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浇注系统对离心铸造TiAl合金杆形件缩孔缺陷的影响
胡海涛, 张熹雯, 朱春雷, 李胜, 张继
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.00010
[摘要](0) [HTML全文](0) [PDF 971KB](0)
摘要:
采用数值模拟方法研究杆形件直径和补缩冒口结构对离心铸造TiAl合金杆形件缩孔缺陷的影响,并根据充型和凝固温度场对影响的原因进行分析。结果表明:杆形件直径由16 mm增加到20 mm,并进一步设计成入口处直径20 mm、远端直径16 mm的锥形,杆形件补缩通道被阻塞的趋势逐渐减小,用于补缩的金属液温度提高,凝固时间逐渐增长,因而补缩效果提高,杆形件缩孔缺陷水平逐渐降低;基于杆形件的锥形设计,相比无补缩冒口的杆形件,增加环形补缩冒口,充型时金属液顺序凝固趋势减弱,凝固时用于补缩的金属液温度降低,凝固时间缩短,因而补缩效果降低,缩孔缺陷水平略有提高;增加锥形补缩冒口,充型时金属液顺序凝固趋势增强,凝固时用于补缩的金属液温度提高,凝固时间增长,因而补缩效果提高,缩孔缺陷水平降低。优选最佳设计进行了浇注试验,杆形件剖面最大缺陷孔隙率平均值与模拟实验的结果基本一致。
TB17钛合金高温压缩变形行为
朱鸿昌, 罗军明, 朱知寿
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000103
[摘要](41) [HTML全文](25) [PDF 1750KB](4)
摘要:
通过Gleeble 3800热模拟试验机对TB17钛合金在860~980 ℃、应变速率为0.001~1 s–1、最大变形量为70%下高温变形行为进行研究。通过材料参数与真应变之间的关系,利用Arrhenious本构方程关系式和Z参数建立流变应力和变形温度、应变速率和真应变三者之间的本构关系,并对组织进行分析。结果表明:TB17钛合金在应变速率为0.001~0.01 s–1、变形温度为890~980 ℃下更容易发生连续动态再结晶,而在应变速率为0.1~1 s–1下主要发生不连续动态再结晶;误差分析结果显示计算值与实测值平均相对误差为6%,说明建立的本构关系模型具有较高的准确度。
化学气相沉积法制备吸波型SiCN陶瓷的研究进展
穆阳阳, 涂建勇, 薛继梅, 叶昉, 成来飞
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000132
[摘要](74) [HTML全文](36) [PDF 843KB](11)
摘要:
化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术,具有制备温度低、所得材料均匀致密、可实现近尺寸成型等优点,是制备功能材料的常用方法之一。本工作综述了几种常见的CVD方法,如常压化学气相沉积(atmospheric pressure chemical vapor deposition,APCVD)、低压化学气相沉积(low pressure chemical vapor deposition,LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)以及激光辅助化学气相沉积(laser assisted chemical vapor deposition,LACVD)等;重点阐述了采用LPCVD在较低温度下制备SiCN陶瓷吸波剂的工艺参数,提出了LPCVD是制备新型吸波陶瓷的主要方法。
形状记忆合金薄板低速冲击载荷下热力耦合行为分析
任旋畅, 王骏, 许英杰, 张卫红
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000136
[摘要](42) [HTML全文](17) [PDF 1330KB](2)
摘要:
进行形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)薄板不同冲击能量条件下低速冲击实验,SMA热力学本构模型为理论基础,通过数值手段对超弹性SMA薄板的冲击响应进行仿真分析,探究冲击载荷作用下SMA热力耦合行为特征。SMA薄板低速冲击实验在落锤冲击试验机上进行,冲击过程中的热力学现象通过力传感器和热成像装置共同记录。采用有限元仿真软件Abaqus/Explicit对SMA薄板低速冲击实验中的热力学行为开展数值分析,结果表明:数值仿真结果与实验数据吻合良好,有效表征了SMA薄板冲击过程中的变形、相变、耗散、温变等热力耦合行为特征。
双马来酰亚胺/聚醚砜复相树脂相结构与热性能
董慧民, 安学锋, 闫丽, 钱黄海, 程丽君, 刘丽萍, 李跃腾
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000092
[摘要](201) [HTML全文](75) [PDF 1036KB](13)
摘要:
利用SEM、DMA和TGA研究了双马来酰亚胺(BMI)/聚醚砜(PES)复相树脂微观相结构对热性能的影响。结果显示:BMI/PES复相树脂体系发生了相分离现象,当PES添加量达到15 phr时,复相树脂体系中产生了相反转结构,富BMI颗粒相被富PES相紧密包裹;相比于纯BMI树脂,BMI/PES复相树脂中归属于富BMI相的玻璃化转变温度Tg 升高;BMI/PES-5复相树脂中只有一个Tg,其发生起始模量降低的温度增大;随着PES添加量增大,BMI/PES复相树脂高温塑性行为更加明显;由于PES与BMI间良好的界面作用及富PES相的热防护作用,BMI/PES复相树脂的最大热失重温度和残炭率均得到显著增大;树脂体系在氮气氛围中的耐热性要优于空气氛围。
新型含甲基苯基硅芳醚芳炔树脂的制备与性能
牛奇, 唐均坤, 李传, 骆佳伟, 刘晓天, 袁荞龙, 黄发荣
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2019.000013
[摘要](22) [HTML全文](15) [PDF 760KB](2)
摘要:
以1,4-二(4’-乙炔苯氧基)苯与甲基苯基二氯硅烷为原料,通过格氏反应合成具有二苯醚结构的含甲基苯基硅芳醚芳炔(PSEA-P2)树脂,进而制备其碳纤维增强复合材料。通过核磁共振(1H-NMR)、红外光谱(FT-IR)、差热分析(DSC)、热重分析(TGA)、动态热机械分析(DMA)等分析手段对树脂及其复合材料的结构与性能进行表征。结果表明:PSEA-P2树脂加工窗口为110~175 ℃,适合复合材料模压成型;树脂浇铸体具有优良的力学强度和耐热性能,在室温~450 ℃未出现玻璃化转变,弯曲强度可达54.3 MPa,氮气下热分解温度Td5达到531 ℃;T300碳纤维增强复合材料室温下弯曲强度可达518.0 MPa,400 ℃下弯曲强度保留率为53%。
BAS粘接碳化硅材料的性能
杨小波, 孙志强, 张冰清, 苗镇江, 王华栋, 吕毅
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000137
[摘要](14) [HTML全文](7) [PDF 12287KB](0)
摘要:
采用原位生成钡长石为烧结助剂,研究BAS/SiC复相陶瓷的低温无压液相烧结工艺,制备高致密度的陶瓷材料。通过XRD、SEM及力学试验机等研究烧结温度、BAS含量对复相碳化硅陶瓷的致密化、组织结构及力学性能的影响。结果表明:在1800 ℃温度下原位生成了BAS相,运用无压液相烧结法制备出了密度达到3.2 g/cm3的BAS/SiC复相陶瓷;陶瓷中BAS以六方结构析出、SiC颗粒均匀分布;烧结温度不宜超过1800 ℃,温度过高将促使碳化硅颗粒长大,损伤陶瓷材料抗弯强度和断裂韧度;当复相BAS/SiC陶瓷中BAS质量分数为30%时,弯曲强度达到413 MPa,模量达到210 GPa,断裂韧度达到5.03 MPa.m1/2
固溶温度对含铪高钨K416B镍基高温合金组织的影响
侯桂臣, 苏海军, 谢君, 荀淑玲, 于金江, 孙晓峰, 周亦胄
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000086
[摘要](32) [HTML全文](16) [PDF 4768KB](5)
摘要:
通过对含铪高钨K416B镍基高温合金进行不同温度固溶处理后的组织形貌观察,研究固溶温度对K416B合金组织的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,在合金元素的扩散作用下,合金中的二次枝晶尺寸略有增大,使枝晶间的共晶含量逐渐减少,促使合金组织致密化;同时合金中的γ′相发生溶解,使其尺寸减小;在高温固溶处理期间,枝晶间区域的初生条状MC相发生分解形成粒状M6C碳化物;而共晶处的大尺寸块状M6C相形态与数量无明显变化;固溶处理使偏聚于枝晶干的元素W向枝晶间扩散,而Hf、Nb、Ti和Cr元素向枝晶干扩散,大幅降低合金各元素的偏析程度。组织研究结果表明,1220 ℃保温4 h为合金组织状态最佳的固溶热处理工艺。

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4D打印技术的研究进展
卢海洲, 罗炫, 陈涛, 刘钊, 杨超
2019, 39(2): 1 -9   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000041
[摘要](94) [HTML全文](68) [PDF 1100KB](13)
摘要:
4D打印是实现对智能材料的增材制造技术。本文基于复合材料、形状记忆聚合物、形状记忆合金等材料简要综述了4D打印智能材料的研究进展。目前复合材料的4D打印向着多材料精确复合、响应速度快、成形材料功能化等方向发展;4D打印形状记忆聚合物则朝着形态可控、实现特定动作等方向发展;4D打印形状记忆合金,目前向着相转变行为精确调控、变形可控等方向发展。由于目前4D打印形状记忆合金存在诸多未解决的问题,本文提出了获得近全致密4D打印形状记忆合金需考虑的因素;成形孔隙对其综合性能的影响;组织性能调控;变形控制;性能指标调节的冗余度问题;需要突破的科学问题等相关思考。总体而言,随着新型原材料、成形方法、控制软件和机器精度的不断发展,4D打印技术发展迅速,正逐步走向智能化、精确化和高效化。
烧结温度对氧化铝基陶瓷型壳显微组织及力学行为的影响
魏倩, 许自霖, 许庆彦, 柳百成
2019, 39(2): 10 -15   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000088
[摘要](142) [HTML全文](76) [PDF 3555KB](17)
摘要:
采用选择性激光烧结(selective laser sintering,SLS)快速制备高温合金叶片用氧化铝基陶瓷型壳初坯,并结合高温烧结(high-temperature sintering)进一步提高陶瓷型壳的力学性能。研究不同烧结温度(1450~1600 ℃)对氧化铝基陶瓷型壳的抗弯强度的影响,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析型壳的物相组成、断口微观形貌。结果表明:采用选择性激光烧结+高温烧结技术可快速高效地制备力学性能满足要求的陶瓷型壳,随着烧结温度从1450 ℃升高到1600 ℃,型壳的室温平均抗弯强度增大,并在1600 ℃时达到38.03 MPa;型壳的主要强化相为柱状莫来石相,且随烧结温度升高,型壳中莫来石相含量增加,石英相含量降低,方石英相含量先增加后有所降低;裂纹扩展形式从缓慢扩展转变为迅速扩展并引发瞬断,断口由撕裂状演变为平齐小断面,断裂方式由主要沿晶断裂向穿晶断裂转变,裂纹倾向于向晶内莫来石扩展。
高温化学腐蚀加工多孔碳化硅陶瓷的表征及机理
刘善勇, 王玉玲, 孙树峰, 邵晶, 刘庆玉, 王津
2019, 39(2): 16 -24   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000060
[摘要](88) [HTML全文](44) [PDF 945KB](4)
摘要:
探讨高温化学腐蚀加工SiC陶瓷工艺参数对加工质量的影响,分析SiC陶瓷的腐蚀机理。分别用失重法和Archimedes法测量试样的腐蚀速率和气孔率;用XRD、SEM、粗糙度测试仪对试样表面的形貌和结构进行表征。结果表明:随着温度和KOH浓度升高,腐蚀速率加快,温度高于碱溶液沸点时,腐蚀效果显著提高;碱溶液浓度过高会造成气孔率下降,升高温度可减缓气孔率下降;在优化的工艺参数下,高温化学腐蚀能够降低样品粗糙度,最低约为1.6 μm;表面质量得到改善,轮廓支承长度率Rmr提高,Rmr(50%)达到89.70%;腐蚀温度过高或时间过长将造成晶粒脱落,导致表面质量大幅下降;此外,与机械加工试样相比,高温化学加工后的样品未出现裂纹,表面经简单清洗无反应物残留。
氧化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能
任志东, 郝思嘉, 邢悦, 杨程, 戴圣龙
2019, 39(2): 25 -32   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000142
[摘要](99) [HTML全文](63) [PDF 848KB](10)
摘要:
采用机械研磨的方法制备氧化石墨烯(GO)改性环氧树脂(GH81),利用光学显微镜对GO在环氧树脂(H81)中的分散情况进行分析,通过流变仪和差示扫描量热仪对H81和GH81的热熔行为和固化行为进行表征。结果表明:GO均匀分散在基体树脂中,GO的加入不影响基体树脂的熔融黏度和固化条件;以GH81为基体树脂的碳纤维复合材料GH81-300的0°方向拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别为2270 MPa、2239 MPa和1529 MPa,分别较未添加GO时提高了6.4%、7.2%和7.1%。
焊接参数对FGH96惯性摩擦焊接头组织和高温拉伸性能的影响
杨俊, 李京龙, 董登科, 廖江海
2019, 39(2): 33 -41   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000141
[摘要](118) [HTML全文](93) [PDF 1517KB](9)
摘要:
固定转动惯量,使用不同的转速和摩擦压力,对FGH96高温合金进行惯性摩擦焊(IFW),分析接头组织和焊核区宽度,研究焊接参数对接头高温拉伸性能的影响。结果表明:接头焊核区(WNZ)为等轴细晶组织,热力影响区(TMAZ)粗、细晶共存,接头焊核区的细晶组织中基本没有γ′强化相;接头高温拉伸性能随转速变化较小,而随摩擦压力的增大而增加,且焊核区宽度随摩擦压力的变化规律与拉伸性能吻合,这与焊接热输入量、材料塑性流动有关;高温拉伸试件均断裂于焊核区,这是由于焊核区γ′强化相完全溶解于基体导致接头强度下降。
润滑相尺寸对镍-石墨可磨耗封严涂层性能的影响
唐健江, 于方丽, 张海鸿, 李天麒, 白宇
2019, 39(2): 42 -48   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000115
[摘要](92) [HTML全文](61) [PDF 895KB](7)
摘要:
采用普通大气等离子喷涂(atmospheric plasma spraying,APS)和高能效超音速等离子喷涂(supersonic atmospheric plasma spraying,SAPS)分别沉积制备镍石墨可磨耗封严涂层,对比研究润滑相尺寸对涂层的力学性能、抗腐蚀性能以及抗冲蚀磨损性能的影响。结果表明:相较于APS涂层,SAPS沉积制备的涂层中石墨润滑相尺寸较小;SAPS涂层的结合强度(22.3 ± 1.4)MPa和表面洛氏硬度(87 ± 0.8)HR15Y比APS涂层分别高出22.5 %和20.8 %;APS涂层在30°攻角和90°攻角的相对冲蚀速率分别比SAPS涂层高出7%和13%,表明SAPS涂层抗冲蚀性能优于APS涂层;APS涂层和SAPS涂层在250 ℃的高温醋酸环境中均发生了明显的电化学腐蚀现象,但SAPS涂层的抗腐蚀性能优于APS涂层。
三元共掺杂对YSZ热障涂层热物理性能的影响
吴煦, 牟仁德, 王开军
2019, 39(2): 49 -54   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000111
[摘要](94) [HTML全文](41) [PDF 921KB](4)
摘要:
采用NiO、Er2O3、Yb2O3、Y2O3、ZrO2粉末为原料,用高温固相合成法制备复合陶瓷材料,研究该复合陶瓷材料的比热、热扩散系数、热导率等热物理性能,并与传统8YSZ热障涂层材料进行对比。利用XRD测定所制备的陶瓷样块的晶体结构和物相组成,分析该陶瓷试样的物相组成及高温相稳定性。结果表明:NiO、Er2O3、Yb2O3共掺YSZ后,室温至1500 ℃范围内的热扩散系数为0.36~0.56 mm2/s,与8YSZ相比,降低了约20%;室温至1500 ℃的热导率为1.45~1.55 W/(m•K),比8YSZ降低了18%;2EYNYSZ陶瓷材料具有单一的相结构,经1500 ℃热处理100 h之内不发生相变。
(100)/(111)面金刚石膜抗氧等离子刻蚀能力
孙祁, 汪建华, 程翀, 陈祥磊, 吴荣俊, 刘单, 祝娇
2019, 39(2): 55 -60   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000016
[摘要](61) [HTML全文](34) [PDF 1036KB](2)
摘要:
使用微波等离子体技术(microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)对膜厚100 μm的(100)和(111)晶面金刚石膜进行刻蚀处理,研究其抗氧等离子体的行为。结果表明:(100)晶面刻蚀首先发生在晶棱晶界处,而(111)晶面金刚石的刻蚀首先发生在晶面处;30 min刻蚀后,(100)面金刚石有明显晶面显现,(111)面金刚石膜晶面不明显;60 min刻蚀后,(100)和(111)晶面金刚石膜的择优取向消失;(100)晶面金刚石特征峰的半高宽值(full width at the half maximum,FWHM)由刻蚀前的8.51 cm–1上升至刻蚀后的12.48 cm–1,(111)晶面金刚石FWHM值由8.74 cm–1上升至148.49 cm–1;(100)晶面金刚石膜刻蚀速率在40 min时为0.35 μm/min,60 min时上升至1.34 μm/min;刻蚀前期,(100)晶面金刚石膜具有更好的抗氧等离子体刻蚀能力,刻蚀后期其抗刻蚀能力与(111)晶面金刚石膜相似。
腐蚀条件下基于Gerber模型的DFR推导及实测
陈跃良, 吴省均, 刘旭, 卞贵学, 张勇, 王安东, 黄海亮, 张柱柱
2019, 39(2): 61 -67   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000023
[摘要](41) [HTML全文](23) [PDF 875KB](3)
摘要:
为了研究等寿命曲线模型的选取对细节疲劳额定值计算结果的影响,针对六种典型航空材料对比了Gerber模型和Goodman模型对于高周疲劳数据的拟合精度;推导基于Gerber模型的DFR计算公式、腐蚀折算系数CC的表达式;针对2024-T3铝合金(表面阳极化)进行了预腐蚀0 h、6 h、12 h、24 h、36 h和72 h的疲劳实验并分析预腐蚀72 h的疲劳断口。结果表明:Gerber模型适用于LY12CZ等铝合金,并且在N95/95 > 105次时,基于Gerber模型的DFR法才能发挥延性材料的潜能;随着预腐蚀时间增长,2024-T3铝合金DFR值下降,基于Gerber模型计算的DFR分别为84.251 MPa、84.721 MPa、79.683 MPa、80.745 MPa、77.026 MPa和74.996 MPa,腐蚀折算系数CC为1.006、0.946、0.958、0.914、0.890,拟合得到DFR随预腐蚀时长的变化曲线是\begin{document}${\rm DFR}= $\end{document}\begin{document}$ 84.251{\left[ {\lg \left( {t + 10} \right)} \right]^{ - 0.15578}}$\end{document};断口分析发现预腐蚀产生的蚀坑和材料中的夹杂物会加速疲劳裂纹的形成和扩展,导致结构的疲劳性能降低,但与裸材相比,阳极化过的试件的DFR在腐蚀环境中下降趋势减缓。
GLARE层板低速冲击的实验与模拟
崔旭, 李斌, 王朔, 薛红前, 张震宇
2019, 39(2): 68 -74   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000084
[摘要](86) [HTML全文](45) [PDF 753KB](6)
摘要:
研究玻璃纤维增强铝合金层合板(glass fiber reinforced aluminum laminates,GLARE)在落锤低速冲击下的材料行为,建立ABAQUS有限元模型进行模拟并对其进行实验验证。针对纤维金属基体材料的特点,采用连续损伤模型(continuous damage model,CDM)分别给予落锤6.22 J、12.38 J和14.46 J的冲击能量,在ABAQUS中对模型设置相应的边界条件和载荷,得出落锤下落方向的速率-时间曲线和能量损耗曲线图。考虑金属层与复材层间黏结层的作用,采用凝聚层(cohesive)将金属层和复合材料层粘接。在仿真中观察层间的纤维和基体拉伸和压缩损伤状态及破坏情况,并与实验得出结果进行对比。结果显示:有限元仿真可以准确模拟落锤冲击之后GLARE板背面的裂纹和鼓包的实效情况以及基体和纤维的损伤情况,很好地预测复合材料内部的损伤情况。
三维编织碳/酚醛复合材料高温热响应的数值计算
张拜, 李旭东
2019, 39(2): 75 -83   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000074
[摘要](45) [HTML全文](19) [PDF 1062KB](3)
摘要:
为了准确掌握高温条件下防热复合材料的热响应行为,对基体和纤维束分开建模,利用能量和质量守恒方程,并考虑热解过程中酚醛基体密度和材料热属性的变化,计算高温条件下三维编织碳/酚醛复合材料的热响应行为,预测复合材料温度场和热解度的分布规律,并给出质量损失率、炭层生成位置以及厚度的变化情况。结果表明:加热过程中,三维编织碳/酚醛复合材料的温度分布极不均匀,在加热面上基体温度明显高于纤维束温度,而在材料内部竖向纤维束温度反而高于基体温度;加热开始时炭层没有立刻产生,而是需要一段时间的过渡,在此过渡时间内炭层平均厚度为0。
热环境中非保守简支-固支FGM梁的非线性力学行为
李清禄, 杨凡转, 张靖华
2019, 39(2): 84 -89   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000113
[摘要](36) [HTML全文](23) [PDF 875KB](3)
摘要:
研究均匀和非均匀升温场中功能梯度材料(functionally graded material,FGM)梁在切线随动分布载荷作用下的非线性力学行为。基于可伸长梁的几何非线性理论,建立热环境中功能梯度材料梁在切线随动分布载荷作用下的控制微分方程。采用打靶法分析由陶瓷二氧化锆和金属钛合金两相材料组成的FGM梁的非线性力学行为。给出均匀升温和非均匀升温环境下,FGM梁在切线随动分布载荷作用下的平衡路径和平衡构形。讨论均匀和非均匀升温、材料梯度性质参数对梁屈曲和过屈曲行为的影响。结果表明:热环境中,FGM梁发生弯曲而纯陶瓷梁会发生屈曲行为;非均匀升温对非保守梁的力学行为有较大影响。
大型整体金属结构增材制造技术适航验证
江武, 刘木君, 郝晓宁, 罗琳胤
2019, 39(2): 90 -98   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000078
[摘要](89) [HTML全文](52) [PDF 636KB](8)
摘要:
针对民用飞机主承力结构金属增材制造技术适航验证方面存在的问题,开展金属结构增材制造技术适航验证研究。通过增材制造技术适用适航条款分析,给出了民用飞机金属结构增材制造技术适航验证思路,包括材料规范的建立、增材制造工艺的认证、材料强度性能的确定、结构特殊系数的选取和结构性能的验证,对每项验证方法给出了具体实施途径。以某型号前起落架支柱外筒增材制造A-100超高强度钢为例,给出了大型整体金属结构增材制造技术适航验证具体实施方案。
4D打印的研究进展及应用展望
王亚男, 王芳辉, 汪中明, 刘建军, 朱红
[摘要](575) [HTML全文](275) [PDF 2468KB](56)
摘要:
4D打印技术为基于3D打印技术和智能材料的一种新兴的制造技术,是3D打印结构在形状、性质和功能方面的有针对性的演变。4D打印技术能够实现材料的自组装、多功能和自我修复,是一种具有可预测功能的材料制备技术。4D打印技术可以实现材料特定性质的改变,从而使其满足各个领域中的应用需求。本文按照时间顺序对4D打印技术的研究进行了综述,总结了在这一技术在材料科学、制造产业、生物工程及医学等领域中的突出成果以及创新性技术。结合4D打印技术的概念及研究现状,对其在各个领域中的应用进行了展望。
碳化硅陶瓷基复合材料的自愈合及结构吸波一体化研究进展
马晓康, 殷小玮, 范晓孟, 成来飞, 张立同
[摘要](563) [HTML全文](316) [PDF 786KB](46)
摘要:
为满足高推重比航空发动机在长时热力氧化环境下的使用需求和航空发动机关键热结构部件的隐身需求,碳化硅陶瓷基复合材料正朝着自愈合抗氧化、兼具承载和吸波性能的结构吸波一体化发展。本文分别介绍了碳化硅陶瓷基复合材料在强韧化、自愈合抗氧化、电磁波吸收三方面的设计原则,综述了在这三方面的研究现状。一种材料同时具有高强度高韧性、自愈合抗氧化和吸收电磁波三方面的性质将是结构功能一体化CMC-SiC未来发展的大趋势。
激光冲击在材料成形领域的应用
杨丰槐, 卢国鑫, 杨青天, 张永康
[摘要](476) [HTML全文](220) [PDF 1046KB](38)
摘要:
激光冲击是一种先进的金属材料表面强化技术,显著的强化效果在多种不同金属材料上得到实际验证和普遍认可。为防止激光冲击对精密零部件尺寸产生影响或合理利用激光冲击诱导金属材料的塑性变形以实现成形目的,有必要对激光冲击作用下的材料变形准则进行深入研究。本文分析了激光冲击诱导不同材料的变形规律,基于应力梯度与冲击弯曲等变形机制解释了激光冲击在变形现象中的局限性,提出激光冲击引发材料变形基础研究的必要性,进而总结了激光参数以及冲击方式、约束方式等多因素对激光冲击变形的影响规律,证实多参数调整与优化对控制激光冲击变形量的重要作用。分析了数值仿真方法在激光冲击变形技术研究中的优势,同时提出建立适应高应变率变形的材料本构模型以及完善激光等离子体形成过程模拟。通过激光冲击校形工艺的介绍对激光冲击变形规律在先进制造业中的发展进行展望,并提出了零部件激光冲击校形及其变形量在线监测的研究方向。
Mo含量对IN718合金组织和力学性能的影响
韩大尉, 孙文儒, 于连旭, 刘芳, 张滨, 胡壮麒
[摘要](474) [HTML全文](259) [PDF 1652KB](33)
摘要:
采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜及能谱分析等手段,研究Mo对IN718合金组织和力学性能的影响。结果表明:Mo抑制晶界δ相析出,当Mo含量高于5.50%时,晶界上不再析出δ相,转而析出白色颗粒状Laves相,Mo含量升高,Laves相析出数量增加;Mo对晶内强化相析出类型无影响,Mo含量升高,盘状γ″相和球状γ′相析出数量无明显变化,但析出尺寸明显减小;经过标准热处理后,Mo略微降低IN718合金的室温抗拉强度和680 ℃屈服强度,但可大幅提高合金680 ℃/725 MPa持久寿命;Mo对合金的持久塑性无明显影响。
稀土Y对Sn-58Bi焊料合金组织性能的影响
龚留奎, 廖金发, 袁继慧, 李贵河, 陈辉明
[摘要](790) [HTML全文](324) [PDF 3220KB](32)
摘要:
在真空熔炼炉中采用氮气气氛保护方法熔炼制备不同Y含量的Sn-58Bi-xY(x = 0.0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%(质量分数,下同))合金,研究不同含量的稀土Y对Sn-58Bi合金的组织、熔化特性、润湿性及剪切强度的影响,并分析稀土Y对Sn-58Bi/Cu焊点形成过程及其焊点剪切强度的影响。结果表明:稀土Y能细化Sn-58Bi合金铸态组织,Sn-58Bi-xY合金的组织为富Sn相、富Bi相以及两相形成的层片状共晶组织,稀土元素Y会在Bi中固溶、富集;稀土Y对Sn-58Bi合金的熔点、熔程影响较小;Y的添加,降低了合金的润湿性能,但能提高焊料的硬度且在0.4%时焊料硬度达到最大值24.18HV;稀土Y能提高Sn-58Bi-xY/Cu焊点的剪切强度,在0.2%Y时Sn-58Bi-xY/Cu焊点剪切强度达53.55 MPa;Y能促进Sn-58Bi焊料与Cu在焊接过程中的反应并形成Cu6Sn5金属间化合物。
非晶态ITO透明导电薄膜的制备及热处理晶化技术研究进展
李佳明, 姜良宝, 陈牧, 李晓宇, 韦友秀, 张晓锋, 马一博, 颜悦
[摘要](633) [HTML全文](283) [PDF 813KB](31)
摘要:
透明导电氧化物薄膜已在液晶显示器、太阳能电池、电致变色窗、气体传感器、高层建筑物的幕墙玻璃、飞机和高速列车导热玻璃(防冰除雾)等领域得到广泛应用。为了制备高透光性、高导电性的氧化铟锡(ITO)透明导电氧化物薄膜,一般采用两种途径:高温制备方法直接沉积出结晶态薄膜;室温下沉积出非晶薄膜后再进行热处理使其晶化。对于不耐高温的基底材料,研究快速热处理晶化方法具有重要的指导意义。该方法既能保证ITO薄膜的使用要求,又能降低晶化方法对基底产生的影响。根据不同的应用背景与使用要求,选择合适的制备方法与晶化方法,是获得高透光性、高导电性薄膜的关键。本文综述了目前国内外对ITO透明导电氧化物薄膜晶化方法的研究进展。通过对比不同的薄膜晶化方法的机理和优缺点,指出了红外晶化法、激光晶化法、闪光灯晶化法可以实现薄膜快速结晶。并且,采用上述方法处理,过程中基底温度低于薄膜温度,有望取代目前商业生产中使用的传统炉式晶化法,能够提高生产效率、节约生产成本、获得高质量、高性能的透明导电氧化物薄膜,适用范围更广。
新型热障涂层陶瓷隔热层材料
薛召露, 郭洪波, 宫声凯, 徐惠彬
[摘要](529) [HTML全文](227) [PDF 2249KB](29)
摘要:
热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)是先进燃气涡轮发动机核心热端部件高压涡轮叶片的关键技术,已经在航空发动机和地面燃气轮机上获得成功应用的热障涂层陶瓷隔热层材料为氧化钇部分稳定氧化锆(YSZ)。由于受高温稳定性、隔热性能等的局限,YSZ已不能满足下一代航空发动机的发展要求。本文介绍了近年来国内外在多元氧化物掺杂氧化锆、A2B2O7型烧绿石或萤石化合物、磁铅石型六铝酸盐化合物、石榴石型化合物、钙钛矿结构化合物和其他新型氧化物陶瓷等先进超高温热障涂层陶瓷材料方面的研究进展,并展望了今后超高温热障涂层陶瓷材料所面临的挑战和发展动向。
等离子物理气相沉积热障涂层研究进展
石佳, 魏亮亮, 张宝鹏, 高丽华, 郭洪波, 宫声凯, 徐惠彬
[摘要](938) [HTML全文](316) [PDF 3912KB](28)
摘要:
等离子物理气相沉积(plasma spray-physical vapor deposition,PS-PVD)是一种最近发展的功能薄膜与涂层制备技术。该技术结合了等离子喷涂(PS)和物理气相沉积(PVD)两种技术的特点,可以实现气、液、固多相的快速共沉积,进行涂层/薄膜微结构的高度柔性加工,并可实现复杂工件遮蔽区域的非视线均匀沉积,在热障涂层、环境障涂层、超硬耐磨涂层、透氧膜和电极膜等领域具有广阔的应用前景,被认为代表了高性能热/环境障涂层制备技术的发展方向。本文综述了PS-PVD的工作原理、技术特点以及近年来国内外在PS-PVD热障涂层制备科学和沉积机理等方面的研究进展,展望了新型高性能热障涂层制备技术的研究热点及未来的发展方向。
C/C复合材料预制体的研究进展
孙乐, 王成, 李晓飞, 李恒, 叶梦苑, 安冲
[摘要](412) [HTML全文](169) [PDF 2712KB](27)
摘要:
C/C复合材料是航空航天领域重要的热结构材料,碳纤维预制体是其最主要的基础技术之一,决定着C/C复合材料的各项性能。本文主要介绍了针刺毡、细编穿刺预制体和轴棒编织预制体等C/C预制体,对比了不同预制体的工艺方法、性能和应用特点。针刺毡预制体由于成本低、烧蚀均匀等特点,广泛应用在固体火箭发动机喷管和飞机刹车盘领域;细编穿刺预制体具有纤维体积含量高、致密化周期短和烧蚀率低等特点,应用在固体火箭发动机喉衬;轴棒编织预制体由于织物中70% 以上纤维垂直于燃气流方向,提高了材料的抗烧蚀性能,适于制造大型固体火箭发动机。针对国内预制体的研究状况,提出了要加强预制体的孔隙结构、纤维排布等对C/C复合材料的力学、热物理学以及后续致密化工艺影响的研究,更好地促进预制体的发展,进一步提升我国C/C复合材料的性能。
2018-04-目录
[摘要](588) [HTML全文](257) [PDF 971KB](26)
摘要:
Co-Ni-Al复合黏结相硬质合金研究进展
龙坚战, 杜勇, 陆必志, 张卫兵, 徐涛, 张忠健, 易茂中
[摘要](617) [HTML全文](247) [PDF 2617KB](26)
摘要:
介绍了Co-Ni-Al复合黏结相在硬质合金中的应用背景;简述了Co基高温合金最新研究成果和有序相沉淀强化黏结相硬质合金的性能特点;分析了集成计算材料工程在Co-Ni-Al复合黏结相开发上的应用;总结了WC-Co-Ni-Al硬质合金在制备、显微结构表征及性能研究上的进展情况。研究表明:Co-Ni-Al复合黏结相成分对合金的固-液界面能及液相形核驱动力具有明显的影响,相应地,也影响到黏结相晶粒大小和WC晶粒形貌,最终这些因素影响合金的性能。通过有序γ′相沉淀强化硬质合金黏结相可显著改善合金的性能,有望获得耐高温、抗腐蚀、抗氧化等性能优异的硬质合金材料。提出未来应重点研究Co-Ni-Al复合黏结相硬质合金的界面微结构。C含量与析出相关系以及抗磨性机理等方面。
3D打印材料应用和研究现状
王延庆, 沈竞兴, 吴海全
[摘要](516) [HTML全文](174) [PDF 705KB](26)
摘要:
综述了3D打印领域内六种典型3D打印工艺各自所用的3D打印材料,从物理形态上主要包含液态光敏树脂材料、薄材(纸张、塑料膜)、低熔点丝材和粉末材料四种;从成分上则几乎涵盖了目前生产生活中的各类材料包括塑料、树脂、蜡等高分子材料,金属和合金材料,陶瓷材料等。立体光刻(Stereo Lithigraphy Apparatus,SLA)工艺的材料为感光性的液态树脂,即光敏树脂;叠层实体制造(Laminated Object Manufacturing,LOM)工艺的材料为纸张、塑料膜等薄材;熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM)工艺的材料主要为便于熔融的低熔点丝状材料,主要为蜡丝、聚烯烃树脂丝、聚酰胺丝、ABS塑料丝等高分子材料;选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)的材料是各类粉末,包括尼龙粉、覆裹尼龙的玻璃粉、聚碳酸脂粉、聚酰胺粉、蜡粉、金属粉(打印后常须进行再烧结及渗铜处理)、覆蜡陶瓷粉、覆蜡金属粉以及覆裹热凝树脂细沙等;选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺使用与SLS一样的粉末材料,不仅具有SLS优点,而且成型件致密度更高,力学性能更好;三维打印与胶粘(Three Dimensional Printing and Gluing,3DP)工艺的材料同样为粉末材料,但这些粉末是通过喷头喷涂黏结剂被黏结在一起,同时将零件的截面"印刷"在材料粉末上面,类似于纸张彩色打印,可通过设置三原色黏结剂及喷头系统,实现彩色立体打印。对3D打印材料质量和产量的发展方向也进行了分析和展望。
金属-金属间化合物叠层复合材料研究进展
孔凡涛, 孙巍, 杨非, 王晓鹏, 陈玉勇
[摘要](448) [HTML全文](229) [PDF 2452KB](25)
摘要:
金属-金属间化合物叠层复合材料既可以保留金属间化合物的高温强度,又可以继承金属在室温下的良好的塑性和韧性,逐渐成为国内外学者的研究重点。本文综述了Ti-Al系、Ni-Al系、Fe-Al系、Nb-Al系及其他常见金属-金属间化合物叠层材料的研究现状,并着重介绍了其常用制备方法,如热压复合法、爆炸焊接法、放电等离子烧结法等,分析了每种制备方法的优缺点。同时从内、外部两个方面归纳总结了金属-金属间化合物叠层材料增韧机理。最后分析了金属-金属间化合物叠层复合材料现阶段研究存在的问题,并认为Ti-Al系叠层复合材料仍将是未来研究的重点。如何进一步提升金属-金属间化合物叠层复合材料的室温塑性和韧性,深入探讨复合材料的增韧机理,优化制备工艺,是金属-金属间化合物叠层复合材料能否实现工程化应用的关键。
基于桥联模型预测层合板分层萌生载荷
顾嘉杰, 黄争鸣
[摘要](372) [HTML全文](167) [PDF 862KB](25)
摘要:
层合板本质上由基体树脂将单层板粘在一起,其分层萌生必然从基体树脂破坏开始。基于此,通过分析基体树脂的破坏来预测层合板的分层萌生载荷,通过有限元计算出轴向拉伸载荷下层合板的应力场,沿厚度方向平均来消除自由边缘处层间应力的奇异性,之后根据桥联模型计算纤维和基体树脂应力,并用Mohr判据来判断基体树脂是否破坏。预测了T800/914层合板[±θn]s的分层萌生载荷,与实验结果吻合良好;本工作的最大优点是只需组分材料的性能即可预测层合板的分层萌生载荷。
陶瓷基FGM材料线形变厚度圆板的热后屈曲
李清禄, 段鹏飞, 张靖华
[摘要](419) [HTML全文](241) [PDF 945KB](25)
摘要:
建立沿半径线形变厚度陶瓷基功能梯度材料(functionally graded material,FGM)圆板在热环境中后屈曲控制微分方程,采用打靶法研究陶瓷二氧化锆基变厚度圆板在温度场中的后屈曲行为,给出了均匀和非均匀升温场中变厚度圆板的热后屈曲平衡路径特性曲线,讨论陶瓷梯度指标和厚度变化系数对后屈曲行为的影响。数值结果表明:非均匀升温下FGM圆板的热临界载荷小于均匀升温下的临界载荷;径向厚度的变化并不会影响热临界载荷的值,但会影响到屈曲以后的平衡路径;中心挠度随变厚度系数的增加而增加。
4D打印技术在航空飞行器研制中的应用潜力
苏亚东, 王向明, 吴斌, 王福雨, 汪嘉兴, 邢本东
[摘要](267) [HTML全文](87) [PDF 4799KB](24)
摘要:
4D打印技术是最近一段时间快速发展的新兴增材制造技术,对飞机等航空航天装备的结构智能化发展具有重大前瞻性意义。本文论述了战斗机的发展及对多功能结构的需求,阐述了4D打印在实现飞机功能融合方面的重要作用;探讨了4D打印的定义、专用材料、工艺装备及结构构型特征;讨论了4D打印在航空飞行器智能变体结构、新一代热防护及新型隐身技术方面的应用潜力;给出了4D打印的技术成熟度提升、关键技术突破及学科融合方面的发展建议。
1981 年创刊,双月刊

CN 11-3159/V
ISSN 1005-5053

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