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弗吉尼亚大学研究新成果:快速的金属腐蚀检测方法
发布:s0208_2016   时间:2016/11/18 15:39:31   阅读:327 
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图1:弗吉尼亚大学工程教授罗伯特·凯利(Robert Kelly)拿着在循环腐蚀试验室中受到加速腐蚀的那些不锈钢压缩机叶片。 (图片由Dan Addison大学通讯提供)
 
弗吉尼亚大学(弗吉尼亚州夏洛茨维尔)的一组研究人员正在努力提高循环腐蚀试验箱的测试效率,目的是更快地向客户提供关于各种金属潜在腐蚀风险的数据。与劳斯莱斯(德国,英国)等主要组织的合作使得学校能够对试验进行修改和改进试验装置,而使用的装置为一种商业化的产品,在测试过程中可以控制内部的温度、湿度和盐度等参数。

由Robert Kelly(工程)领导的研究团队,通过在装置内部填充臭氧并与内部气体混合最终有效地加快了腐蚀的过程。根据研究人员的说法,来自市场可购买的臭氧发生器和紫外线(UV)灯的臭氧添加剂可以帮助研究者实现不同地区的腐蚀环境模拟。Kelly教授提及臭氧本身就是一种非常有效地氧化剂,但是在这些加速腐蚀的设备往往没有考虑到臭氧可以加速腐蚀这一功能。

改进的腔室包括一个子系统,其从清洁的压缩空气产生高达23.2ppm的臭氧,另一个子系统可产生高达50W / m 2的UV光强度。 Kelly发现臭氧在盐雾试验期间加速了金属的腐蚀,并且当臭氧也存在时,加入UV光进一步增加了腐蚀速率。
 
劳斯莱斯的测试:
使用这个改进的腔室,Kelly的团队测试了电力系统供应商劳斯莱斯提供的金属样品。 该公司与学校的三个研究中心合作,将小型,弯曲的陶瓷涂层喷气发动机压缩机叶片进行了送检。

该次测试选定样品为不同厚度的样品。较薄的涂层意味着叶片更轻并且可以更快地转动,但是太薄的涂层将会使腐蚀在飞行和环境条件的压力下传播。为了测试每个叶片,进行了侵蚀性的盐雾试验以加速它们在飞机涡轮机中可能面临的损坏过程(图2)。
 
图2:为了测试每个叶片的腐蚀状况,进行了侵蚀性盐雾试验以加速它们作为飞机涡轮机的一部分时可能面临的损坏,如图所示。
 
通过使用Kelly的修改和测试协议,该团队能够向劳斯莱斯提供关于压缩机叶片承受冲击力的数据。叶片来自发动机前部的压缩机,其准备用于空气的燃烧。因此,它们将暴露于各种各样的环境因素下。

“我们将它们暴露在100小时的测试中,并且提高温度,加速湿和干循环,使得测试更具化学侵蚀性,而不改变腐蚀所造成的损害类型。”Kelly说。“我们进行的测试比之前劳斯莱斯在其刀片上使用的测试快16倍,从而节省了大量的金钱和时间。”
 
研究领域:
Kelly说他的研究小组目前专注于大气局部腐蚀;并且对一些水下环境的高性能合金的腐蚀进行了研究,尤其是一些高性能合金在航空航天以及核燃料管等领域的应用的腐蚀研究;该团队也对不同尺度的模型来模拟腐蚀的进展。

众所周知,腐蚀无时不刻的在发生,你却无法有效地阻止腐蚀的发生,但是可以延缓腐蚀的过程,这样材料也具有更长的使用寿命。

该小组向美国核管理委员会(美国马里兰州罗克维尔)和能源部(华盛顿特区)提供了关于储存核废料的Yucca Mountain项目的技术支持服务;此外也为美国空军的老化飞机计划(弗吉尼亚州阿灵顿)和国家航空和航天局安全工程中心以及911五角大楼纪念馆提供技术服务。

美国电化学科学中心的Kelly部门总监提及:“电化学是一个非常快速、有效的方式,能够判定腐蚀对材料存在的潜在影响,而不改变其腐蚀过程造成的影响。”
 
Scully补充道:“一些材料的腐蚀过程持续很多年,材料本身的性能越来越弱,直到达到一个临界值时,将失去其初始性能。
 
未来行业客户:
据Kelly介绍,劳斯莱斯团队对测试结果感到满意,最值得注意的是,通过对腔室进行改装而提供的更快的时间(图3)。

“测试是对劳斯莱斯非常有帮助的,因为我们能够更快地得到答案,”Kelly说, “对他们来说,这是非常有利的。
 
图3:Kelly实验室中的循环腐蚀测试仪可以加速材料的腐蚀过程,从而使腐蚀变得明显。 (照片由弗吉尼亚大学提供)
 
Scully还指出,像劳斯莱斯压缩机叶片这样的挑战为部门提供了扩展行业一些基础数据库,通过数据库的基础数据可以有效地改进产品,为年轻研究人员提供了重要的实践经验的机会。基于积极的反馈,Scully预计更多的合作伙伴将在未来几个月和几年内会与Kelly的腐蚀研究团队合作。

“每个外部赞助商来到这里都有他们的问题,这对腐蚀研究有很高的需求,”Scully说, “他们也可能需要受过培训的人员。

展望未来,Kelly还希望改善腐蚀研究行业与其他相关领域的合作,希望找到更好的解决方案。

“这结合了化学,物理,数学等一些我们需要考虑的其他领域,因为它与许多其他的领域交叉,这让我们有机会与很多人合作,” Kelly说, “这是一个能使一些科学研究项目能够一直走到最后,直到能得到应用的一个基本的科学。”

原作:Ben DuBose
译者:德馨
译自:materialsperformance
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