[发明专利]一种基于间歇超声的模拟螺旋桨叶空蚀试验方法

说明书

本发明公开了一种基于间歇超声的模拟螺旋桨叶空蚀试验方法，将螺旋桨叶试样置于空蚀介质中，向空蚀介质施加间断超声波以诱导空蚀介质不持续地的空化和溃灭，达到预定工作时间后，通过计算空蚀失重量和空蚀形貌表征来分析试样在空蚀介质中的空蚀破坏。与现有的试验方法相比，本发明通过脉冲超声波的加载，该试验方法能更好地模拟镍铝青铜螺旋桨的实际服役环境，从而更准确的研究和了解镍铝青铜的空蚀机理。

技术领域

本发明涉及空蚀试验技术领域，特别是涉及一种基于脉冲超声波振荡的模拟螺旋桨叶空蚀试验方法。

背景技术

镍铝青铜合金因具有优异的耐腐蚀性能和良好的机械性能而广泛应用于海洋系统中，常见的是用于制造船舶螺旋桨。然而，当螺旋桨在高腐蚀性的海洋环境中旋转时，由于叶片与海水的相对运动，形成低压区，低压区的形成导致水的沸点降低，气泡大量产生，而当低压区消失时，气泡会迅速地破裂和坍塌。气泡的破裂产生的冲击波和微型喷射向附近的固体表面施加强烈的压力脉冲，这些脉冲的重复攻击最终会导致材料疲劳和去除，这种现象称为空蚀。空蚀问题正成为阻碍镍铝青铜螺旋桨部件长寿命高性能服役的主要因素，引起了学者们的广泛关注。

有研究指出在腐蚀性的介质中，对于金属材料钛，其表面的生成的钝化膜在空蚀过程中会对基体会形成一定的保护作用，相比于在空蚀介质中有钝化膜覆盖的钛，无膜覆盖的钛遭受更加严重的空蚀破坏。对于镍铝青铜，在含氧的腐蚀性介质中，其表面能迅速地生成腐蚀产物膜，而且在破坏后能够立刻恢复。

目前对镍铝青铜在腐蚀性介质中空蚀问题的研究均是在连续空泡下进行的，即材料表面一直受到空泡的机械冲击。而在实际的空蚀环境中，空蚀的发生时随机且不连续的。在这种连续空蚀的情况下，镍铝青铜的表面腐蚀产物膜来不及形成，这可能会导致镍铝青铜的实际空蚀行为与连续下的空蚀行为有偏差，因此有必要研究间歇空蚀下镍铝青铜的空蚀行为。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的连续空泡实验结果与实际服役情况不符的问题，而提供一种基于间歇超声的模拟螺旋桨叶空蚀试验方法。在海洋构件的实际服役环境中，空蚀并不是一直连续不间断地产生而是间歇性的，在不产生空蚀的间歇，破坏的氧化膜层可能会迅速地恢复，从而对基体产生一定的保护作用，进一步会减弱腐蚀以及空蚀破坏。因此在连续空蚀与脉冲空蚀条件下，镍铝青铜螺旋桨可能会表现出不同的空蚀行为。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于间歇超声的模拟螺旋桨叶空蚀试验方法，将螺旋桨叶试样置于空蚀介质中，向空蚀介质施加间断超声波以诱导空蚀介质不持续地的空化和溃灭，达到预定工作时间后，通过计算空蚀失重量和空蚀形貌表征来分析试样在空蚀介质中的空蚀破坏。

在上述技术方案中，所述间断超声波的波形在时间轴上不连续且具有一定的周期性，即超声波以脉冲信号的形式输出。

在上述技术方案中，在进行间断超声处理的时候具体工艺参数可进行调整，如所述间断超声波的超声间隙时间大于等于0.1s，每一次超声时间为2-3s，工作时间为5—10h，优选间隙时间和超声时间一致。

在上述技术方案中，所述螺旋桨叶试样的形状为矩形平板状。

在上述技术方案中，所述螺旋桨叶试样的材料为镍铝青铜、不锈钢或者其他铜基合金。

在上述技术方案中，实验前对所述螺旋桨叶试样进行机械打磨和抛光，使其表面平整光滑，如使用400-2000粒度的砂纸对试样进行机械打磨，最后用1μm的金刚石抛光剂进行抛光，以制得表面平整光滑的试样。

在上述技术方案中，所述空蚀介质为中性的NaCl水溶液或酸性的水溶液，如3.5wt.％的NaCl水溶液或者pH＝2的HCl水溶液(即盐酸)。