2024航空铝合金表面硅烷膜的制备与性能研究

采用浸渍法,在2024航空铝合金表面制备了乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)膜。以硫酸铜点滴时间作为评价依据,通过单因素实验,研究了硅烷浓度、醇水比、溶液pH与水解温度对VTES膜的耐蚀性能的影响,并确定了铝合金表面制备VTES膜的工艺条件。FT-IR、接触角、极化曲线及5%NaCl溶液浸泡测试表明,铝合金表面生成了一层含Si–O–Si键和Si–O–Al键的VTES膜,其疏水性能及耐蚀性能均有所提高。     

2024航空铝合金表面硅烷膜的制备与性能

采用浸渍法,在2024航空铝合金表面制备了乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)膜。以硫酸铜点滴时间作为评价依据,通过单因素实验,研究了硅烷浓度、醇水比、溶液pH与水解温度对VTES膜的耐蚀性能的影响,并确定了铝合金表面制备VTES膜的工艺条件。FT-IR、接触角、极化曲线及5%NaCl溶液浸泡测试表明,铝合金表面生成了一层含Si—O—Si键和Si—O—Al键的VTES膜;其疏水性能及耐蚀性能均有所提高。     

铝合金表面聚吡咯镀层的制备及其防腐蚀性能

采用恒电位法在铝合金片(Al)上电镀吡咯单体电化学聚合形成聚吡咯(polypyrrde,PPy)镀层,研究其防腐性能。采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)以及X射线衍射(XRD)表征样品微观形貌与结构组成,接触角测量仪与热重分析仪分别表征样品的疏水性能与热稳定性,采用腐蚀形貌图、极化曲线以及EIS表征样品的防腐性能。结果表明:聚吡咯镀层均匀、致密展现出良好的机械屏蔽性能。聚吡咯为无定形结构,吡咯单体之间以C—C键连接成链式聚吡咯。聚吡咯镀层表现为疏水性能,且热稳定性良好。浸泡在3. 5%Na Cl溶液中136 h后,铝合金出现大量点蚀现象,而聚吡咯镀层并没有出现严重腐蚀现象。聚吡咯镀层的腐蚀电流密度比铝合金更小,对铝合金保护率达到80. 8%。此外,聚吡咯镀层的溶液电阻与电荷转移电阻比铝合金高很多,表明其对溶液中电解质离子有更强的阻碍作用以及低电荷转移速率,防腐性能优异。     

基于聚丙烯腈基碳纤维红外辐射特性的飞机除冰性能

采用通电加热方式研究了聚丙烯腈(polyacrylonitrile PAN)基碳纤维的红外发热特性,进一步探索了其除冰性能。结果表明随输入功率的增加,碳纤维表面的升温能力显著提升,当输入功率为23.92 W时,样品在100 s内可升至215℃。当输入电压低于5 V时,碳纤维电阻出现先增加后减小的现象,表明了PAN基碳纤维的半导体特性。红外成像测试表明碳纤维表面温度分布均匀。融冰实验表明碳纤维样品的面积、温度、距离、融冰水等因素都对融冰速率都有影响;随着碳纤维加热片样品温度和面积的增加以及融冰水的去除冰柱融化时间不断缩减,纤维红外辐射强度随距离增加而迅速衰减。恒定温度为125℃时,5 cm×5 cm样品最大融冰速率为0.385 g/min。恒定面积时,125℃时最大融冰速率相对于室温自然融化提升了115.3%。当面积温度恒定时,有无融冰水情况下,融冰速率相差43.9%。实验证明,利用碳纤维的红外辐射加热在飞机除冰方面这具有较大潜在应用价值。     

基于碳纤维红外辐射特性的除冰研究

采用通电加热方式研究了PAN基碳纤维的红外发热特性,进一步探索了其除冰性能。结果表明随输入功率的增加,碳纤维表面的升温能力显著提升,当输入功率为23.92 w时,样品在100 s内可升至215 ℃。当输入电压低于5 V时碳纤维电阻出现先增加后减小的现象,表明了PAN基碳纤维的半导体特性,红外成像测试表明碳纤维表面温度分布均匀。融冰实验表明碳纤维样品的面积、温度、距离、融冰水等因素都对融冰速率都有影响,随着碳纤维加热片样品温度和面积的增加以及融冰水的去除冰柱融化时间不断缩减,纤维红外辐射强度随距离增加而迅速衰减。恒定温度为125℃时,5 cm × 5 cm样品最大融冰速率为0.385 g/min。恒定面积时,125 ℃时最大融冰速率相对于室温自然融化提升了115.3%。当面积温度恒定时,有无融冰水情况下,融冰速率相差43.9%。实验证明,利用碳纤维的红外辐射加热在飞机除冰方面这具有较大潜在应用价值。     

航空碳纤维复材板电-磁-热多场联合仿真与分析

针对电磁涡流感应在实现碳纤维增强复合材料（CFRP）快速内部加热时内部多场问题尚缺少系统理论研究的情况,对航空碳纤维复材板进行了电-磁-热多场联合仿真与分析。首先,从CFRP的物理属性出发,分析其涡流热产生的物理原理;其次,设计不同叠层数目碳纤维复合材料,根据碳纤维复合板材电磁涡流形成规律,分析线圈输入功率/电压以及复材叠层数目对涡流热效应的影响;再次,使用电-磁-热联合多场有限元模型对感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布情况进行仿真分析;最后,通过实验验证有限元模型计算结果。结果表明,涡流效应中碳纤维板可以产生呈闭环的感应电流,感应电流在碳纤维复材板上呈中间低、四周高的分布状态;在25 V的固定输入电压下,单层碳纤维板的热升温效应最明显,稳定温度约为141.4 ℃;随着输入功率/电压提升,双层碳纤维复合板材涡流热效应随之增大,达到热稳定所需时间也同步增加。通过电-磁-热联合多场有限元模型和验证实验,研究感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布规律,对推动电磁涡流热效应在航空碳纤维复材感应焊接等领域的工程应用具有参考价值。