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金属陶瓷层状复合材料制备工艺与失效机制研究进展
张振, 周玖, 周婕, 朱军, 王安哲, 周琦
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000160
[摘要](78) [HTML全文](42) [PDF 1816KB](3)
摘要:
由仿生贝壳独特的“砖 + 泥”结构制备的金属陶瓷层状复合材料已被证明具有良好的强度和韧性,逐渐成为国内外学者的研究重点。本文综述Al基、Ti基、Ni基及其他常见金属-陶瓷层状复合材料的研究现状,并着重介绍了制备方法、工艺特点和工艺流程;归纳总结金属-陶瓷层状复合材料常见的裂纹偏转、多重裂纹扩展和裂纹桥接等形式失效破坏模式,控制界面反应和改善界面润湿性可提高金属-陶瓷层状复合材料的界面结合强度。优化制备工艺和掌握破坏机理是实现金属-陶瓷层状复合材料工程化应用的基础,将计算科学引入对金属/陶瓷界面和损伤机制的研究是实现整个制备过程可操控性的有效途径,实现产品的大尺寸化和形状多样化是其大规模应用化推广的关键。

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2020-05期封面+目录
2020, 40(5): 0 -0  
[摘要](6) [HTML全文](2) [PDF 2262KB](0)
摘要:
SiCf/SiC纺织复合材料细观结构及力学性能研究进展
杨甜甜, 张典堂, 邱海鹏, 钱坤, 谢巍杰, 王岭
2020, 40(5): 1 -12   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000143
[摘要](180) [HTML全文](75) [PDF 17485KB](2)
摘要:
碳化硅纤维增强碳化硅基体(SiCf/SiC)纺织复合材料具有结构设计性强、密度低、力学性能优异、耐高温和抗氧化性好等优势,成为航空发动机热端高温部件理想的候选结构材料。然而,目前对SiCf/SiC纺织复合材料的制备技术、性能、细观表征等方面开展的研究较少,但从长远来看,它仍是我国航空发动机制造必须开展研究的方向。本文针对SiCf/SiC纺织复合材料,围绕其细观结构、力学性能实验表征和数值模拟分析等三个方面,概述了SiCf/SiC纺织复合材料近几年的研究现状,综合对比国内外应用基础研究,虽然国内在制备技术方面取得了很大的进展,达到了国际先进水平,但是在构件考核验证和应用方面尚处于起步阶段,只有在可靠性、耐久性、工艺及性能综合平衡的基础上优化,实现材料与工艺、结构与设计的协同,才能在航空发动机未来发展中取得突破。
时效时间对铸态Fe56.5Ni30Al10.5Nb3形状记忆合金组织与性能的影响
陈朝霞, 彭文屹
2020, 40(5): 13 -19   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000015
[摘要](130) [HTML全文](46) [PDF 1086KB](1)
摘要:
研制一种无Co添加的Fe56.5Ni30Al10.5Nb3(atom fraction/%)合金,在制备中直接对铸态合金进行固溶和650 ℃下的时效处理。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析合金的组织和物相,同时对其进行硬度测试、抗压强度测试、超弹性测试及电子背散射衍射(EBSD)测试。结果表明:时效时间处于0~95 h的范围时,合金内均能析出纳米尺寸的γ′相和细小的β相,在室温都展现出超弹性,最大超弹性应变达10.62%;γ′相在晶内析出,在时效时间为70 h时分布最密集,时间超过70 h后进入长大阶段;β相在晶内和晶界都能析出,析出量随时效时间的延长而增加;β相的析出能促进硬度的增加,但其在晶界的生成对强度不利;随着时效时间的延长,合金硬度持续增加,抗压强度和超弹性应变均先增加后减小,且均在时间为70 h时取得最大值;合金内部纳米尺寸的γ′析出相及较强的{100}<001>织构对其超弹性影响较大。
热挤压高强TiCp/Mg-1.4Zn-2.6Ca-0.5Mn纳米复合材料的组织与力学性能
聂凯波, 朱智浩, 邓坤坤, 韩俊刚
2020, 40(5): 20 -28   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000083
[摘要](4559) [HTML全文](2132) [PDF 2864KB](11)
摘要:
采用超声波辅助半固态搅拌铸造法制备TiCp/Mg-1.4Zn-2.6Ca-0.5Mn纳米复合材料,实现纳米TiCp的均匀分布,并分析热挤压前后复合材料的组织与力学性能。结果表明:挤压前第二相密集区晶粒尺寸小于第二相贫瘠区,第二相为Ca2Mg6Zn3相;不同温度(350 ℃、310 ℃和270 ℃)挤压后复合材料均发生了动态再结晶(DRX),随挤压温度的降低,DRX晶粒尺寸及其体积分数趋于减小,而析出相体积分数则略有增加,超细晶(约0.34 μm)和大量MgZn2析出相出现在270 ℃挤压态复合材料中;复合材料晶粒细化不仅与DRX有关,还与纳米级的α-Mn颗粒、TiCp和MgZn2析出相的钉扎效应有关;经270 ℃/0.1 mm•s−1挤压后,复合材料的屈服强度(YS)、极限抗拉强度(UTS)和伸长率(EL)分别约为439.7 MPa、460.2 MPa和1.73%;屈服强度提高主要与细晶强化、Orowan强化、热错配强化和位错强化有关,其中细晶强化的贡献率最大超过60%。
预拉伸对X2A66铝锂合金时效析出行为以及力学性能的影响
都昌兵, 熊纯, 官瑞春, 江茫, 唐启东, 徐进军
2020, 40(5): 29 -37   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000183
[摘要](59) [HTML全文](9) [PDF 1117KB](2)
摘要:
采用力学性能测试与微观组织观察相结合的实验方法,研究不同预拉伸量对X2A66合金的时效析出行为演变以及力学性能生成规律。研究结果表明:时效前进行预拉伸处理能加速合金的时效响应速率;在增加T1相析出密度的同时减小T1相直径,但不改变T1相厚度。随着预拉伸量的增加,形变位错强化作用逐渐增加,T1相析出强化作用逐渐下降。5%的预拉伸量,能够使试样获得最佳的强塑性配比,屈服强度、抗拉强度以及伸长率分别为593 MPa、611 MPa以及10.7%。
Co含量对DD15单晶高温合金组织和持久性能的影响
史振学, 刘世忠, 岳晓岱, 王志成, 李嘉荣
2020, 40(5): 38 -44   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000014
[摘要](76) [HTML全文](48) [PDF 1078KB](11)
摘要:
在真空定向凝固炉中制备Co含量分别为9%和12%的DD15单晶高温合金,保持其他合金元素的含量不变,研究Co含量对单晶高温合金组织、组织稳定性和980 ℃/300 MPa条件下持久性能的影响。结果表明:随着Co含量增加,合金的一次枝晶间距增加,共晶含量减少;合金的γ′相尺寸无明显变化,立方化程度稍有减小,体积分数减少;合金的组织稳定性提高,降低了合金的持久性能。
显微组织对Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金拉伸变形行为的影响
李兴无, 沙爱学, 陈勃, 储俊鹏
2020, 40(5): 45 -52   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000111
[摘要](127) [HTML全文](89) [PDF 1032KB](261)
摘要:
利用扫描电镜、X衍射仪和理论计算研究不同晶粒尺寸、晶体取向对Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金拉伸行为的影响。不同状态的合金丝材拉伸实验结果验证了在720~840 ℃退火后的拉伸真应力-真应变曲线上存在明显的宏观屈服点,屈服后出现应力跌落;在α相晶体取向均为<0001>丝织构特征时,晶粒尺寸的大小决定合金的宏观屈服强度,晶粒尺寸越大,宏观屈服强度越小;相对于<0001>丝织构,α相<\begin{document}$ {10\bar 10} $\end{document}>丝织构的存在导致α相中产生较大的塑性变形,β相中内应力增加,合金宏观屈服强度降低。
超音速火焰喷涂CoCrAlYSi-hBN涂层组织和性能
张昂, 王长亮, 王天颖, 高俊国, 郭孟秋, 崔永静, 田浩亮
2020, 40(5): 53 -59   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000021
[摘要](115) [HTML全文](56) [PDF 868KB](3)
摘要:
采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备CoCrAlYSi-hBN涂层,通过对涂层显微组织、硬度和结合强度的测试,探讨喷涂工艺参数(燃气流量和喷涂距离)的变化对涂层组织与性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究涂层的形貌、微观组织及涂层成分,采用显微硬度计和拉伸试验机测试涂层的显微硬度和结合强度。研究结果表明:随着燃气流量的增加,喷涂粉末粒子熔化更充分,涂层中孔隙和氮化硼含量呈降低趋势,涂层硬度增加,结合强度先升高后降低;随喷涂距离增加,氧化物夹杂增多,涂层硬度呈现增大的趋势,结合强度先增加后降低。喷涂距离为225 mm时,涂层孔隙率和氮化硼含量很低,导致其高的硬度和结合强度。
改变定向凝固工艺参数抑制DZ22B合金与高纯Al2O3模壳面层的界面反应
刘雁焘, 刘满平, 孙少纯
2020, 40(5): 60 -69   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000174
[摘要](63) [HTML全文](33) [PDF 1013KB](0)
摘要:
采用改变定向凝固工艺参数的方法研究浇注温度与抽拉速率对DZ22B镍基高温合金与高纯Al2O3陶瓷模壳面层材料间界面反应影响。利用SLM观察界面反应宏观的不同特征区域,使用配备有EDS的SEM分析研究合金-模壳界面反应处的微观结构及对界面反应产物元素种类进行定性分析,通过XRD与XPS对界面反应产物的相与元素价态进行鉴定。结果表明,界面反应产物主要为HfO2与Al1.98Cr0.02O3且沿定向凝固方向呈现区域分布,且在保证定向凝固合金组织的前提下,降低浇注温度、提高抽拉速率能够抑制延缓界面反应的发生。
金属网对航空复合材料雷击损伤的防护
罗立, 张骁亚, 杨文锋
2020, 40(5): 70 -79   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000029
[摘要](63) [HTML全文](35) [PDF 1386KB](3)
摘要:
碳/环氧复合材料因高强度、耐疲劳和抗腐蚀等性能被广泛应用于航空领域。针对飞机雷击过程中碳/环氧复合材料的损伤问题,建立具有铜网和铝网保护的碳/环氧复合材料层压板的三维有限元模型,并采用单元删除法对复合结构的雷电烧蚀单元进行处理。在不同电流峰值和不同网格间距下验证铜网和铝网的防雷效果,研究金属网质量变化与防雷效果之间的关系。结果表明:具有金属网保护的复合材料层压板的烧蚀面积和损伤深度均明显减小;网格间距越密集,防雷击效果越好;铜网复合层压板的保护效果要优于铝网;随着金属网质量的增加,复合材料层压板雷击损伤程度降低。
航空用国产碳纤维/双马树脂复合材料湿热力学性能
李博, 文友谊, 王千足, 顾轶卓, 李敏, 张佐光
2020, 40(5): 80 -87   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000138
[摘要](4) [HTML全文](2) [PDF 914KB](0)
摘要:
用一种航空用国产T700级碳纤维和4种双马树脂分别制备复合材料,采用三种湿热条件(100 ℃水煮、70 ℃水浸、70 ℃/85%相对湿度)对复合材料层板进行湿热处理,研究室温和150 ℃下与界面和基体相关的复合材料湿热力学性能。结果表明:湿热处理后复合材料的力学性能有所降低,尤其是对复合材料高温力学性能影响显著,其中90°拉伸性能、0°压缩强度、弯曲强度、 开孔压缩强度对吸湿和温度较敏感,而0°压缩模量、弯曲模量和开孔拉伸强度对吸湿和温度不敏感。对比不同湿热条件处理后复合材料力学性能的变化,发现100 ℃水煮后力学性能衰减幅度较大,认为这与其平衡吸湿率较高有关。结合90°拉伸断面的扫描电镜分析,认为界面湿热性能是决定国产碳纤维复合材料湿热性能的关键因素。
金属陶瓷功能梯度板的模态频率分析
刘超, 刘文光
2020, 40(5): 88 -95   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000087
[摘要](97) [HTML全文](42) [PDF 978KB](1)
摘要:
金属陶瓷功能梯度材料因其良好的耐热特性和高强度性能,在飞行器壁板的热防护系统设计中具有潜在的应用价值。以功能梯度板为对象,研究陶瓷体积分数指数、板的几何尺寸和热环境等参数对功能梯度板模态频率的影响。首先,采用幂律分布函数材料模型,讨论热环境对功能梯度材料物理特性的影响;在此基础上,利用温度在有限元中随空间位置连续变化的特点,建立依赖温度场变化的功能梯度材料板线性分层有限元模型,并验证该模型在动力学分析中的有效性;最后,分析陶瓷体积分数指数、功能梯度板的长宽比、温度梯度等变量对功能梯度板模态频率的影响。结果表明:高阶模态频率受均匀温度场的影响最大,而第一阶模态频率受线性和非线性温度场的影响更大;线性和非线性温度场下,陶瓷体积分数指数对模态频率下降率的影响最为敏感;均匀温度场下模态频率下降率主要受体积分数指数和温度梯度耦合作用的影响。
发动机材料高周疲劳P-S-N曲线优化处理方法
许巍, 陈新, 李旭东, 钟斌, 赵延广, 陶春虎
2020, 40(5): 96 -103   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000016
[摘要](131) [HTML全文](60) [PDF 702KB](8)
摘要:
材料的高周疲劳P-S-N曲线是发动机强度设计的重要依据。根据航空发动机材料高周疲劳P-S-N曲线的数据处理要求,提出拟合模型的选用判据以及中/高寿命区之间临界点的判别方法,并基于此进一步提出高周疲劳P-S-N曲线的优化处理方法;随后以航空发动机中常用的两种钛合金材料为对象,利用本方法实现批处理,获得不同条件下的高周疲劳P-S-N曲线,最后比较与传统方法在处理时间上的差异。结果表明:该数据处理方法不但适用于常规高周疲劳性能数据处理,还适用于超高周疲劳性能数据处理,其处理效率显著提升。
未来航空发动机材料面临的挑战与发展趋向
傅恒志
[摘要](2450) [PDF 446KB](2128)
摘要:
根据发动机材料基本服役环境的特点,提出将先进的结构概念与材料概念、发动机的先进性、可靠性与材料组织和缺陷的可控性与稳定性结合起来开展材料研究的论点。从使用温度、高温比强、抗氧化性、韧性、导热性与加工性方面分析了传统材料与新材料体系的特点,并针对我国航空发动机材料中存在的问题,提出了若干建议。
先进树脂基复合材料的发展
陈祥宝
[摘要](1959) [PDF 1174KB](2046)
摘要:
先进树脂基复合材料在过去三十年中已得到了飞速的发展.本文主要介绍了它们的发展现状及在航空工业的应用,讨论了先进树脂基复合材料的未来研究和发展方向以及应注意的几个问题.
导电硅橡胶研究进展
耿新玲, 刘君, 任玉柱, 苏正涛, 王景鹤
[摘要](1711) [PDF 863KB](1703)
摘要:
介绍了导电硅橡胶的两种导电机理,即渗流理论和隧道效应理论,综述了炭系和金属系两类导电填料的研究进展状况,并论述了温度、压力和加工工艺等因素对硅橡胶导电性能的影响,最后简要介绍了导电硅橡胶的应用状况并对其进行了展望。
纤维增强复合材料的损伤特征及失效分析方法
习年生, 于志成, 陶春虎
[摘要](1715) [PDF 349KB](1428)
摘要:
给出了纤维增强复合材料单向板的基本失效模式,总结了多向层合板的损伤特征。复合材料层合板中存在四种基本的失效模式,即:基体开裂、分层、纤维断裂及脱粘。上述四种基本失效模式虽然可组合出多种复杂模式,但任何复合材料的失效均可分为以“基体控制为主”或以“纤维控制为主”两种。本文还讨论了复合材料中的失效分析方法。目前,有关复合材料断裂图像的知识仍是有限的,但已引起人们的高度重视。
铸造高温合金发展的回顾与展望
陈荣章, 王罗宝, 李建华
[摘要](1593) [PDF 907KB](1428)
摘要:
回顾了20世纪40年代以来铸造高温合金发展中的若干重大事件:叶片以铸代锻;真空熔炼技术;定向凝固及单晶合金;合金成分设计;Ni3Al基铸造高温合金;合金凝固过程数值模拟;细晶铸造.展望了铸造高温合金21世纪的发展:单晶高温合金仍然是最重要的涡轮叶片材料;继续靠工艺的发展挖掘合金潜力;发展有希望的替代材料.
金属基复合材料的强化机制
陈剑锋, 武高辉, 孙东立, 姜龙涛
[摘要](2027) [PDF 1024KB](1334)
摘要:
复合材料的强化机制和强度预报一直是材料学的研究热点,因为这涉及到材料的组织设计问题。以往的研究对于金属基复合材料的强化机理有很多种说法,而且提出了大量的模型,但迄今为止缺乏一个统一而完善的理论。本文总结分析了近年来有关金属基复合材料的强化机制和一些相关的模型,并指出了这些强化机制的不足和以后的发展趋势。
苯并环丁烯聚合物材料
黄发荣
[摘要](1626) [PDF 374KB](1204)
摘要:
苯并环丁烯(Benzocyclobutene,BCB)是一种受热活化的化合物,能形成高活性的中间体,中间体既可自身发生聚合反应,也可与亲二烯化合物发生Diels-Alder反应,形成高聚物。本文综述了苯并环丁烯化合物的化学反应原理及其形成的聚合物材料的性能和应用,并对此材料的发展趋势和前景作了讨论。
2524铝合金薄板平面各向异性研究
郭加林, 尹志民, 商宝川, 聂波, 何振波
[摘要](1781) [PDF 677KB](1188)
摘要:
采用室温拉伸性能测试、金相组织观察、XRD反极图测定和透射电子显微分析等方法研究了冷轧态和T3态2mm厚2524铝合金薄板不同取向条件下的显微组织和拉伸力学性能.以{110}单组分织构模型为基础,研究了织构与平面各向异性的关系.结果表明,2524冷轧态和T3态铝合金薄板在与轧制方向成45°和60°方向上的强度较0°、30°和90°方向上的强度低,延伸率则是45°方向上最高;轧向力学性能优于横向力学性能;冷轧态合金薄板的平面各向异性高于T3态合金板材;2524冷轧态合金薄板的主要织构为{110},次要织构为{311};2524-T3态铝合金成品薄板的主要织构为{110};2524铝合金薄板的平面各向异性与合金的晶粒结构以及晶体学织构密切有关,其中晶体学织构是造成合金板材平面各向异性的主要原因.
纳米压痕法测试压痕蠕变的应用研究
高阳, 文胜平, 王晓慧, 潘峰
[摘要](1772) [PDF 496KB](1183)
摘要:
阐述压痕蠕变的研究进展及其测试原理,并且采用纳米压痕仪对Ta,Ni和Ni基高温合金三种金属体材料、BaTiO3陶瓷和Ag/Co多层薄膜进行蠕变实验,分析蠕变应力指数和相应的蠕变机制。
航空高强度铝合金残余应力的抑制与消除
王秋成, 柯映林
[摘要](1557) [PDF 184KB](1111)
摘要:
从残余应力的产生和释放两个方面,讨论了抑制与消除铝合金中残余应力的若干技术与方法。首先,从尽量减少残余应力的产生又兼顾获得所需机械性能的角度,分析了采用热水淬火、喷雾淬火及有机介质淬火等淬火工艺。其次讨论了消除铝合金中残余应力的若干技术方法的特点、效果与适用场合,并指出在铝合金结构件淬火后的不稳定状态进行残余应力消除处理效果最佳。
7075-T651铝合金疲劳特性研究
韩剑, 戴起勋, 赵玉涛, 李桂荣
[摘要](1741) [PDF 1068KB](1093)
摘要:
在不同的应力幅值下测试了7075-T651铝合金的疲劳寿命,拟合试验数据得到合金S-N曲线,估算疲劳极限为223MPa。用扫描电镜观察高低应力幅值下的疲劳试样断口,结果表明:合金的加工缺陷或粗大夹杂处往往为裂纹源,裂纹扩展伴随着小平面断裂的发生,高应力幅下疲劳裂纹扩展区出现犁沟和轮胎花样,而低应力幅下的疲劳裂纹扩展区中除有大量疲劳条带外,还出现了疲劳台阶和二次裂纹。合金的疲劳瞬断区则存在着撕裂棱与等轴韧窝。弥散分布的微小析出相对合金的疲劳性能有着积极的影响。
粉末高温合金研究进展与应用
邹金文, 汪武祥
[摘要](1688) [PDF 1318KB](1052)
摘要:
粉末高温合金由于特有的组织与性能已成为制造先进航空发动机涡轮盘的优选材料。为提升航空发动机的使用性能及可靠性,对粉末高温合金从材料、制造技术到涡轮盘的工程化应用进行全面和深入的研究,在粉末盘相应的关键技术上取得突破性进展,确立粉末盘制备的工艺路线,并制定工艺与检测的技术文件。为缩短研制周期,优化工艺过程。数值模拟技术也在粉末盘制备过程中得到广泛应用,并取得初步验证实验结果。
蜂窝材料及孔格结构技术的发展
王玉瑛, 吴荣煌
[摘要](1547) [PDF 663KB](1017)
摘要:
介绍了一种新型的芳纶/酚醛型高模量、高强度的Korex蜂窝芯材。并对不同孔格密度的Korex蜂窝芯材进行了力学性能和典型使用性能的对比,给出了几种新型的蜂窝结构。新型蜂窝材料和新型蜂窝孔格结构的研究,将有效地提高蜂窝结构的力学性能,显著地降低结构重量,提高使用可靠性,有利于扩大蜂窝结构在航空航天及其他工业领域中的应用。
航空发动机用PMR聚酰亚胺树脂基复合材料
谭必恩, 益小苏
[摘要](1745) [PDF 1607KB](992)
摘要:
较全面地综述了PMR聚酰亚胺树脂及其复合材料的制备、性能,并总结了其在航空发动机上的应用情况,分析了目前存在的问题,并提出了将来可能的发展方向。
自愈合碳化硅陶瓷基复合材料研究及应用进展
张立同, 成来飞, 徐永东, 刘永胜, 曾庆丰, 董宁, 栾新刚
[摘要](1668) [PDF 2056KB](982)
摘要:
为了满足高推重比航空发动机长时热力氧化环境的使用需求,连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料正朝自愈合方向发展。本文介绍自愈合碳化硅陶瓷基复合材料的微结构与性能,自愈合与强韧化机理,制造方法和工艺特点及其在航空发动机热端部件的应用情况,表明多元多层微结构形成了“层层设防,就地消灭”的氧化防御体系,是复合材料实现自愈合与强韧化的关键。自愈合碳化硅陶瓷基复合材料能够满足发动机高温服役环境要求,显著降低发动机的结构重量,从而有效提高发动机的推重比。
先进高温合金近净形熔模精密铸造技术进展
曹腊梅, 汤鑫, 张勇, 薛明, 李爱兰, 盖其东, 刘发信
[摘要](1496) [PDF 1314KB](978)
摘要:
介绍近期国内外的高温合金近净形熔模精密铸造技术研究发展状况,重点介绍北京航空材料研究院在航空发动机高温合金涡轮叶片、整体叶盘以及导向器和机匣类结构件的精密铸造技术领域取得的研究成果。论述高温合金精密铸造技术的未来研究重点。
1981 年创刊,双月刊

CN 11-3159/V
ISSN 1005-5053

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