第一章航空材料概论
1.1 航空材料是航空工业主要基础
航空材料与航空技术的关系极为密切，航空航天材料在航空产品发展中具有极其重要的地位和作用：航空材料既是研制生产航空产品的物质保障，又是推动航空产品更新换代的技术基础。
一、航空产品特殊的工作环境对航空材料的性能要求集中表现在“轻质高强、高温耐蚀”。
所谓“轻质高强”是指，要求材料的比强度高，即要求材料不但强度（静强度高、能承受大过载、疲劳强度高）高而且密度小。航空工业有一句口号叫做“为每一克减重而奋斗”，反映了减重对于航空产品的重大经济意义（见表1.1）。而且材料减重对飞机减重的贡献也越来越大，所以轻质高强是航空材料必须满足的首要性能要求。
表1.1 飞行器结构减重带来的效益（1990年数据）
“高温耐蚀”的“高温”是指航空材料要能耐受较高的工作温度。对机身材料，气动力加热效应使表面温度升高，需要结构材料具有好的高温强度；对发动机材料，要求涡轮盘和涡轮叶片材料要有好的高温强度和耐高温腐蚀性能。
“耐蚀”是指航空材料要有优良的抗腐蚀，特别是抗应力腐蚀、腐蚀疲劳的能力。
当然，除以上性能外，对某些材料还要求有其他方面的性能，如：非金属材料要具有良好的耐老化性能和耐气候性能；透明材料要具有良好的光学性能；电工材料具有良好的电学性能；以及防火安全性能等等。
二、航空产品的高可靠性、多样性对航空材料提出了更高的质量要求。
航空器是技术密集、高集成度的复杂产品，只有采用质地优良的航空材料才能制造出安全可靠、性能优良的飞机、发动机。
航空产品的多样性和小批量生产，导致了航空材料研制和生产上的多品种、多规格、小批量、技术质量要求高等特点。
三、航空产品降低成本的需求导致要发展低成本航空材料。
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新型号的先进飞机价格不断攀升，各航空技术领先的国家和地区都先后对航空产品提出了“买得起”的要求。而材料在航空产品的成本和价格构成中占有相当份额，所以科学地选材和努力发展低成本材料技术是航空材料发展的重要方向。
1.2 航空材料的分类
航空材料有不同的分类方式：
按成份可分为四大类：
●金属材料：铝合金、镁合金、钛合金、钢、高温合金、粉末冶金合金等。
●无机非金属材料：玻璃、陶瓷等。
●高分子材料：透明材料、胶粘剂、橡胶及密封剂、涂料、工程塑料等。
●先进复合材料：聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料、碳
/碳复合材料等。
按使用功能可分为两大类：
●结构材料
●功能材料
本课程主要介绍结构材料。所谓结构，是指由板、杆等承力单元件构成的承力系统，在载荷作用下，该系统只产生小的弹性形变，即系统应具有几何不变性。如承力系统是几何可变的，则承力系统不是结构，而是机构。以飞机为例，航空产品中典型的结构包括：机身、机翼、垂直尾翼、水平尾翼、各种操纵面、起落架（除传动机构之外的部分）等。用于加工制造这些结构的单元件的材料都属于结构材料。
1.3 航空材料的演变
一、飞机结构材料的演变
早期飞机的结构以木材、蒙布、金属丝绑扎而成（图1.1），后来又发展为木材与金属的混合结构。
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图1.1 飞行者一号（复制品）
到了二十世纪三十年代，随着铝合金材料的发展，全金属承力蒙皮逐渐成为普遍的结构形式（图1.2）。
（a）Me 109型战斗机（德国，1935年）
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（b）喷火式战斗机（英国，1936年）
图1.2 二十世纪三十年代出现了全金属承力蒙皮结构的飞机
二十世纪三、四十年代，镁合金开始进入航空结构材料的行列。四、五十年代，不锈钢成为航空结构材料。
到五十年代中期开始出现钛合金，嗣后并被用于飞机的高温部位。
二十世纪六十年代，开发出树脂基先进复合材料，后来在树脂基复合材料的基础上又出现了金属基复合材料。
现代飞机大量采用新型材料。如F-14（美国，1970年，图1.3）的机体结构中有25%的钛合金、15%的钢、36%的铝合金、还有4%的非金属材料和20%的复合材料。
图1.3 F-14“雄猫”可变后掠翼战斗机
由于采用了可变后掠翼，F-14背部有着结构复杂的箱形结构——翼盒。翼盒两端容纳可变翼翼根转轴。此部分是可变翼设计飞机的重点，也是飞机死重的来源。为了使翼盒重量尽可轻而又不应影响强度，
格鲁曼采用高强度轻重量的钛合金来制造。
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新近投入使用或正在开发中的先进飞机（包括军机和民航机）的机体结构用材料的主要特点是：大量采用高比强度和高比模量的轻质、高强、高模材料，从而提高飞机的结构效率，降低飞机结构重量系数。其中又以先进复合材料和钛合金用量的增加，传统铝合金和钢材的用量相应减少的特点最为突出。先进复合材料和钛合金的用量、材料本身的性能指标、结构设计水平和零组件加工质量已成为这些航空产品先进性的主要表现之一。
从各种材料的角度分析，今后航空产品结构用材的发展趋势是：
1.铝合金
铝合金因其技术成熟、成本低、使用经验丰富等优势，在相当长的时期内，仍将是亚音速飞机和低超音速飞机的主要结构用材之一。
2.结构钢
一些新型超高强度钢在今后仍然还会是起落架、主要接头、隔框等一些主要承力构件的备选材料。
3.钛合金
钛合金在飞机结构用材中所占的重要地位已确定无疑，但是钛合金的较贵的价格和较差的工艺性，是影响使用的很大因素。
4.先进复合材料
由于先进复合材料具有比钢、铝、钛高得多的比强度、比模量和耐疲劳等优点，在未来高性能的飞机结构材料中，先进复合材料将会占据越来越重要的地位，甚至完全有可能出现全复合材料结构的飞机。
二、航空发动机用材的演变
早期的活塞式发动机的结构材料以普通碳素钢为主。
涡轮喷气发动机（包括涡轮风扇发动机和涡轮桨叶发动机）的性能水平很大程度上依赖于高温材料的发展。其中尤以涡轮部件材料最为关键：
1.涡轮叶片材料
在二十世纪四十年代，尽管喷气式发动机的原理早已提出，但由于没有合适的高温材料用于制造涡轮，所以发展迟缓。
到五十年代初，英国的White公司开发出了镍基高温合金。
到六十年代，开始使用真空熔炼方法制造高温合金，合金的纯度得到提高，性能更好。
七十年代，开发出定向凝固、单晶铸造等高温部件制造工艺，使叶片的最高工作温度和耐疲劳性能进一步提高。
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2.涡轮盘材料
二十世纪四十年代的涡轮进口温度约为800~900℃，采用了16-25-6铁基合金。
五十年代，随着涡轮进口温度提高到950℃，出现了沉淀硬化合金，应用沉淀强化原理使合金具有更高的高温强度。
到七十年代，进口温度提高到了1240℃，出现了Rene 95合金和粉末冶金高温合金。
对航空产品性能的要求日益攀升，要求使用推重比更高、经济性更好的航空发动机。军用发动机的推重比已经达到10，如美国的F119发动机已装备了F22战斗机。大推力涡轮风扇发动机如GE90、PW4073/4084、Trent800等早已为B777、A330等大型宽体客机所选用。
在这些先进航空发动机中，高温材料仍属于核心技术。如军用发动机中的高温钛合金（压气机盘和叶片）、高温合金板材（燃烧室）和粉末冶金材料和单晶叶片材料（涡轮）等，民用发动机中使用的单晶叶片材料和粉末高温合金涡轮盘材料。
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第二章轻合金
2.1 铝合金
一、铝合金的发展历史
在历史上，先后有几种金属材料得到广泛应用，推动了生产力的发展和人类自身的进步。首先得到应用的是金。随后是铜，特别是青铜，几大文明发源地都先后出现了灿烂的青铜文化。铜的发展历史有8000多年。铁和锡也有5000多年。另外还有铅和汞也都有几千年的历史了。
而人类到公元1825年才首次制得几毫克铝粉。铝发现得晚，炼铝技术成熟得更晚。无论是在人们发现的金属元素，还是作为一种结构材料，铝及其合金都是小字辈。但是铝和铝合金的出现，却极大地推动了工业文明，特别是航空航天科技和工业的发展。
在1746年，波特（J. H. Pott）用明矾制得一种氧化物。我们都知道明矾是铝和钾的复合硫酸盐。把它在高温下灼烧分解，失去二氧化硫和水，再将氧化钾用水洗去就剩下氧化铝了。当然那个时代的人们没有我们现在这么丰富的化学知识罢了。当时其他的科学家，如法国的拉瓦锡（A. L. Lavoisier）认为，这是一种与氧结合很牢的未知金属的氧化物，用碳和其他还原剂都夺取不了它所结合的氧。这样，就拉开了提炼单质铝的帷幕。
1807年，英国的戴维（H. Dary）用铂片做阳极，铁丝做阴极，用直流电电解熔融的钾碱与这种氧化物的混合物，结果只制得少量的合金。戴维虽然没有成功地提炼出单质金属，但他坚信这种金属的存在，并命名为Aluminium，后来去掉第二个i，改称Aluminum，但有些国家仍称为Aluminium。
1825年3月，丹麦物理学家奥尔斯泰（Hans Christan Oersted）用钾汞齐还原无水氯化铝，然后在真空条件下把得到的铝汞齐中的汞蒸馏掉，得到了几毫克的铝粉。奥尔斯泰的报告中说，铝具有与锡相同的颜色和光泽。
1845年，德国化学家沃勒（Priedrich Wohler）也用钾还原氯化铝的方法得到了一些10~15mg的铝珠，并初步测定了它的密度、延展性和熔点等。
以上还只是在实验室中出于研究的目的少量制取铝。到了1854年，法国冶金学家戴维尔（Henri Sainte Claire Deville）用便宜的钠代替钾，用吸水性较小，稳定性较好的复盐NaAlCl4代替极易吸水而水解的无水氯化铝，制得纯度为97~97.3%的铝。同年，在拿破仑三世（拿破仑一世的侄子）的支持下建厂进行工业生产。
1855年，一件稀世之宝——银光闪闪的铝标本呈现在巴黎博览会上。它无穷的魅力立即引起了全世界的巨大反响。美英德等国相继建厂生产珍贵的铝。铝自问世即得到显贵们的宠爱。这个时候生产出来的铝比白金还贵，每千克价格达到600美元，只能用来制作昂贵的首饰以显耀豪富。当时，西欧的国王和往后视铝如宝石，戴在头上或挂在胸前以示其尊贵。法兰西帝国皇帝拿破仑三世（1808-1873）喜欢宴请四方宾客，每次设宴时，宾客用的都是银碗，惟有他一人用铝碗。后来虽然经过30年的改进，铝加逐步降到9美元一公斤，仍然
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相当贵。
可是，只过了20年，因为电解法炼铝的成功，铝价大跌。就像成长中的婴儿，铝开始蹒跚起步了。
用戴维尔的化学法总共只生产了200t铝。
发明电解炼铝法的是两个人。他们是当时同为23岁的青年——美国俄亥俄州的霍耳（Charles Martin Hall）和法国诺曼底的埃鲁（Paul Lovis Toussaint Herroult）。
1886年，霍尔与埃鲁不约而同地将氧化铝投入熔融的冰晶石中，通入直流电电解出金属铝。这个方法不再需要消耗昂贵的金属钠作还原剂了，成本大大降低，产量和质量也有很大的进步。这就是著名的，现在仍在使用的霍尔-埃鲁电解法。这两个人有很多巧合的地方，同一年出生，同一年作出重大发现，专利申请日期只相差2个月，霍尔是在1886年2月23日申请美国专利，埃鲁在4月23日申请法国专利，5月23日申请书寄到美国专利局。当然美国专利已经给了霍尔了。这是一个巧合。这两位科学家都在1914年，也就是51岁的时候英年早逝，都死于伤寒。
在发明炼铝技术之后，埃鲁和霍尔就分别开始了开拓铝工业的艰辛道路。
当时，人们受习惯思维的限制，总认为铝只能用来做些首饰而已，铝应用尚未打开局面。到1900年，也就是十九世纪的最后一年，全世界只有7个铝厂，总年产量不超过八千吨。但是这个时候，铝价已经降到每公斤0.5美元了。虽然人们已经知道可以利用现成的设备加工铝制品，而且铝在家用器具，如炊具生产上有优势。但制造商们却因需要购置新设备和重新培训工人而无动于衷。
到了1906年，这在铝工业发展历史上同样是一个重要的年份。在这一年，德国的冶金学家阿弗列?威尔莫（Wilm）尝试将其他金属元素添加到铝中，终于发明了一种含有铜、锰、镁和铝的合金。他还发现这种铝合金具有一种神奇的效应，即在常温下放置4天会自动变得非常坚硬，很适合用来制造运输工具和其他工业装备。因为这种铝合金首次在杜拉实现工业生产，故命名为杜拉铝。
从此，铝的需求量逐渐增加。世界铝产量从1906年的1.45万t，1910年的4.38万t，增长到1913年的6.82万t。铝第一次作为飞行器结构材料是在一战期间，德国人用杜拉铝（当时其成分及硬化工艺是保密的）制成一种硬式飞艇，它的航速达100km/h、航程在200km 以上，能携带炸弹，具有很强的威慑力。协约国军事专家为此大伤脑筋。战后杜拉铝的秘密被揭开，全世界马上开始了用铝合金研制飞艇的热潮，铝被誉为“飞行金属”，进入航空工业市场。杜拉铝的发明为铝工业的发展提供了一个机遇。
另外，高压远距离输电技术研究成功给铝工业带来了另一个机遇。
尽管铝的电导率是铜的65%，但它的密度仅为铜的三分之一。在相同的电阻之下，铝导线的重量仅是铜导线的46.6%，用铝导线代替铜可以大大鉴清导线的重量及支撑导线的桥塔的复合，从而节省投资。在20世纪早期，火力发电技术尚未应用，发电依靠水利，所以当时的输电距离动辄达到2000km之遥，对铝电缆的需求量大增。
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在二十世纪初，汽车工业开始使用铝合金，但当时车身都是木制的。这一方面是由于当时使用的发动机马力小，效率低，金属车身相对来说太重，驱动不了，另外金属件的冲压等塑性加工技术还不那么发达，还无法制造出轻巧的金属构件。当时是手工将铝制成装饰板，然后绑缚或粘接在槐木制的车身上。汽车的散热器也用铝代替钢。这些都是因为铝轻而且不生锈。
和平用铝是铝工业健康发展的永恒动力。但是战争也会极大地刺激铝工业的发展。战争需要各种激动运输车辆，促使内燃机研制迅速发展。为了减轻发动机重量，一些铸造件以及活塞都用铝合金制造。活塞运动的惯性因为质量更轻而减小，与活塞连接的其他零件如曲轴、轴承架上的应力相应减小，发动机便做得轻巧多了。在第一次世界大战的四年中，交战双方共制造了20多万台发动机。期间经过战争环境考研的技术在战后都很好地转用到航空和汽车工业当中。
战时，铝还用于制造油罐、武器外壳、机枪散热片、光学仪器及士兵的饭盒和水壶等。这些因素都使铝的需求量大增。当时欧洲的铝价涨了一倍、美国铝价涨了两倍。在高额利润的刺激下，各国的铝产量都至少翻了一番，挪威的产能甚至增长到战前的8倍。在量的增长的同时，铝工业的工艺技术也大大提高。铝工业已经开始走进它的青年时期，即一战结束的1918年到二战的1945年这段时间。
由于战争结束，各种金属的生产量低于战前水平，唯有铝仍有所增长。这是因为在高压输电线和发动机上的铝不断增加。仅1920年~1930年的10年间，美国生产了5000万个铝活塞；汽车壳体也开始用铝制造了；第一个全铝火车车厢问世；特别是铝合金使飞机制造业飞速发展。德国容克公司用铝板制造Ju52飞机的机身，并于1930年将该飞机用于莫斯科-伦敦航线上。1933年美国道格拉斯飞机公司用铝合金制造了划时代的DC1运输机及其系列产品DC2、DC3飞机和C47运输机（图2.1），可称现代飞机的鼻祖。其中1934年推出的DC2飞机，机身呈流线型，在现代航线上仍然可见。由于飞机性能不断提高，全天候洲际飞行正在出现。航空业的飞速发展反过来促进了铝工业的发展。
图2.1道格拉斯C-47型运输机
在其他方面，铝导热性好、轻、耐腐蚀等优点也体现出来。人们用铝制造电冰箱、吸尘器和其他家用电气，又为铝工业形成了一个巨大的市场。铝的延展性极好，1kg铝可以轧出面积为41m2的铝箔，而1kg锡只能轧出15m2的锡箔。
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高强度的铝合金也很快被用于制造装饰板、窗户和门框。
1936年美国铝业公司在庆祝电解炼铝50周年大会上罗列了铝的2000多种用途。
可以看出年轻的铝工业开始渗透到了国民经济的各个领域，给各行各业都带来了勃勃生机。经济危机和战争都阻挡不了它前进的步伐。铝的出现使人类的生产和生活都变了样。
二、铝合金的生产过程
铝合金是由电解得到的原铝和回收铝精炼后，再向其中加入添加元素得到的。
其中电解原铝的过程是，首先用拜耳法从铝土矿中提炼氧化铝，再用埃鲁-霍尔法电解炼铝。
那么具体地，电解炼铝法究竟是怎么一回事呢？
电解是电化学的一种应用。至少在大学化学课程中，我们都学到过一类化学反应类型叫做氧化还原反应。在氧化还原反应中，还原剂被氧化，提供电子，氧化剂得到这些电子被还原。一个氧化还原反应都是两个半反应——还原剂的氧化反应和氧化剂的还原反应耦合而成的。
如果采用特殊的装置，控制这两个半反应分别在两个导电的材料（称为电极）上发生，再将电极用导线连通，同时，还要提供一个可以使离子在其中迁移的导体，称为离子导体。这样就构成了一个回路，就能利用氧化还原反应提供电流，驱动负载工作。我们都知道，这中装置就是化学电源，也就是大家通称的电池。从能量转换或做功的观点来看，电池的工作过程就是把氧化剂和还原剂蕴涵的化学能转化为电能，输出电功的过程。
如果反过来，把负载换成一个强大的电源，把它的正负极与电池的同极性的电极连接，强制电池反向工作，我们都知道这个过程实际就是给电池充电。电池充电的过程就是把外部电源提供的电能转化为化学能的过程。
电解，以及在后面的内容中要介绍的电镀，都是类似的过程。
所谓电解，就是用电能驱动电解池工作，使电解质在电解池的阴极或阳极上发生氧化还原反应而析出产物的过程。这些产物都是对我们有用的产品。如电解氯化钠水溶液，可以在阳极上得到氯气，阴极上析出氢气。同时因为析出氢气，使水分解出氢氧根离子，与钠离子形成苛性钠水溶液，又可以分离出氢氧化钠。这些都是重要的化工原料。再比如电解水，可以得到氢气和氧气，把消耗的电能转化为氢和氧的化学能。氢气又可以作为还原剂，驱动燃料电池工作，重新释放出电能。
电解法炼铝的原理也是一样。只不过电解铝采用的是一种特殊的电解质，不是水溶液。在水溶液中电解是不能得到铝的。是采用电解熔融的氧化铝的方法。氧化铝（三氧化二铝）是离子化合物，通常状态下是固体，而离子在固体中是不能轻易移动的，只有将它加热到熔点以上，熔化成液态，离子才能够在电场的驱动下在阴极和阳极间迁移，形成离子导体。但是氧化铝的熔点非常高，在将它加热到熔化之前，绝大多数用来制造电解槽的结构材料，如
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钢铁等都先熔化了。所以要将它溶解在一种合适的溶剂中，形成一种特殊的溶液。使用的溶剂就是冰晶石，六氟合铝酸钠。这样就可以将电解铝的工作温度降低到1000℃以下（一般是950~970℃）。
三、铝合金的特点
铝合金作为航空器结构材料的最突出的特点是：密度小、延展性好、耐腐蚀、易加工、价格低。
铝合金的密度为小2.7g/cm3，远小于铁合金或铜合金。
铝虽然是一种非常活泼的化学元素（其电位序仅排在钾钙钠镁之后的第五位），但正由于它非常活泼，在空气中极易发生氧化，而生成的氧化无以一薄层非常致密的、化学性质稳定的钝态膜的形式存在，能有效地隔绝侵蚀性介质。所以铝合金的耐腐蚀性很好。
正因为铝合金具有这些特点，所以在当前在役的民用飞机中，铝合金在总结构用量上占70~80%的比例。尽管先进复合材料和钛合金在新型号飞机上应用比例日益提高，但铝合金由于成本和工艺上的优势，在可预见的将来，仍是航空器，特别是民用飞机的主要结构材料之一。
四、铝合金分类
铝合金按零件的制造方法可分为：
●变形铝合金：具有较好的塑性，可使用锻造、冲压等塑性变形加工工艺成形的铝合
金；
●铸造铝合金：仅适合采用铸造工艺成形，或铸造性能相对变形加工性能更为突出的
铝合金；
●粉末冶金合金：使用粉末冶金技术成形的铝合金。
按能否通过热处理强化分为：
●可热处理强化铝合金；
●不可热处理强化铝合金。
五、铝的合金化
纯铝的强度很低，不适合作为结构材料使用。所以必须通过添加合金元素将铝制成合金。主要的起强化作用添加元素有：Cu、Zn、Mg、Si和Li等。
这些合金元素的强化机理不尽相同，具体地有两种强化机理：
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●固溶强化：常温下在铝中溶解度大的元素（溶质），以固溶体形式存在于铝合金中。
溶质原子使铝晶格发生畸变，提高合金强度；
●沉淀强化：高温下溶解度大、常温下溶解度小的元素，在常温下形成各种沉淀相，
使合金强化。铝合金的热处理强化实际上就是利用了沉淀强化原理。可沉淀强化是
热处理强化铝合金的重要特点。
除这些强化元素外，铝合金中有时还包含其他一些元素：
●Cr、Mn、Ti、Zr等过渡元素在铝合金中的溶解度小，没有多少强化作用。但可以
与Al形成金属间化合物，对控制晶粒结构作用很大；
●Fe、K、Na等元素属于应控制含量的杂质，这些元素的存在会极大地损害铝合金的
断裂韧性。
六、铝合金的沉淀强化原理和时效处理工艺
这里以Al-Cu（4%）二元合金为例介绍铝合金的沉淀强化原理（图2.2）。
图2.2 Al-Cu二元合金相图
在高温时Cu在Al中溶解度大，常温时溶解度小。对于含Cu为4%的Al-Cu二元合金，500℃时，Cu可全部溶于Al中形成α固溶体。
冷却到常温后，绝大多数Cu以GP区或θ相的形式析出。GP区或θ相会阻碍形变过程
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中的位错移动，提高了硬度和强度。
应用沉淀强化原理，可以对铝合金进行时效处理，以改善铝合金的力学性能和抗腐蚀性能。
所谓时效处理是指，把铝合金在一定温度下保持一段时间，加速合金元素从固溶体中沉淀析出的处理工艺。
时效处理过程中，铝合金的硬度（强度）会随时效时间变化。描述这种变化规律的曲线称为时效曲线（图2.3）。
图2.3 Al-4%Cu合金的时效曲线
从图中可以看到，时效温度、时间铝合金的时效硬化效果有很大影响。随时效时间，硬度并不是始终增大的，而是存在一个峰值。把硬度达到时效曲线上峰值的时效状态称为峰时效。相应地，在峰时效之前停止保温，得到的时效状态成为欠时效，在峰时效之后停止保温，得到的是过时效状态的铝合金。
尽管过时效相对于峰时效在硬度和强度上有损失，但由于沉淀相的过量析出，特别是在合金组织的晶粒内部也析出了沉淀相，减小了晶粒内部与晶粒边界（晶界）的电化学性质的差异，可以减少晶间腐蚀，以及沿晶间发生的应力腐蚀断裂的可能性，提高铝合金的耐腐蚀能力。
时效处理是控制性能的重要手段。同一种成分的铝合金，采用不同的热处理时效，可以得到差异很大的性能；一种新的时效制度的研究成功，就相当于开发出一种新的铝合金。
七、铝合金的标记
由于制造飞机结构的铝合金主要是变形铝合金，而铸造铝合金应用较少。所以在此仅介
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绍前者的标记。铝合金的标记分为型号标记和状态代号标记
铝合金的型号：采用4位数字标记法。第1位表示属于哪种主要合金系；第2位表示合金的改型；第3、4位表示合金的编号（表2.1）。
表2.1国际变形铝合金标记法
铝合金的状态以TX、TXX、TXXX等代号标记（表2.2）。
表2.2 铝合金的状态代号
状态代号说明与应用
T73 固溶及时效达到规定的力学性能和抗应力腐蚀性能
T74 与T73状态定义相同，但抗拉强度大于T73，小于T76
T76 与T73状态定义相同，但抗拉强度大于T73、T74，抗应力腐蚀性能低于T73、T74，但其抗剥落腐蚀性能仍较好
八、铝合金在飞机上的应用
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变形铝合金在飞机上的应用主要为2系Al-Cu合金和7系Al-Zn合金。
2系铝合金的代表型号是2024，名义成分为Al-4.4Cu-1.5Mg-0.6Mn（重量百分比）。该合金在飞机结构上应用广泛。其特点为：强度中等，可热处理强化，T3状态下断裂韧性高；耐蚀性不好，易发生晶间腐蚀，薄板需包覆工业纯铝以提高耐蚀性，或在T8状态下使用。另外2524作为2系合金的较新改型，已经应用于B777客机。
7系合金的代表型号是7075，名义成分为Al-5.6Zn-2.5Mg-1.6Cu-0.26Cr（重量百分比）。该型号合金的特点为：T6态强度最高，但抗蚀性差、断裂韧性不好；T73态耐蚀性好，但强度相比T6态下降约15%。
7055是7系中合金化程度最高、强度最高的型号。7055-T77已经用于B777主结构。
另外表2.3中详细列举了2系和7系合金在飞机结构中的应用情况。
表2.3 2系和7系铝合金在飞机结构中的应用
应用部位应用的铝合金
机身蒙皮2024-T3, 7075-T6, 7475-T6
机身桁条7075-T6, 7075-T73, 7475-T76, 7150-T77
机身框架/隔框2024-T3, 7075-T6, 7050-T6
机翼上部蒙皮7075-T6, 7150-T6, 7055-T77
机翼下部蒙皮2024-T3, 7475-T73
机翼下部桁条2024-T3, 7075-T6, 224-T39
机翼下壁板2024-T3, 7075-T6, 7175-T73
翼肋和翼梁2024-T3, 7010-T76, 7150-T77
尾翼2024-T3, 7075-T6, 7050-T76
九、铝合金的新发展——铝锂合金
其实所谓铝锂合金是指含锂（Li）元素的铝合金，其中Li并不一定作为最主要的添加元素存在于合金当中，比如2系含Li铝合金，其主要添加元素是Cu而非Li。以Li为主要添加元素的合金一般归入8系——其他合金系中。
Li是密度最低的金属元素，其比重仅为0.53，而且在添加Li的铝合金中，Li在时效处理时能以δ’相的形式析出，起到沉淀强化作用。所以，含Li铝合金具有密度低、强度高、模量大等优势。但因价格较贵，目前在飞机结构，特别是在民用飞机结构中用量还不大。但随着新型合金性能的改进、制造工艺的发展，含Li合金在飞机上铝合金中的比例将会得到提
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高。
西方国家和俄罗斯（前苏联）曾开发了众多的含Li铝合金。西方铝锂合金的型号主要有：2系的2020、2090、2091、2095、2195和2197等，和8系的8090。前苏联在50~60年代开发了1420合金，具有焊接性好的优点，但强度较低，后来在1420中加入Sc（钪），开发了1421合金，其强度明显提高。含Li铝合金目前在俄罗斯的航空工业应用非常广泛。
2.2 钛合金
一、纯钛的性质
钛（Ti）的蕴藏量仅次于铝、铁、镁，居金属元素中的第四位。
钛的熔点高，为1667℃，比铁的熔点还要高。
钛的密度4.5g/cm3，比铁和铜都轻得多。
纯钛随温度变化存在固态同素异构转变（固态相变），即在882.5℃这个温度上，会发生晶格结构的转变：
低于882.5℃时钛为密排六方晶格，称为α-Ti；
高于882.5℃为钛为体心立方晶格，称为β-Ti。
这种固态相变使钛合金可以具有α、β或α+β双相混合显微组织，使得钛合金可以通过热处理在较大范围内控制显微组织，从而控制合金性能。
二、钛及钛合金的主要特性
钛合金相对于铝合金等其他结构材料，具有以下突出的优点：
1.比强度高
工业纯钛强度为350~700Mpa，钛合金强度可达1200MPa，和调质结构钢相近，而钛合金的密度比钢低得多，所以具有高的比强度。
2.热强度高
钛的熔点高，再结晶温度也高，因而钛及其合金具有较高的热强度。目前钛合金使用温度可达到500℃，并向600℃发展。
3.抗蚀性高
钛表面能形成一层致密、稳定的，由氧化物和氮化物组成的保护膜，具有很好的抗蚀性能。钛及其合金在潮湿大气、海水、氧化性酸（硝酸、铬酸等）和大多数有机酸中，抗蚀性与不锈钢相当，甚至超过了不锈钢。
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同时，钛合金的缺点也是十分突出的：
1.切削加工性差
钛的导热性差（仅为铁的1/5，铝的1/3），摩擦系数大，切削时容易升温，也容易粘刀，导致切削速度低，降低刀具寿命，影响零件表面光洁度。
2.热加工工艺性差
在加热到600℃以上时，钛及钛合金极易吸收氢、氮、氧等气体而使其性能变脆，使得铸造、锻压、焊接和热处理等工艺都存在一定的困难。钛合金的热加工工艺过程只能在真空或保护气氛中进行，这提高了钛合金件的制造成本。
3.冷加工性差
钛及其合金的σ0.2/σb比值较高，表明应力接近断裂强度时才发生塑性变形，因此塑性变形困难，也容易导致开裂。
4.硬度低、抗磨性差
钛合金一般不宜用来制造要求耐磨性高的零件。
三、钛的合金化
钛是将氧化钛与氯气反应得到氯化钛后，再用金属Mg作还原剂还原得到的。初生态的钛因大量吸收空气中的氧和氮，是海绵状的，必须经真空二次熔炼后才能得到密实的金属组织。
由于钛的化学性质非常活泼，二次熔炼得到的工业纯钛中仍残存了大量的氧，所以实际使用的工业纯钛实际上是Ti与O元素构成的低合金。工业纯钛的力学性能与低碳钢相似，具有较高的强度，可直接用于航空产品，常用来制造使用温度在350℃以下的飞机构件，如超音速飞机的蒙皮、构架等。
除工业纯钛外，还可加入其他元素形成具有不同结构和不同性能的钛合金以满足不同工业部门和具体应用的需要。
钛合金的组织，取决于加入的合金元素是稳定α相（即使钛合金的常温组织主要包含α相）的，还是稳定β相（即使钛合金的常温组织主要包含β相）的。
●键合电子数/原子<4的合金元素能够稳定α相，如Al和O。所以工业纯钛的常温组
织为α相；
●键合电子数/原子>4的合金元素能够稳定β相，如Mo、V和W等；
●键合电子数/原子=4的合金元素的作用为中性，如Zr、Sn和Si等。
通过控制添加元素的种类和相对含量，即可控制钛合金的常温组织，进而得到性能特点
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相差很大的钛合金。
按常温组织的不同，钛合金可分为三种：
1. α型钛合金
组织为α固溶体，牌号以TA 加序号表示。主要合金元素是Al ，还有中性元素Sn 和Zr ，均产生固溶强化作用，间隙元素O 、N 起间隙强化作用。合金组织稳定，耐热性高于其他钛合金，但不能进行热处理强化，室温强度不高，压力加工性较差，多采用热压加工成形。
2. β型钛合金
组织主要为β固溶体，合金元素含量较高，牌号以TB 加序号表示。性能优点是室温强度高，压力加工性能较好，成形容易，可通过热处理强化。缺点是密度较大，冶炼工艺复杂，热稳定性差，所以应用较少。
3. （α+β）型钛合金
含有α稳定元素和4%~6%的β稳定元素，组织为（α+β）两相固溶体，牌号以TC 加序号表示。该类型钛合金兼有α型及β型钛合金的优点。力学性能方面，既有较高的室温性能，又有好的高温强度，塑性也较好，应用最广泛。既可以在退火状态下使用，又可以在淬火、时效状态下使用。其中典型型号为TC4合金（Ti-6Al-4V ），它具有综合的机械性能，组织稳定性高，典型拉伸强度为900MPa ，最高工作温度为400℃。在航空航天、造船工业中应用广泛。
这三种钛合金及其典型牌号的性能特点见图2.4。
图2.4 钛合金的性能特点
四、钛合金在航空航天中的应用
1950年，美国首次在F84战斗轰炸机上采用工业纯钛制造后机身隔热板、导风罩等非承力构件。
1954年，α+β型钛合金Ti-6Al-4V用于制造J57涡轮喷气发动机压气机转子盘和叶片。
60年代中期，美国研制成功“全钛飞机”SR71（图2.5），是钛合金制造工艺技术发展的一次重大突破，试制成功了钛合金隔框和起落架梁等大型复杂锻件，用钛量达到飞机结构重量的93%。
图2.5 美国SR71高空高速战略侦察机
70年代，钛合金在军用飞机和发动机中的用量迅速增加。在F14和F15飞机上的用量占结构重量的25%，在F100和TF39发动机上的用量分别达到25%和33%。
民用飞机方面，Ti-6Al-4V合金制造的波音747主起落架支承梁模锻件，每件长6096mm，宽914mm，重1724kg，至今仍是世界上最大的钛合金模锻件。
80年代，出现了断裂韧性更高的超低间隙元素级的新型合金，超塑成形和扩散连接工艺。钛合金在B1B超音速轰炸机和航天飞机上得到了更广泛的应用。一架B1B飞机需要90余吨钛材。美国的航天飞机上采用了Ti-6Al-4V合金制造的重达3000kg的传力结构件。
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现有航空航天用钛合金中，应用最广泛的是多用途α+β型Ti-6Al-4V合金和Ti-6Al-4Zr-2Mo（Ti6242）高温钛合金。Ti-6Al-4V合金用于制造工作温度不超过400℃的各种飞机结构和发动机零件，Ti6242合金用于制造工作温度在500℃以下的高压压气机零部件。Ti-6Al-4V合金具有优良的综合性能，用量达到各种钛合金总用量的一半以上。
美国F22战斗机中钛合金用量已超过了铝合金，达到整机结构重量的41%。B777飞机中钛合金的用量已达到7%。
未来航空航天飞行器及其推力系统，需要不断提高钛合金的工作温度，增大航空发动机的推重比。普通钛合金的最高工作温度是600℃，进一步提高工作温度受到蠕变强度和抗氧化能力的限制。80年代发展的钛铝化合物基的高温钛合金，具有高温性能好，抗氧化能力强，耐腐蚀和重量轻的优点，是制造压气机和低压涡轮零部件的理想材料。其中Ti3Al为基的高温钛合金，最高工作温度可达815℃；TiAl为基的高温钛合金，最高工作温度可达1040℃。
2.3 镁合金
一、纯镁的性能
镁（Mg）的密度低，仅为1.74g/cm3，约相当于铝的2/3，是最轻的结构金属。
镁的电极电位很低，在潮湿大气、淡水、海水及绝大多数酸、盐溶液中易受腐蚀。镁的化学活性强，在空气中也容易氧化，形成的氧化膜疏松多孔，无明显保护作用，所以镁的抗蚀性很差。用镁制造结构件时，需针对使用环境采取适当的防护措施。
力学性能方面，镁的强度低，且由于组织为密排六方晶格，滑移系少，导致塑性极低，加工成形困难，所以镁很少用作主要结构材料。
二、镁的合金化
镁经过合金化及热处理后，强度可以达到300~350Mpa。
主要合金元素是铝、锌和锰。这些元素在镁中都有溶解度变化，可以利用热处理方法（淬火加时效）来强化。
加入镁合金中的铝、锌，当含量不超过溶解度时起固溶强化作用。超过溶解度后分别与镁形成金属间化合物Mg17Al12和MgZn，在淬火、时效时能起到沉淀强化作用。
加入锰可以改善抗热性及抗蚀性。
加入锆（Zr）可以使镁合金的晶粒细化。
三、镁合金的分类与编号
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第一章遥感概述 1、遥感：通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，进行处理、分析与应用的一门科学和技术。 2、光谱特性：一切物体，由于其种类和环境条件不同，因而具有反射或辐射不同波长的电磁波的特性，这种特性叫做光谱特性。 3、传感器：接收从目标中反射或辐射来的电磁波的装置叫做传感器。 4、遥感平台：搭载传感器的载体成为遥感平台。 5、遥感探测的特点： 宏观观测，大范围获取数据资料 动态监测，快速更新监控范围数据 技术手段多样，可获取海量信息 应用领域广泛，经济效益高 或者 大范围监测 动态监测 技术多种多样，可获取海量信息 广泛应用，经济效益高 6、遥感的分类 （1）根据工作平台的不同，分为地面遥感、航空遥感和航天遥感 （2）根据电磁波的工作波段不同，可分为紫外 遥感，探测波段在0.05—0.38μm之间； 可见光遥感，探测波段在0.38—0.76μm之间； 红外遥感，探测波段在0.76—1000μm之间 和微波遥感，探测波段在1mm—10m之间。 （3）根据传感器工作原理，可分为主动式遥感 和被动式遥感； 主动遥感：传感器主动发射一定电磁波能量并接 收目标的后向散射信号。 被动遥感：传感器不向目标发射电磁波，仅被动 地接收目标物的自身发射和对自然辐射的反射能量。
（4）根据遥感资料的获取方式， 可分为成像遥感和非成像遥感； 成像传感器：摄影传感器、扫描成像传感器、雷达成像传感器； 非成像传感器：高度辐射计。 （5）根据波段宽度及波普的连续性，可分为高光谱遥感和常规遥感。 （6）根据应用领域不同，可分为环境遥感、城市遥感、农业遥感、林业遥感、海洋遥感、地质遥感、气象遥感、军事遥感等，还可以把它们划分为更细的专题领域进行研究。 7、现代遥感技术发展的趋势和展望 多分辨率多遥感平台并存，空间分辨率、时间分辨率、及光谱分辨率普遍提高； 新型传感器不断涌现，微波遥感、高光谱遥感迅速发展； 遥感的综合应用不断深化 商业遥感时代的到来 8、RS可以获得源源不断的对地观测数据，而GIS的空间数据库则通过信息高速公路实现全国乃至全球的数据交换与共享、分析、成图，GPS依靠远程通讯而实现高精度的定位和导航。 第二章遥感电磁辐射基础 1、遥感技术中较多使用可见光、红外和微波波普区间。太阳光是地球的光源，可见光部分可以被人眼观察到，所以在遥感探测中使用非常广泛。红外区间探测不可见的辐射信息，远红外区间可以探测热辐射，扩大了遥感的应用。而微波辐射的探测更可以成为全天候探测，不受白天黑夜和天气状况的影响，在遥感研究中应用前景广泛。 2、太阳常数=在距离太阳一个天文单位的区域内 垂直于太阳辐射方向上的单位面积和单位时间内的黑体说接受到的太阳辐射能量 I=1.36X103 W/m2 3、地球自身发射的辐射主要集中在波长较长的6微米以上的热红外区段。地球自身的辐射接近于300k黑体辐射。 4、大气窗口：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受
第一章绪论 1.1 材料腐蚀的基本概念 腐蚀是一种自发过程。 腐蚀是由于环境作用引起的材料的破坏和变质。 从这个定义可以看出，材料（或结构）是否会发生腐蚀破坏，既取决于材料本身的性质，也与环境有关。 导致材料发生腐蚀的环境因素构成了腐蚀环境。腐蚀环境包括总体环境（大气环境）和工作环境。 随着非金属材料（塑料、橡胶，以及树脂基复合材料等）越来越多地用作工程材料，非金属材料的环境破坏现象也越来越引起人们的重视。因此，腐蚀科学家们主张把腐蚀的定义扩展到所有材料（金属和非金属材料）。 环境因素可以是机械的、物理的或化学的。如载荷造成的断裂和磨损，光和热造成的老化，氧化剂造成的氧化等。从这个意义来说，所有的材料破坏都可认为是腐蚀。这是腐蚀的广义概念。 但由机械的或物理的因素造成的材料或结构破坏，以及某些材料的老化等破坏形式，有专门的研究方法。所以通常所说的腐蚀是指由于环境因素与材料之间发生化学反应造成的破坏。这是腐蚀的狭义概念。 本课程中将主要介绍金属材料由于环境中化学因素造成的腐蚀及其控制。 1.2 研究材料腐蚀的重要性 材料腐蚀问题遍及国民经济的各个领域。从日常生活到交通运输、机械、化工、冶金，从尖端科学技术到国防工业，凡是使用材料的地方，都不同程度地存在着腐蚀问题。腐蚀给社会带来巨大的经济损失，造成了灾难性事故，耗竭了宝贵的资源与能源，污染了环境，阻碍了高科技的正常发展。 一、腐蚀给国民经济带来巨大损失 以金属材料为例，每年由于腐蚀而造成的经济损失约占国民经济生产总值的2%~4%（表1.1）。这些损失中包含了腐蚀的直接损失和间接损失，包括了浪费的材料和能源、腐蚀引起的原材料或产品的流失或污染、因腐蚀失效而损失的设备和结构、腐蚀降低设备性能造成的损失、因腐蚀造成的误工停产、因腐蚀导致的维修费用、控制腐蚀带来的费用，和因腐蚀造成的毒害物质泄漏所污染环境的治理费用等等。 表1.1 腐蚀造成经济损失的统计数据 国家统计年份腐蚀造成的经济损失占当年国民生产总值的百分比 美国1975 700亿美元 4.2% 1982 1260亿美元-
浅议飞机结构腐蚀及维护 飞机结构腐蚀将会对飞机的安全应用产生一定的影响，因此就需要对飞机进行相应的维护工作，并且做好对飞机结构腐蚀的预防。文章通过的飞机结构腐蚀成因的介绍，详细说了飞机结构腐蚀对飞机的危害以及相应的解决办法，并且对飞机的维护工作提供一些意见参考。 标签：结构腐蚀；飞机；维修 在飞机的日常维护工作中，防雨防潮是不可缺少的重要步骤，并且也关系着飞机的稳定性，防雨防潮工作的好坏也直接决定着飞机维护的质量，同时也是飞机安全飞行的重要保证。特别是在电子技术不断发展的过程中，飞机中的各项仪器和设备都更加精密辅助，如果出现雨水和潮湿的侵蚀，将会对飞机的安全飞行造成很大的影响，因此飞机的防水防潮工作必须要积极有效的进行，这样才能够保证飞机健康的运行。 1 飞机结构腐蚀产生的原因 产生飞机结构腐蚀的原因也有多种，然而环境作用所产生飞机结构腐蚀相对较多，由于飞机结构中，大部分的零部件都是由铝、镁合金制作而成，因此飞机在制造过程中需要通过采用相应的防腐工艺来保证零部件的完整性，利用喷漆、涂层等防腐剂来提高飞机的防腐效果。 如果在空气中的水含量高于65%时，飞机的表面就会产生一种水膜，这种水膜在空气中水含量增加的同时也会逐渐的增厚，在湿度达到100%时，飞机表面就会出现冷凝水的现象。并且水分会随着飞机的长期使用而渗透到飞机的各个部件当中，如果水分无法及时的排除，在飞机的零部件与水分长期进行接触以后就会出现严重的侵蚀现象，进而产生飞机的结构腐蚀。同时，飞机在经过长期使用后，飞机中金属表面的涂层也会受到一定程度的破坏。 首先，飞机的油漆的破坏。飞机的油漆是一种高分子物，经过了外界环境的长期作用后，会出现老化变质的现象，长期使用后就会失去防腐的作用效果。而飞机的油漆是飞机构件的重要保护屏障，如果飞机的油漆出现破坏，那么飞机的零部件就会与外界环境直接接触，进而飞机的零部件与水分相互作用而出现膨胀软化等现象。同时，在进行飞机的涂漆时，还会出现严重的漆膜干燥而造成内外应力的产生，这种应力的产生也会对飞机的漆膜造成一定的破坏，飞机的漆膜保护能力就会大大的降低，而失效的快慢程度也相对有所不同。如果油漆层出现缺口，那么产生腐蚀的面积还会进一步扩大。其次，阳极化膜的破坏。飞机的外膜在经过阳极化后，抗腐蚀的能力会相应的有所提高，但是作用效果也有一定的限度。漆膜的底层中阳极化膜的厚度通常会保持在3～12μm左右，并且阳极化膜相对较薄，还存在一定的空隙，不完整处也相对较多，这是由于在合金中会出现一种不能生成氧化膜的其他金属。另外，在进行机械加工和钻孔等部分，阳极化膜也会出现损伤的现象。在水溶液中，氯离子会因为阳极化膜的破坏而直接腐蚀
第一章绪论 腐蚀：由于材料与其介质相互作用(化学与电化学)而导致的变质和破坏。 腐蚀控制的方法： 1）、改换材料 2）、表面涂漆/覆盖层 3）、改变腐蚀介质和环境 4）、合理的结构设计 5）、电化学保护 均匀腐蚀速率的评定方法： 失重法和增重法；深度法； 容量法(析氢腐蚀)；电流密度； 机械性能(晶间腐蚀)；电阻性. 第二章电化学腐蚀热力学 热力学第零定律状态函数(温度) 热力学第一定律(能量守恒定律) 状态函数(内能) 热力学第二定律状态函数(熵) 热力学第三定律绝对零度不可能达到 2.1、腐蚀的倾向性的热力学原理 腐蚀反应自发性及倾向性的判据： ?G：反应自发进行 < ?G：反应达到平衡 = ?G：反应不能自发进行 > 注：ΔG的负值的绝对值越大，该腐蚀的自发倾向性越大. 热力学上不稳定金属，也有许多在适当条件下能发生钝化而变得耐蚀. 2.2、腐蚀电池 2.2.1、电化学腐蚀现象与腐蚀电池 电化学腐蚀：即金属材料与电解质接触时，由于腐蚀电池作用而引起金属材料腐蚀破坏. 腐蚀电池(或腐蚀原电池)：即只能导致金属材料破坏而不能对外做工的短路原电 池. 注：1)、通过直接接触也能形成原电池而不一定要有导线的连接； 2)、一块金属不与其他金属接触，在电解质溶液中也会产生腐蚀电池. 丹尼尔电池：(只要有电势差存在) a)、电极反应具有热力学上的可逆性； b)、电极反应在无限接近电化学平衡条件下进行； c)、电池中进行的其它过程也必须是可逆的. 电极电势略高者为阴极 电极电势略低者为阳极 电化学不均匀性微观阴、阳极微观、亚微观腐蚀电池均匀腐蚀
2.2.2、金属腐蚀的电化学历程 腐蚀电池： 四个部分：阴极、阳极、电解质溶液、连接两极的电子导体(即电路) 三个环节：阴极过程、阳极过程、电荷转移过程(即电子流动) 1)、阳极过程氧化反应 ++ - M n M →ne 金属变为金属离子进入电解液，电子通过电路向阴极转移. 2)、阴极过程还原反应 []- -? D D ne +ne → 电解液中能接受电子的物质捕获电子生成新物质. (即去极化剂) 3)、金属的腐蚀将集中出现在阳极区，阴极区不发生可察觉的金属损失，只起到了传递电荷的作用 金属电化学腐蚀能够持续进行的条件是溶液中存在可使金属氧化的去极化剂，而且这些去极化剂的阳极还原反应的电极电位比金属阴极氧化反应的电位高2.2.3、电化学腐蚀的次生过程 难溶性产物称二次产物或次生物质由于扩散作用形成，且形成于一次产物相遇的地方 阳极——[]+n M(金属阳离子浓度) (形成致密对金属起保护作用) 阴极——pH高 2.3、腐蚀电池类型 宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池、超微观腐蚀电池 2.3.1、宏观腐蚀电池 特点：a)、阴、阳极用肉眼可看到； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、产生明显的局部腐蚀 1)、异金属(电偶)腐蚀电池——保护电位低的阴极区域 2)浓差电池由于同一金属的不同部位所接触的介质浓度不同所致 a、氧浓差电池——与富氧溶液接触的金属表面电位高而成为阳极区 eg：水线腐蚀——靠近水线的下部区域极易腐蚀 b、盐浓差电池——稀溶液中的金属电位低成为阴极区 c、温差电池——不同材料在不同温度下电位不同 eg：碳钢——高温阳极低温阴极 铜——高温阴极低温阳极 2.3.2、微观腐蚀电池 特点：a)、电极尺寸与晶粒尺寸相近(0.1mm-0.1μm)； b)、阴、阳极区能长时间保持稳定； c)、引起微观局部腐蚀(如孔蚀、晶间腐蚀)
2016年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目:航天材料与工艺可靠性技术 :机电学院 学生所在院 （系） 学生所在学科:机械电子工程 学生姓名:陈婷 学号:15S D08382 学生类别:代培（学术） 考核结果阅卷人
航天材料与工艺可靠性技术 ——航天复合材料制造技术与工艺进展 摘要 复合材料结构制造工艺是复合材料应用的关键，也是结构设计得以实现的关键。复合材料制造工艺的特殊性和复杂性，使其成为了结构可靠性、制件质量和成本控制的核心技术。 近些年来，随着先进复合材料在航空航天领域的广泛应用，复合材料制造技术与工艺理论得到了很大发展。本文即围绕飞行器结构用复合材料，归纳作者掌握的资料，结合作者近期研究成果，介绍先进复合材料制造技术与工艺理论的国内外研究进展，阐述复合材料工艺质量控制的主要方法，展望复合材料制造新技术的未来发展方向，以期促进我国航空航天领域复合材料用量与应用水平快速提高。 关键词 飞行器结构；复合材料；制造技术；工艺质量 0 引言 航天产品轻质化、小型化、功能化、高可靠性要求的发展趋势，对复合材料产品研制过程中的新技术、新工艺进行研究显得非常重要。近年来，随着计算机和精益管理技术的飞速发展，越来越多的企业将数字化设计与集成产品开发模式运用到复合材料的设计中，如波音公司在787 项目中将复合材料设计工艺数字化集成技术应用到设计、制造整个过程，效果非常显著；空客集团的A350、庞巴迪公司C系列飞机均大量应用复合材料数字化产品设计工艺集成研制技术，大幅度提高了研制效率。这些案例表明，借鉴国外已有先进经验，研究航天复合材料产品数字化集成技术并进行探索应用，对构建复合材料全数字化生产线、实现航天器复合材料结构高效高质研制具有重要意义。 众所周知，对于飞行器复合材料结构，制造技术非常关键，不仅决定产品质量而且左右制造成本。与金属材料截然不同，复合材料的材料成型与结构成型是同时完成的，因此复合材料的结构性能对制造工艺敏感，材料的最终性能也是通过制造过程被赋予到结构，制造过程的控制影响着复合材料结构的质量，复合材料制造工艺自身的复杂性和对外界环境的敏感性，使得一旦工艺某环节不合理，复合材料制件将产生缺陷和尺寸偏差，严重影响其性能、使用寿命和装配性，甚至导致制件报废。另一方面，飞行器复合材料结构的制造成本一般要占到总成本的７０％以上，可见制造技术在很大程度上决定着复合材料的成本。可以说，制造工艺是复合材料应用的关键，也是结构设计得以实现的关键。为此，世界各国对航空航天领域用复合材料结构制造技术都极其重视，给予了很多大型项目计划支持，使复合材料结构制造技术与工艺理论取得突破性进展。本文即根据作者掌握的资料，结合作者团队相关研究
飞机腐蚀常见种类及防腐措施 文/朱永红（机务部质检科） 飞机在使用过程中随着日历年的增长，结构腐蚀会日见严重，所以，摆在飞机机务工程维修工作者面前的一项重要任务便是要进行飞机机体结构的防治包含了两种意思，就是即要预防又要处置已发生了的腐蚀。但是否腐蚀的预防工作仅仅是在飞机上采取一些技术手段，而与其它飞机的使用部门无关呢？进一步思考，是否仅凭借飞机制造厂在飞机交付使用前一在飞机上采取的防腐措施来抵抗日益恶化的自然环境和人造恶劣环境，等到腐蚀发生恶化以后在进行处理。答案是显然的。一是因为腐蚀的发生和发展会带来飞行安全问题，二是处理腐蚀、会带来经济成本。下面就具体分析一下造成腐蚀的物理原因、自然原因和人为原因，从而让我们大家明白，怎样做才能将腐蚀的预防，处理工作做得更好地保证飞行安全，减少维修成本，为公司创造更好经济效益。一．常见腐蚀的种类、部位及处理 腐蚀的产生主要由两种不同金属之间存在的导电介质在微电流作用下，正极金属逐渐消耗的过程。飞机的结构腐蚀大概可分为六种。
1．应力腐蚀，这种 腐蚀是结构在 拉伸或压缩应 力及腐蚀介质 共同作用下的 产物。一般出现在承受大载荷的飞机结构部位，如地板龙骨梁上、桁条，机翼前后翼梁上、下桁条等处。如99年9月B-2340飞机在GAMECO完成“3C”检时发现空调组件安装舱的隔框横梁中段有一长约100mm，宽120mm的严重腐蚀。依据SRM的要求挖掉腐蚀部位，对其进行搭接修理，喷涂防腐剂。 2．电化学腐蚀，这种腐蚀是两种不同金属相互联结在潮湿环境下形成的腐蚀。一般出现在装有卡片的螺帽及托板螺帽的结构件处。如A320/A321飞机货舱梁螺栓孔周围及整流包皮安装螺栓孔周围。 3．缝隙腐蚀——也叫浓差腐蚀，这类腐蚀是水分进入缝隙后，由于缝隙口处与位于缝隙中间及底部的水分含量不同形成电位差。在含氧量高的缝隙口处，金属就成为正极而被腐蚀。该类腐蚀一般出现在飞机的登机门门槛结构，飞机的货舱地板结构，以及飞机客舱、厨房、卫生间下部。当发现这类腐蚀，
金属材料的电化学腐蚀与防护 一、实验目的 1.了解金属电化学腐蚀的基本原理。 2.了解防止金属腐蚀的基本原理和常用方法。 二、实验原理 1．金属的电化学腐蚀类型 (1)微电池腐蚀 ①差异充气腐蚀 同一种金属在中性条件下，如果不同部位溶解氧气浓度不同，则氧气浓度较小的部位作为腐蚀电池的阳极，金属失去电子受到腐蚀；而氧气浓度较大的部位作为阴极，氧气得电子生成氢氧根离子。如果也有K3[Fe(CN)6]和酚酞存在，则阳极金属亚铁离子进一步与K3[Fe(CN)6]反应，生成蓝色的Fe3[Fe(CN)6]2沉淀；在阴极，由于氢氧根离子的不断生成使得酚酞变红（亦属于吸氧腐蚀）。两极反应式如下： 阳极(氧气浓度小的部位)反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(氧气浓度大的部位)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ ②析氢腐蚀 金属铁浸在含有K3[Fe(CN)6]2的盐酸溶液中，铁作为阳极失去电子，受腐蚀，杂质作为阴极，在其表面H＋得电子被还原析出氢气。两极反应式为： 阳极：Fe = Fe2＋＋2e－ 阴极：2H＋+2e－= H2↑ 在其中加入K3[Fe(CN)6]，则阳极附近的Fe2＋进一步反应： 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) （2）宏电池腐蚀 ①金属铁和铜直接接触，置于含有NaCl、K3[Fe(CN)6]、酚酞的混合溶液里，由于?O(Fe2＋/Fe)< ?O（Cu2＋/Cu），两者构成了宏电池，铁作为阳极，失去电子受到腐蚀（属于吸氧腐蚀）。两极的电极反应式分别如下： 阳极反应式： Fe = Fe2＋＋2e－ 3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－= Fe3[Fe(CN)6]2 (蓝色沉淀) 阴极(铜表面)反应式： O2＋2H2O ＋4e－= 4OH－ 在阴极由于有OH－生成，使c(OH－)增大，所以酚酞变红。
1 下列牌号中哪一项为铸造合金？ GH3030 MB3 K201 2017 2 下列哪一项牌号的金属不是以Fe-C系为基的？ Q235 K312 T10 40Cr 3 关于材料的伸长率δ5，下列说法错误的是 材料的伸长率δ就是5% 一般情况下对同一种材料，有δ5>δ10 所用拉伸试样的长度是直径的5倍 δ5越大，说明材料的塑性越好 4下面哪一项不是纯镁的性能？ 比强度大 抗腐蚀能力强 易燃 具有良好的切削加工性 5 晶粒的大小对金属的机械性能有很大影响，因此应采取下列哪项措施？ 结晶过程中采用减缓金属液冷却的方法来获取具有较高机械性能的材料 应在焊接操作时采用过烧的方法，以便提高金属的机械性能 增加晶粒尺寸，提高金属材料的屈服强度和冲击韧性 可以采用外加固体微粒，增加晶核数目的方法来细化晶粒 6在热处理过程中，奥氏体的形成过程中说法不正确的为（） 加热到临界温度，奥氏体晶核优先形成于铁素体和渗碳体的相界面上随着温度的升高和时间的延长，奥氏体晶核不断的长大 在奥氏体形成过程中，铁素体先溶解完，渗碳体后溶解完 在钢的热处理过程中都要求达到奥氏体均匀化 7 下列合金材料牌号说法中不正确的是（） 牌号HT230表示30mm试棒的最小抗拉强度值为230Mpa的灰铸铁 牌号QT550-4表示最低抗拉强度和最低伸长率为550Mpa和4% 牌号KTZ 650-3表示最低抗拉强度和最低伸长率分别为650Mpa和3%得黑心基体可锻铸铁 牌号Q215-A-F表示屈服强度为215Mpa，质量等级为A的沸腾碳素结构钢 8 飞机发动机燃油系统的气塞是下列哪一项原因造成的？ 燃油粘度过大 燃油粘度过小 燃油挥发性过大 燃油挥发性过小 9 关于晶体，下列说法正确的是？ 实际晶体材料基本上都是单晶体 金属铁由液态变成凝固成为晶体，而由δ-Fe变成γ-Fe则不再是晶体 所有晶体材料的原子排列规律都是相同的 晶体的晶粒是由晶核慢慢长大而成的
陕西航空职业技术学院毕业论文 绪论 腐蚀控制是实现飞机结构长寿命、高可靠性、低维修成本的重要保证。为提高飞机，尤其是特种飞机，如水上飞机、舰载机的安全使用寿命，低维护费用，保证飞行安全，必须认真研究探索飞机的腐蚀规律及腐蚀损伤机理，把传统的腐蚀控制技术与新兴的防腐手段结合起来。加强飞机制造厂、机务保障人员防腐意识教育与技能培训。改善维护手段，提高飞机的日常保养与管理能力，使飞机向“长寿命、高可靠性、良好的可检性和维修性”方向发展在以往飞机设计中，一般没有明确密封、排水、腐蚀防护等特殊要求和使用中的防腐蚀控制措施。尤其是在沿海地区使用的飞机服役环境比较恶劣。 随飞机使用寿命的增加，飞机结构中占70%以上的高强度铝合金材料腐蚀严重。且高强度铝合金所发生的腐蚀是一种局部腐蚀，在同一腐蚀环境条件下，同一架飞机上所发生的腐蚀严重程度差别较大。即使是飞机上同一部位或同一个结构件，因腐蚀的具体环境存在差异，有的地方发生腐蚀，有的不腐蚀，腐蚀坑的深度、面积差异也较大。这主要是高强度铝合金材料腐蚀的发生具有随机性和偶然性。从飞机外场维护的角度来看，外场检查中一旦发现腐蚀部位，按技术要求要马上进行防腐处理。因此很难在飞机构件上得到同一部位腐蚀坑连续扩展数据。故采用数理统计的方法，结合某型飞机大修及外场维护中得到的部分腐蚀数据进行统计处理，研究其腐蚀失效模型及腐蚀损伤规律，以提高外场腐蚀实测数据的应用可靠性。
第一章飞机的腐蚀类型 第一章飞机的主要腐蚀类型 从飞机设计和制造来看，不同金属的零部件相接触，造成不同金属之间的电位差和导电通路。而各个部件组装在一起时，缝隙会存水和脏物形成电解质。有些结构由于受力的需要又处于高应力状态形成应力腐蚀的根源。而在制造过程中，由于生产工艺不当，保护性涂层做得不好，缺乏腐蚀控制措施等等原因，都可能带来腐蚀的隐患。而在飞机使用过程中，飞行环境的恶劣，飞机表面涂层损坏，运输牲畜、海鲜等易产生强电解液体的货物都会使飞机结构产生腐蚀问题。偶然污染如水银外溢，化学品外溢，厕所、厨房污物外溢和灭火剂残留物等，也都可能造成直接或间接的腐蚀。而不恰当的飞机维修和勤务，也会使飞机面临更多的腐蚀问题。 飞机的腐蚀按其成因来分，主要可分为电化学腐蚀、表面锈蚀、应力腐蚀三大类，而电化学腐蚀是目前飞机最普遍和最严重的结构腐蚀之一。 电化学腐蚀是金属材料与电解质溶液接触时，在界面上发生有自由电子参加的广义氧化和广义还原反应，使金属元素以及晶格间的排列顺序发生改变，从而改变了原有金属的化学、物理、力学等性能。 飞机金属结构件的腐蚀大多数属于电化学腐蚀。飞机的结构腐蚀如果不能得到有效的预防和控制，会造成结构修理工作量加大、修理周期延长、结构件大面积的加强和更换，由此导致很大的直接和间接经济损失，并造成飞机自身的不安全隐患。 1.1腐蚀原因分析 1.1.1潮湿空气腐蚀环境 潮湿空气是造成飞机结构腐蚀的重要因素之一。潮湿空气与地理环境是紧密相连的，我国地理环境和气候条件十分复杂，受季风影响明显，全国大部地区都处在温暖而潮湿的东南季风和西南季风控制下，暖季节时比世界上同纬度的国家和地区的温度高，相对湿度和降雨量大。这些都是我国各机场的飞机腐蚀问题较为严重的一个非常重要的原因。 1.1.2海洋大气腐蚀环境 海洋大气的特点是湿度高、含盐量高，也就是说含有大量的氯离子。这些氯
姓名：贾永乐学号：201224190602 班级：机械6班 检索主题：材料的腐蚀与防护 数据库：中国知识资源总库——中国期刊全文数据库 检索方法：用高级检索，主题词：腐蚀与防护关键词：材料相与检索结果：1456篇，其中关于航空材料的13篇；金属材料的腐蚀的183篇；材料的防护的522篇，其余为腐蚀与防护相关 的其它技术和方法。 文献综述 1材料腐蚀与防护的发展史： 所有的材料都有一定的使用寿命，在使用过程中将遭受断裂、磨损、腐蚀等损坏。其中，腐蚀失效的危害最为严重，它所造成的经济损失超过了各种自然灾害所造成的损失总和，造成许多灾难性的事故，造成了资源浪费和环境污染。因此，研究与解决材料的腐蚀问题，与防止环境污染、保护人民健康息息相关。在现代工程结构中，特别足在高温、高压、多相流作用下，以及在磨损、断裂等的协同作用下，腐蚀损坏格外严重。据统计，材料腐蚀带来的经济损失约占国民生产总值的1．8％～4．2％。而常用金属材料最容易遭受腐蚀，因此金属腐蚀的研究受到广泛的重视【1】。我们只有在搞清楚材料腐蚀的原因的基础上，才能研制适宜的耐腐蚀材料、涂层及采取合理的保护措施，以达到防止或控制腐蚀的目的。从而减少经济损失和事故，保护环境保障人类健康。 每年由于腐蚀引起的材料失效给人类社会带来了巨大的损失。航
空材料的腐蚀损失尤为巨大。我国针对航空产品的腐蚀与防护的研究和应用起始于上世纪五十年代，经过几十年的曲折发展，取得了很大进步。目前在航空产品的常温腐蚀与防护上，已经进入了向国际接轨的发展阶段。航空材料由于服役环境复杂多变, 不同构成材料相互配合影响, 导致航空材料在飞行器的留空阶段、停放阶段遭受多种不同种类的腐蚀, 增加了飞行器的运营成本, 对飞行器的功能完整性和使用安全性造成严重的危害。英美空军每架飞机每年因腐蚀造成的直接修理费用为11 000~ 55 000美元之间【2】。1985年8月12日,日本一架B747客机因应力腐蚀断裂而坠毁,死亡500余人。因此航空材料的腐蚀防护技术研究对航空业的发展具有举足轻重的作用。 1978．10国家科委主任方毅在全国聘任27位科学家组建了我国《腐蚀科学》学科组，笔者作为学科组成员，第三专业组(大气腐蚀专业组)副组长，承担了航空航天部分的调查任务。1980．1—1982．6广泛函调一百多个工厂，并深入26个厂、所、部队，机场进行了实地考查，发现了大量的腐蚀问题，笔者1985年在我国首次出版了《航空产品腐蚀故障事例集》，汇集了数据比较周全，二十世纪六、七十年代的46个腐蚀故障【3】。 1990年前，铁道车辆车体结构通常采用普碳钢制造，加之使用涂料档次低，对表面处理和涂装工艺不够重视，车辆锈蚀严重，修理时车体钢板的更换率相当高，有些客车甚至仅使用1个厂修期就报废。1985年，耐大气腐蚀钢（即Corten钢，又称耐候钢）开始用于车辆，到1990年，已在全部新造车辆上采用。由于这类钢材含有(0.2%~0.4%
航空危险品考试习题集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
1 根据IATA《危险品规则》中的定义，危险品是指：能危害、危及、造成损失或污染、且在本规则危险品表中列明，或依据本规则分类的物品或物质。 A.健康B.安全C.财产D.环境ABCD 2 下列哪一项是"国际民航组织"的英文缩写？ A.IATAB.ICAOC.UNCOED.IAEA B 3下列哪一项是"国际航空运输协会"的英文缩写？ A.IATAB.ICAOC.UNCOED.IAEA A 4 《危险品规则》是由哪个机构出版发行的？ A.IATAB.ICAOC.UNCOED.IAEA A 5 危险品运入、运出以及途经中国，需事先取得的书面批准。 A.国际民航组织B.国际航空运输协会C.中国民航局D.联合国专家委员会 C 6 运营人资产中的危险品包括：。 A.气溶胶B.酒精饮料C.香水D.科隆香水ABCD 7 IATA《危险品规则》中把危险品分成大类。 A.九B.八C.七D.六A 8 危险品按照其危险程度被划分为相应的包装等级，I级包装所对应的危险性较。 A.大B.小A 9 第1类危险品分别按其危险性类型划归为个项别和个配装组，被认为可以相容的各种爆炸性物品和物质列为一个配装组。 A.614B.713C.613D.512 C 11 航空救身衣属于第类危险品。 A.一B.二C.三D.四A 12 第二类危险品分为个项别。 A.0B.1C.2D.3 D 13 下列选项中是空运2.2项非易燃无毒气体的例子。 A.含易燃气体的打火机B.氧气瓶C.丙烷D.丁烷 B 14 易燃液体的三字代码是。 A.RFLB.RLFC.RFSD.RFW 15 下列不属于经常空运的第三类危险品。 A.汽油B.指甲油C.胶水D.胶棒D 18 以下属于5.1项氧化剂的危险性。 A.起助燃作用B.对碰撞和磨擦敏感C.速燃D.损伤眼睛A C 21 第七类放射性危险品的危险等级随着数字的增加，危险性。 A.越大B.越小A 22 根据民航总局的规定，国内运输只能承运贴有和标签的放射性同位素。 A.I级-白.III 级-黄B.II级-黄，III级-黄C.I级-白.II级-黄 C 23 室内建筑材料释放的气体氡属于。 A.毒性物质B.感染性物质C.放射性物质D.毒性气体C 24 注入酸液的蓄电池属于第类腐蚀性危险品。 A.九B.八C.一D.三B 26 不需要任何内包装即能在运输中发挥其包装作用的包装叫做。 A.内包装B.外包装C.单一包装D.组合包装 C 27 由单一托运人使用的一个用于盛装一个或一个以上的包装件使其形成一个便于操作和存储的操作单位叫做。 A.内包装B.外包装C.合成包装D.组合包装C 28 托运人在托运危险品时，需要填写。 A.托运人危险品申报单B.危险物品收运检查单C.航空货运单D.机长通知单 A 29 承运人在收运危险品前，需要填写。 A.托运人危险品申报单B.危险物品收运检查单C.航空货运单D.机长通知单 B 30 动物、食品、饲料和可食用物质不可以与类危险品装在同一货舱内。 A.三B.四C.五 D.六 D 31 5.1项和3类危险品包装件被码放在一起。 A.能B.不能C.视情况而定 B 32 下列选项中属于操作标签。 A.仅限货机标签B.包装件方向标签C.磁性材料标签D.深冷液化气体标签
闭卷考试 选择题： 熟悉各种高温合金的特点区别、牌号识别 镍基高温合金高温持久强度最高变形高温合金、铸造高温合金（合金含量高）、粉末冶金高温合金（避免偏析） 了解超导材料，了解纳米材料、纳米复合材料（含碳纳米材料、C/C复合材料）、形状记忆合金、生物医学材料 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。 纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性剂为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料。 C/C复合材料是碳纤维增强的碳基体 形状记忆合金指具有一定初始形状的材料经形变固定成另一种形状后，通过热、光、电等物理刺激或化学刺激的处理又可恢复成初始形状的材料。 了解金属间化合物 晶体中金属键与共价键共存，使其可能同时兼有金属的韧性和陶瓷的高温性能，比陶瓷的优势是具有较好的热传导性，可以采用常规的冶金方法进行生产。 能识别铝合金、镁合金、钛合金、高温合金牌号 铝合金基本全为数字、镁合金含有M、钛合金T、高温合金 了解镁合金、钛合金、高温合金的熔炼特点及方法 镁熔体性质很活泼,容易和周围介质中的氧气、氮气和水分反应,其中在镁合金熔炼过程中最常见、危害最大的是镁与氧的反应,因此,在镁合金熔炼技术中,主要是针对如何更好的保护液态镁熔体,如何防止镁与氧的反应而进行的。熔剂保护法、气体保护。 氧和氮在钛中的溶解是不可逆过程,因此在材料制备过程中应对减少氧和氮含量给与足够重视。在国内目前应用最多的是电弧炉。 高温合金超纯净熔炼的目标是消除大于临界缺陷尺寸的夹杂物,氧、氮及硫的含量低于液相线温度的溶解度，这样可以在不改变合金主要成分的情况下提高合金的使用性能。真空感应熔炼采用氧化钙坩埚真空感应熔炼镍基高温合金过程中的脱氮研究结果表明采用优化的真空感应熔炼工艺,可以将镍基高温中的氮含量从0.0011%降低到0.0002%.国内外高温合金的熔炼设备主要有真空感应炉"真空自耗炉"电渣炉"电子束炉和等离子电弧炉等。 了解镁合金相对铝合金的性能特点 镁合金密度更低、强度高、刚性好，其室温塑性差、腐蚀性能较差 了解超塑性 超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力，易成形。 了解常用的超低温合金材料有哪些_α钛合金_、高锰奥氏体刚、铁锰铝新合金钢________。了解材料在真空机太空中受到的环境影响 了解采用“损伤容限设计原则” 任何结构材料内部都有来自加工及使用过程的缺陷，而设计者的任务是利用各种损伤理论
第一章 耐蚀性：指材料抵抗环境介质腐蚀的能力。 腐蚀性：指环境介质腐蚀材料的强弱程度。 高温氧化：在高温条件下，金属与环境介质中的气相或凝聚相物质发生化学反应而遭受破坏的过程称高温氧化，亦称高温腐蚀。 毕林—彼得沃尔斯原理或P-B 比：氧化时所生成的金属氧化膜的体积2MeO V 与生成这些氧化膜所消耗的金属的体积Me V 之比。 腐蚀过程的本质：金属 → 金属化合物 (高温）热腐蚀：指金属材料在高温工作时，基体金属与沉积在其工作表面上的沉积盐及周围工作气体发生总和作用而产生的腐蚀现象称为热腐蚀. p 型半导体：通过电子的迁移而导电的半导体； n 型半导体：通过空穴的迁移而导电的半导体。 n 型：加Li （低价），导电率减小，氧化速度增加；加Al （高价），导电率增加，氧化速度降低。 p 型：加Li （低价），导电率增加，氧化速度降低；加Cr （高价），导电率减小，氧化度增加。 腐蚀的危害 1)造成巨大的经济损失；2)造成金属资源和能源的浪费造成设备破坏事故,危及人身安全；3)引起环境污染。 金属一旦形成氧化膜，氧化过程的继续进行将取决于两个因素 1)界面反应速度，包括金属／氧化物界面以及氧化物/气体两个界面上的反应速度；2)参加反应物质通过氧化膜的扩散速度。（这两个因素实际上控制了继续氧化的整个过程，也就是控制了进一步氧化速度。在氧化初期，氧化控制因素是界面反应速度，随着氧化膜的增厚，扩散过程起着愈来愈重要的作用，成为继续氧化的速度控制因素）反映物质通过氧化膜的扩散，一般可有三种传输形式 1)金属离子单向向外扩散；2)氧单向向内扩散；3)两个方向的扩散。 反应物质在氧化膜内的传输途径 1)通过晶格扩散：温度较高，氧化膜致密，而且氧化膜内部存在高浓度的空位缺陷的情况下，如钴的氧化；2)通过晶界扩散。在较低的温度下，由于晶界扩散的激活能小东北大学 材料腐蚀与防护 整理人 围安 E-mail jr_lee@https://www.doczj.com/doc/2a11280391.html, 2016.1.2
材料复习资料 1.金属材料的主要力学性能有哪些？用什么符号表示？ ①屈服强度.抗拉强度②洛氏硬度.布氏硬度③塑性（伸长率.断面收缩率）④冲击韧性 2.常见金属品格类型有那些三种？ ①面心立方晶格②体心立方晶格③密排立方晶格 3金属结晶后晶粒大小对力学性能有何影响？细化晶粒的方法？ %1金属结晶后晶粒越小金属性能越好。 %1细化品粒（增加过冷度/采用物质处理/附加震动） 4.根据简化后的Fe-Fe3C相图，说明图中主要点。线的含义写出钢在各相 %1点A?纯成铁的熔点C■共晶点，D?C的熔点，E?C在A的最大容量 G■纯铁的同素异构转变，S■共析点，P?C在F里的最大容量。 %1线ACD-液相线，AECF-固相线，GS—冷却后从A小析出F开始线 ECF—共晶反应转换线， 5简述碳钢含碳量与力学性能之间的关系 1.随着钢中含碳量增加，钢的强度、硬度、塑性不断下降。 6什么是钢的热处理？热处理方法有哪些？ I将固态金属或合金采用的方法进行加热、保温、冷却收获。 2表面热处理、退火、回火、正火、赞火。 7什么是退火?退火的方法?如何选用？ 1、加热保温以后随火炉缓慢冷却 2、完全退火、球化退火、去应力退火 3.亚共析钢一完全退火、共析钢和过共析钢一球化退火、消除残余应力。 8、正火？选择？ 1、将钢加热到AC （亚共析钢）保温一定的时间后出炉在空气中冷却。 2、处理低碳钢时选用正火。 9淬火？目的？ 1将钢加热到A,线上30——50保温后在水（油）里冷却。 2获得马氏体组织、才提高钢的硕度和耐磨性。 10、什么是马氏体？马氏体的性能？ 1> C在a-Fe中又饱和固溶体2、硬度很高。内应力很大。 11、钢淬火加热温度如何选择？ ①亚共析钢AG以上+30—50②共（过共析钢）AG以上+30—50 12、淬透性？影响因素？ 1、钢淬火冷却时，获得M组织深度的能力 2、化学成分 13、淬硬性？彫响因素？ 1、钢淬火后所能达到最高硬度值 2、取经于钢中的含碳量。 14、回火？低、中、髙到回火后的组织？用于那些零件或工具？ 1、将赞火的钢加热到AG以下某个温度下、保温冷却后到室温。 2、低温：回火马氏体组织、中温：回火托氏体、高温：回火索氏体 3、低温：（量具。冷作模具）中温：弹簧高温：受力的结构 15、化学热处理的基本过程？分解一一吸收一一扩散 1、零件处于化学介质中保温 2、便介质中某种原子盛入零件表层。 3、从而改变表层化学成分组织、性能 16、合金钢？合金元索对钢性能的影响？
飞机结构的氧化腐蚀问题 随着民航机队的不断扩大，早期引进的飞机将逐步进入老龄阶段。飞机在经历较长时期的使用后，其结构的完整性往往受到极大的影响，造成这种影响的因素有应力损伤，即结构承受的载荷所引起的损伤，除极少发生的超过结构静强度而造成的损伤以外，主要是疲劳损伤；意外损伤，例如鸟击、雷击及地面人为的撞击等；环境损伤，是由使用环境对结构的作用而引起的，表现是金属的氧化腐蚀。随着飞机使用时间的推移，结构氧化腐蚀的危害越来越突出，其对飞机结构影响和对飞机安全的威胁也愈来愈严重。氧化腐蚀属环境损伤，它和飞机使用的客观环境有着密切联系。潮湿、盐雾、工业污染等都决定了结构腐蚀的“不可预测性”，就腐蚀本身而言，其成因与现象都比较复杂。飞机有些部位腐蚀的隐蔽性，增加了飞机结构安全的隐患，腐蚀不仅给飞机安全带来严重威胁，而且也会给航空公司造成巨大经济损失。据有关资料介绍，国际民用飞机用于防氧化腐蚀的预防、控制与修理的费用要占到飞机总维修费用的一半以上。 飞机结构腐蚀的主要机理： 飞机结构的氧化腐蚀是由于与环境作用而引起的破坏与变质，由于飞机结构件大多是由铝合金与镁合金制成，所以在飞机制造过程中，采用的防氧化腐蚀工艺，主要是阳极化、涂漆、喷涂防腐蚀剂等。这种工艺主要是使基体金属与环境介质隔离，以达防氧化腐蚀目的。 当大气中的相对湿度大于65 ％时，物体表面会附着一层0 ．001 微米厚的水膜，相对温度越高，则水膜越厚。当相对湿度为100 ％时，物体表面会产生冷凝水。水是氧化腐蚀介质的主要来源，更为严重的是如果飞机的某些部位渗入水份，而又不能及时排出；或者飞机金属基体与某些饱含水份的物质长期接触，( 如飞机机身及地板下构件与受潮的隔热棉的接触）这些水份就会对飞机产生严重的腐蚀作用。因为这些水份大多数是不纯净的，在这些水中或多或少含有各种导电离子，如氯离子、碳酸根离子等，这些导电的水溶液便是引起结构件氧化腐蚀的最主要、最普遍的环境介质。 飞机在使用过程中，随着日历期的延长，金属表面的保护层逐渐遭到破坏。首先是漆膜的破坏。油漆是高分子物，在日光、大气、雨水等长期作用下，会老化变质，表现为失光、起泡、开裂、粉化、剥落、吐锈等，失去防氧化腐蚀功能。所有的漆膜都不可能使飞机构件与环境绝对隔绝，它们对水、水汽、氧气或腐蚀性离子都有一定的渗透性，漆膜不仅能渗透水
金属材料的腐蚀和防护 罗--（学号：1230060054） （-----大学物理与材料科学学院物理学1202班） 专题授课老师：---- 摘要：自从人类发现并使用金属到如今已有5000年的历史，然而人类在享受金属材料的使用带来便利的同时，也在苦恼着金属腐蚀带来的烦恼。人类在使用金属的同时，也在尽最大的努力对金属进行防护。金属的有效防护，一方面可以降低成本，提高劳动生产率，赢得最大的经济效应；另一方面对加强国防建设也有重要的意义。 关键词：金属材料腐蚀防护 引言：当金属和周围气态或液态介质接触时常常由于发生化学作用或电化学作用而逐渐损坏的过程成为金属腐蚀，每年金属腐蚀给国家带来巨大的经济损失，所以金属的有效防护对于一个企业和国家是至关重要的。 1.金属材料的腐蚀机理 1.1金属腐蚀的分类 按照金属的腐蚀机理可以将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两大类。化学腐蚀就是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程；电化学腐蚀就是铁和氧形成两个电极，组成腐蚀原电池。金属腐蚀的实质都是金属原子被氧化转化成金属阳离子的过程。 1.2金属腐蚀的发生
自然界中只有极少数金属（例如金、铂等）能以游离状态存在，而大多数金属都需要从它们的矿石中用不同的能量冶炼出来。因此，金属受周围介质的化学及电化学作用而被破坏，这种现象叫做金属的腐蚀。 1.3金属腐蚀的危害 金属腐蚀的危害首先在于腐蚀造成了巨大的经济损失。这种损失可分为直接损失和间接损失。直接损失包括材料的损耗、设备的失效、能源的消耗。由于腐蚀,使大量有用材料变为废料,估计全世界每年因腐蚀报废的钢铁设备约为其年产量的10% 。间接损失包括因腐蚀引起的停工停产,产品质量下降,大量有用有毒物质的泄漏、爆炸,以及大规模的环境污染等。一些腐蚀破坏事故还造成了人员伤亡,直接威胁着人民群众的生命安全。 2.金属腐蚀防护的方法 2.1 改变金属的组成 这种方法最常见的是不锈钢材料。通过在钢铁中加入12-30%的金属铬而改变钢铁原有的组成，从而改善性能，不易腐蚀。如目前迅速发展起来的不锈钢炊具，餐具等就是以此为材料的。2.2 形成保护层 在金属表面覆盖各种保护层，把被保护金属与腐蚀性介质隔开，是防止金属腐蚀的有效方法。可以形成以下几种保护层来对金属腐蚀进行防护： （1）磷化处理: 钢铁制品去油、除锈后，放入特定组成的磷酸
航空航天材料 简要。本文介绍7经过增强的工程热望性材料以琏热固性材料在航空航无方面 的应用。远号应用有；雷达天线罩、飞行器结构、陀螺外万向架、电路板，导弹弹 体构架等。 主题词：热塑性塑料，航天材料，航空材料，复合材料 引言 航空航天工业总是期待着性能优良、重量轻，价格便宜的材料。 “塑料己存在相当长的时间了，但是常用塑料本身，尽管重量轻，价格便宜，但在航 空航天领域里应用并不多。 复合材料使用了特性增强荆来弥补其基体塑料性能之不足。复合材料用途较多，目前， 为了某些领域的应用，己制成热固性树脂为基体的复合材料。 热固性材料，当固化时，其分子交联，一旦成型，其形状不能改变，这些材料中典型的 是在一些船壳制造中使用的玻璃增强塑料(GRP)。另一方面，热塑性材料，一经加热，即可成 型并冷却，还可再次加热并再次成型，典型的有，聚乙烯薄镀反射罩和聚氯乙烯(PVC)双釉。 不幸的是，热塑性材料己不是一种优良的材料了。它受到因对该材料性能了解不多造成 设计不良的严重损害。 许多年来，改变热塑性材料不利状态依赖于对工程热塑料更完善的认识。这些塑料有聚 酰胺(尼龙)，二乙醇共聚物，聚酯。这期间，注意力集中在上述塑料与如象聚乙烯，聚氯乙 烯，聚苯乙烯这种商品塑料之简的差别。这些工程塑料已在市场上取得成功，在某些情 况下其寿命更长些。 这项成功的基础是主供应厂商们的宣传教育，他们认为，对任何组件来说，热塑性材料 都需有正确的设计、合格的材料以及适合的工艺方法。 在低等级塑料设计中，不能取代热塑性材料 但是，当工程热塑性材料市场范围扩大时，塑料市场在方向变化上变得成熟，特别是在 普通材料在全部应用中不能满足设计者的总要求时。 在这些要求中，最主要的是能承受的结构温度较低，因此，降低了潜在的应用价值。当 继续研究时，虽然在价值上依据未加工材料价格和生产价格，但市场仍准备接受提高了性能 的材料。主供应厂商努力对付这种挑战，并且在70年代，第一代新型热塑性材料进入市场， 特别是在过去的几年里，取得了明显的增长。 所有这些新生产的高性能工程热塑性材料是以其特性为其特征的，除它们所具有一些有 用的性能外，．耐高温性能是最突出的性能之一。 为了确定能否满足挑战的要求，建议给出各种类型材料，及其特性的简单比较，在这之前，给出热塑性材料及其复合材料所具有的潜在的以及在某些情况下，所具有的更多的先进性能的简单应用情况。 材料 热国性材料 大部分已投入使用的热固性材料为大家所熟知的G．R．P．(玻璃纤维增强塑料)材料。 这些材料一般具有弹性性质，并已用象增强纤维这样的材料提高其性能，以便提供应用泛围更为广泛的材料，应用泛围有公共汽车的候车亭、飞机和卫星的结构。 热固性材料特性可以用其化学性质来表征。由于用这种材料制成的组件在生产时要固 化，分子间要进行交链反应，所以这些材料具有像玻璃一样的光滑，易碎、并且工艺性能差等特性。这种类型的典型材料从商业聚酯化物到作为主流材料的环氧类，它们都很少具有高温性能。然而，也有一些其它的热固性树脂，它们之中的每一种均具有独特的性质，而是主流材料所不具有的。例如，乙烯树脂／酯在化学腐蚀的环境中非常适用，丙烯酸盐／氨基甲酸 乙酯是一种新型的树脂系列，它具有快速固化的潜在优势、固化周期是以分计，而不是小时或者天，对于生产速度高的树脂喷注工艺来说是理想的 热固性材料的生产技术主要受到手工铺置(这种技术在热固性材料生产工艺中起主要作