评述了疲劳小裂纹理论在全寿命预测、耐久性分析和裂纹形成/扩展分界等方面的应用。     

湿热环境对航空复合材料加筋板压缩屈曲和后屈曲性能的影响

使航空复合材料加筋板在湿热环境中(70°C、水浴)达到吸湿饱和状态,对普通加筋板(A型)和吸湿饱和加筋板(B型)进行压缩实验。两类加筋板的破坏形貌相似,主要是筋条的断裂、脱粘和壁板的分层、撕裂,但破坏位置显著不同,A型加筋板的破坏位置均在加筋板中部附近,而B型分别在靠近两端的部位破坏,表明B型加筋板的破坏位置具有不确定性。两类加筋板的屈曲形式均为筋条间壁板的屈曲和中间2根筋条的屈曲,但两类加筋板相同位置的失稳壁板的弯曲方向相反,说明湿热环境对失稳壁板的弯曲方向影响较大。B型加筋板在压缩载荷下仍存在后屈曲过程,湿热环境对加筋板的屈曲载荷影响较小,对破坏载荷影响较大,较A型加筋板相比两者分别下降了3.1%和22.2%。     

同心环状薄膜传感器阵列及其飞机金属结构裂纹监测研究

飞机金属部件在服役过程中的疲劳损伤严重威胁飞行安全。针对飞机金属结构疲劳裂纹实时监测需求,提出一种与结构基体一体化集成的同心环状薄膜传感器阵列及其裂纹监测方案。对同心环状薄膜传感器阵列进行了设计与优化。应用表面处理技术对基体表面进行绝缘处理,应用脉冲偏压电弧离子镀技术制备同心环状薄膜传感器阵列。应用同心环状薄膜传感器阵列开展结构模拟件疲劳损伤监测试验。监测试验结果表明：薄膜传感器对裂纹非常敏感;当结构起裂或裂纹前缘扩展至薄膜传感器监测区域时,相应薄膜传感器的监测电压信号快速增加;当裂纹扩展穿越监测区域时,相应薄膜传感器的监测信号阶跃上升,监测通道失效;将薄膜传感器监测数据变化特征作为结构起裂、裂纹前缘扩展至相应监测区域以及扩展出监测区域的判断标准,同心环状薄膜传感器阵列可以实现疲劳裂纹的定量监测,监测精度为1 mm;根据内侧薄膜传感器监测数据变化,还可以定性分析结构疲劳累积损伤程度。     

利用电位法监测疲劳裂纹的可行性研究

鉴于常规裂纹检测技术的不足,提出应用电位法对结构疲劳裂纹进行监测的方法。介绍了电位法检测裂纹的基本原理,通过基于铝箔纸的模拟试验研究,对应用电位法监测结构疲劳裂纹的可行性进行了论证。试验得到一组可反映监测电压值与裂纹的出现位置、长度及扩展关系的曲线,从而证明了应用电位法监测结构疲劳裂纹的可行性。