航空航天材料腐蝕疲勞試驗

航空航天材料腐蝕疲勞試驗

1. 試驗背景與需求

飛機機翼、發動機葉片、火箭貯箱等關鍵結構在服役中同時承受高周交變載荷與腐蝕介質（鹽霧、燃油、濕熱等）耦合作用。傳統“先腐蝕-后疲勞"分步評價無法還原真實損傷機制，因此需要“腐蝕-疲勞"一體化試驗設備，能在同一工位實現：

• 高頻（1–100 Hz）拉-壓/拉-扭循環加載；

• 實時腐蝕環境（鹽霧、酸性氣氛、高低溫濕度）的精確控制；

• 原位觀測裂紋萌生-擴展過程；

• 超長壽命（10?–10?周次）穩定運行。

2. 凱爾測控電磁疲勞試驗機技術定位

凱爾測控電磁系列（M-50/500/1000/3000/6000）以“電磁直線電機"作為核心作動元件，取代傳統液壓或伺服電機驅動，天然適合上述苛刻需求。

3. 設備組成與功能模塊

3.1 主機框架

• 高剛度無間隙雙立柱結構，保證100 Hz內波形無畸變。

• 模塊化環境艙接口：可外掛鹽霧箱（35 ℃、5 %NaCl）、酸性氣氛箱（SO?+H?S）、高溫爐（RT-1000 ℃）。

3.2 電磁直線電機

• 頻率：0.1–100 Hz，連續可調；正弦、三角、方波及自定義波形。

• 零摩擦、無油維護，避免傳統液壓油污染腐蝕環境。

3.3 腐蝕環境集成方案

• 雙循環噴霧系統：鹽霧沉降量 1–2 mL/80 cm2·h，可編程“噴霧—干燥—濕潤"循環。

• 電化學工作站聯動：實時監測開路電位、極化電阻，與疲勞周次同步記錄。

• 冷凝水回收與中和處理，滿足HB 7117 / ASTM G85 腐蝕疲勞試驗規范。

3.4 測控與數據采集

• 全數字閉環控制器，采樣頻率10 kHz，16-bit A/D。

• 疲勞壽命曲線（S-N）、da/dN-ΔK 裂紋擴展速率實時生成。

• 預留原位顯微鏡/CT接口，實現10 μm級裂紋觀測。

3.5 軟件與自動化

• 一鍵式“腐蝕疲勞"向導：自動設定溫濕度、鹽霧循環、加載波形。

• 云端數據備份與遠程診斷，MTBF>8 000 h。

4. 典型試驗流程（以2xxx鋁合金板材為例）

1) 試樣制備：根據ASTM E466加工K?=1 標準圓棒，表面Ra≤0.2 μm。

2) 安裝：專用防腐夾具+陶瓷涂層墊片，避免電偶腐蝕。

3) 環境設定：35 ℃鹽霧箱→5 %NaCl，pH 6.5，噴霧15 min/干燥45 min循環。

4) 加載：應力比R=0.1，f=20 Hz，最大應力σ_max=240 MPa（0.4σ_b）。

5) 監測：實時記錄裂紋長度-周次曲線，電化學噪聲識別裂紋萌生點。

6) 終止條件：試樣斷裂或達到10?周次。自動生成S-N曲線和腐蝕疲勞極限σ_corr。

5. 與傳統液壓機對比優勢

• 免維護：無液壓油、濾芯更換，年維護成本下降>60 %。

• 高精度：電磁作動器位移分辨率0.1 μm，加載誤差<±0.5 %。

• 低能耗：同等載荷下功耗僅為液壓系統的30 %。

• 環境友好：無油霧污染，滿足綠色實驗室要求。

通過以上配置，凱爾測控電磁疲勞試驗機可在同一平臺上完成航空航天材料的腐蝕疲勞性能評價、壽命預測與失效機理研究，顯著縮短研發周期、降低試驗成本，并滿足HB、GB、ASTM等國際國內標準要求。