[發明專利]一種基于間歇超聲的模擬螺旋槳葉空蝕試驗方法

有效

• 申請號: 201910365585.X
• 申請日: 2019-05-01
• 公開（公告）號: CN111879694B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 吳忠;曹麗方;秦真波;高志明;鄧意達;胡文彬
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N17/02
• 分類號: G01N17/02
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊

本發明公開了一種基于間歇超聲的模擬螺旋槳葉空蝕試驗方法，將螺旋槳葉試樣置于空蝕介質中，向空蝕介質施加間斷超聲波以誘導空蝕介質不持續地的空化和潰滅，達到預定工作時間后，通過計算空蝕失重量和空蝕形貌表征來分析試樣在空蝕介質中的空蝕破壞。與現有的試驗方法相比，本發明通過脈沖超聲波的加載，該試驗方法能更好地模擬鎳鋁青銅螺旋槳的實際服役環境，從而更準確的研究和了解鎳鋁青銅的空蝕機理。

技術領域

本發明涉及空蝕試驗技術領域，特別是涉及一種基于脈沖超聲波振蕩的模擬螺旋槳葉空蝕試驗方法。

背景技術

鎳鋁青銅合金因具有優異的耐腐蝕性能和良好的機械性能而廣泛應用于海洋系統中，常見的是用于制造船舶螺旋槳。然而，當螺旋槳在高腐蝕性的海洋環境中旋轉時，由于葉片與海水的相對運動，形成低壓區，低壓區的形成導致水的沸點降低，氣泡大量產生，而當低壓區消失時，氣泡會迅速地破裂和坍塌。氣泡的破裂產生的沖擊波和微型噴射向附近的固體表面施加強烈的壓力脈沖，這些脈沖的重復攻擊最終會導致材料疲勞和去除，這種現象稱為空蝕。空蝕問題正成為阻礙鎳鋁青銅螺旋槳部件長壽命高性能服役的主要因素，引起了學者們的廣泛關注。

有研究指出在腐蝕性的介質中，對于金屬材料鈦，其表面的生成的鈍化膜在空蝕過程中會對基體會形成一定的保護作用，相比于在空蝕介質中有鈍化膜覆蓋的鈦，無膜覆蓋的鈦遭受更加嚴重的空蝕破壞。對于鎳鋁青銅，在含氧的腐蝕性介質中，其表面能迅速地生成腐蝕產物膜，而且在破壞后能夠立刻恢復。

目前對鎳鋁青銅在腐蝕性介質中空蝕問題的研究均是在連續空泡下進行的，即材料表面一直受到空泡的機械沖擊。而在實際的空蝕環境中，空蝕的發生時隨機且不連續的。在這種連續空蝕的情況下，鎳鋁青銅的表面腐蝕產物膜來不及形成，這可能會導致鎳鋁青銅的實際空蝕行為與連續下的空蝕行為有偏差，因此有必要研究間歇空蝕下鎳鋁青銅的空蝕行為。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中存在的連續空泡實驗結果與實際服役情況不符的問題，而提供一種基于間歇超聲的模擬螺旋槳葉空蝕試驗方法。在海洋構件的實際服役環境中，空蝕并不是一直連續不間斷地產生而是間歇性的，在不產生空蝕的間歇，破壞的氧化膜層可能會迅速地恢復，從而對基體產生一定的保護作用，進一步會減弱腐蝕以及空蝕破壞。因此在連續空蝕與脈沖空蝕條件下，鎳鋁青銅螺旋槳可能會表現出不同的空蝕行為。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

一種基于間歇超聲的模擬螺旋槳葉空蝕試驗方法，將螺旋槳葉試樣置于空蝕介質中，向空蝕介質施加間斷超聲波以誘導空蝕介質不持續地的空化和潰滅，達到預定工作時間后，通過計算空蝕失重量和空蝕形貌表征來分析試樣在空蝕介質中的空蝕破壞。

在上述技術方案中，所述間斷超聲波的波形在時間軸上不連續且具有一定的周期性，即超聲波以脈沖信號的形式輸出。

在上述技術方案中，在進行間斷超聲處理的時候具體工藝參數可進行調整，如所述間斷超聲波的超聲間隙時間大于等于0.1s，每一次超聲時間為2-3s，工作時間為5—10h，優選間隙時間和超聲時間一致。

在上述技術方案中，所述螺旋槳葉試樣的形狀為矩形平板狀。

在上述技術方案中，所述螺旋槳葉試樣的材料為鎳鋁青銅、不銹鋼或者其他銅基合金。

在上述技術方案中，實驗前對所述螺旋槳葉試樣進行機械打磨和拋光，使其表面平整光滑，如使用400-2000粒度的砂紙對試樣進行機械打磨，最后用1μm的金剛石拋光劑進行拋光，以制得表面平整光滑的試樣。

在上述技術方案中，所述空蝕介質為中性的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(即鹽酸)。