焊接安全防护探究论文提纲

论文题目：高强铝合金搅拌摩擦焊接头冷喷涂层腐蚀机理与寿命预测

摘要：自航空、航天领域广泛应用的高强铝合金采用搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,FSW）焊接后,该方法弥补了传统焊接方法带来的热裂纹、气孔等缺陷,但是在服役过程中,由于焊接结构要受到腐蚀环境因素的影响,这样结构件的服役寿命会缩短,同时也会增加安全隐患。为提高FSW接头的耐蚀性能,本文采用冷喷涂技术对2219铝合金FSW接头进行防护处理以提高抗腐蚀能力。本文对FSW接头冷喷涂层在不同电解质条件下的电化学腐蚀行为、盐雾腐蚀行为及机理进行了研究,并初步建立有限元模型来尝试预测接头的腐蚀寿命。通过测试不同Cl-浓度及PH下的FSW接头冷喷涂层的开路电位及极化曲线,对冷喷涂层的电化学行为及其机理进行了研究。电化学试验结果显示,在多种不同Cl-浓度及PH的腐蚀介质中,冷喷涂层的开路电位、腐蚀电位及电流密度表现出的腐蚀倾向均明显低于FSW接头区域及母材区域。例如,在PH=3.5,浓度为3.5%的Na Cl腐蚀溶液中,母材、接头和冷喷涂层区域的开路电位分别为-0.859V、-0.814V和-0.735V;腐蚀电流密度分别为19.77μA/cm~2、14.60μA/cm~2和8.96μA/cm~2。FSW接头各区域间的电化学差异主要是由于不同的组织和第二相粒子的分布情况造成的,冷喷涂技术使接头获得组织均匀的涂层保护。采用正交盐雾试验对FSW接头冷喷涂层的盐雾腐蚀行为及机理进行了研究。对母材、焊缝及冷喷涂层不同区域在不同Cl-浓度、PH及腐蚀时间下的盐雾腐蚀行为进行了研究,结果表明Cl-浓度和PH对各区域的腐蚀发展影响较大。采用失重试验对各区域的腐蚀动力学进行了分析,冷喷涂层区域的腐蚀速率随时间的变化可分为三个阶段,第一阶段的腐蚀速率在腐蚀初期降低的速率较大,随着腐蚀产物的积累,腐蚀速率在第二和第三阶段降低的速率变得较为缓慢。基于Matlab软件对各区域的腐蚀速率的拟合结果可知,PH值、Cl-浓度对腐蚀速率的影响较大,且PH的影响作用更大,PH与腐蚀时间、Cl-浓度与腐蚀时间以及Cl-浓度和PH对腐蚀速率的影响存在协同效应。通过对冷喷涂层区域盐雾腐蚀机理的分析,表明冷喷涂层区域的腐蚀从点蚀开始,逐渐向纵深方向发展,最后发展为严重的剥落腐蚀。基于Comsol多物理场仿真软件,本文通过建立有限元模型对2219铝合金搅拌摩擦焊接头及冷喷涂层保护的搅拌摩擦焊接头的腐蚀行为进行数值模拟,结果显示,在腐蚀初期焊接接头模型和冷喷涂层防护的接头模型中的溶液均在母材区域保持较高的电势,且随距离焊缝区域越大电势越高,靠近焊核中心位置处的阴极电极电流密度最大,冷喷涂层区低电势的范围要比焊接接头的焊缝区域的大。随着腐蚀反应的进行,溶液内部的电势有所增大,且电极间的腐蚀电流密度差异变大。此外,有限元模型的接头的腐蚀深度与冷喷涂层的腐蚀深度结果与试验数据具有较好的一致性,证明了冷喷涂层能提高接头的抗腐蚀能力。综上研究表明,冷喷涂层在搅拌摩擦焊接头中起到了较为有效的腐蚀防护作用,可推广作为接头腐蚀防护的重要方法。有限元模拟方法可以推广到接头的耐蚀性研究中去,并为涂层腐蚀寿命的研究提供理论依据。

关键词：搅拌摩擦焊;冷喷涂;电化学腐蚀;盐雾腐蚀正交试验;数值模拟

学科专业：材料科学与工程

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 高强铝合金FSW接头腐蚀行为及机理研究进展

1.2.1 腐蚀试验方法

1.2.2 腐蚀类型及特点

1.2.3 腐蚀机理研究

1.3 搅拌摩擦焊接头防腐最新研究进展

1.4 冷喷涂技术最新研究进展