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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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000141
[摘要](1) [HTML全文](0) [PDF 1958KB](0)
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;高温拉伸实验件均断裂于焊核区,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。
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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000111
[摘要](2) [HTML全文](0) [PDF 940KB](0)
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。
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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000088
[摘要](5) [HTML全文](0) [PDF 753KB](0)
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,断裂方式由主要的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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000060
[摘要](6) [HTML全文](0) [PDF 967KB](0)
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。
(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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000016
[摘要](7) [HTML全文](0) [PDF 991KB](0)
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。
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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000115
[摘要](30) [HTML全文](22) [PDF 861KB](4)
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涂层抗冲蚀性能要优于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。
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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000084
[摘要](28) [HTML全文](16) [PDF 719KB](3)
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,采用连续损伤力学(CDM)模型分别给予落锤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的粘结层的作用,采用cohesive层将金属层和复合材料层粘结。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。
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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000078
[摘要](30) [HTML全文](15) [PDF 511KB](4)
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。
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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000142
[摘要](33) [HTML全文](25) [PDF 808KB](3)
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粘度和固化条件;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2270MPa、2239 MPa和1529 MPa,分别较未添加GO时提高了6.4%、7.2%和7.1%。
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
当前状态:   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2014.3.002
[摘要](2) [HTML全文](0) [PDF 837KB](1)
摘要:
研究了均匀和非均匀升温场中功能梯度材料(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,建立了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。采用打靶法分析了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。给出了不同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。讨论了均匀和非均匀升温、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。
双马来酰亚胺/聚醚砜复相树脂相结构与热性能研究
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.1005-5053.2014.3.002
[摘要](82) [HTML全文](38) [PDF 955KB](10)
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)发生增大;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下的耐热性要优于空气氛围。

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镁锂合金腐蚀行为研究进展
王保杰, 姜春龙, 李传强, 孙杰, 许道奎
2019, 39(1): 1 -8   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001017
[摘要](100) [HTML全文](56) [PDF 635KB](19)
摘要:
系统归纳总结了具有不同晶体结构的Mg-Li系合金,即密排六方结构(HCP)型单相镁锂合金、体心立方(BCC)型单相镁锂合金和(HCP+BCC)型双相镁锂合金腐蚀行为(局部腐蚀、腐蚀类型和腐蚀产物等)的研究进展、合金化和加工处理方法对腐蚀性能的影响规律。展望了镁锂合金抗腐蚀性能提升的研究方向,未来镁锂合金腐蚀行为的研究应集中在对表面产物层的结构、有效组分和其随时间的演化规律方面进行深入的研究;同时,需要考虑合金元素的添加对膜层防护效果的影响;此外,还需研究因大塑性变形加工所引起镁锂合金晶体学织构的变化对腐蚀行为的影响。
搅拌摩擦加工对Mg-Zn-Y-Nd合金厚板组织与性能的影响
徐雪雪, 朱世杰, 王青, 王利国, 孙玉峰, 关绍康
2019, 39(1): 9 -16   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001018
[摘要](71) [HTML全文](34) [PDF 984KB](13)
摘要:
为了获得组织分布均匀且综合性能好的较大改性区,对Mg-Zn-Y-Nd合金厚板进行单面和双面搅拌摩擦加工,并对其组织和性能进行研究。结果表明:经搅拌摩擦加工后合金的微观组织均得到了显著细化,单面和双面搅拌摩擦加工后合金搅拌区的上部、中部和下部样品的平均晶粒尺寸依次分别为4.45 μm、5.08 μm、5.30 μm和3.93 μm、3.20 μm、3.19 μm;相比于均匀化退火态合金和单面搅拌摩擦加工态合金,双面搅拌摩擦加工态合金的组织分布更加均匀和细小,其下层搅拌区的抗拉强度和伸长率最高,分别为283.3 MPa和23.9%,且耐腐蚀性能最好,腐蚀方式由点蚀变为均匀腐蚀。
AZ31B镁合金表面含钛涂层的制备及耐蚀性
师晓亭, 朱园园, 李国强, 张淑芳, 赵融芳, 张祎家, 张荣发
2019, 39(1): 17 -25   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001019
[摘要](62) [HTML全文](34) [PDF 1143KB](9)
摘要:
含钛氧化膜因具有自封孔现象而引起关注。采用四因素三水平正交实验,研究氟钛酸钾(K2TiF6)、植酸(H12Phy)和氟化钠(NaF)浓度以及终电压对氧化膜耐蚀性影响,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和电化学方法表征涂层性能。结果表明:影响氧化膜耐蚀性的主次顺序是植酸浓度 > NaF浓度 > 终电压 > K 2TiF6浓度;氧化膜主要由TiO2、MgF2、Mg2PO4F和Mg2TiO4组成;微弧氧化膜可明显提高镁合金的耐蚀性,但随着浸泡时间延长,膜层耐蚀性降低。
Mg-Li-Ca表面气相扩散法制备氢氧化镁/硬脂酸复合涂层的耐蚀性能
刘汉鹏, 崔蓝月, 韩壮壮, 李硕琦, 曾荣昌
2019, 39(1): 26 -37   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001016
[摘要](67) [HTML全文](41) [PDF 8608KB](12)
摘要:
采用气相扩散法,在Mg-1Li-1Ca镁合金表面制备氢氧化镁/硬脂酸复合涂层,以提高镁合金的耐蚀性能。利用高分辨扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)对涂层的表面形貌和化学成分进行表征;通过电化学实验和腐蚀浸泡实验研究复合涂层的耐蚀性能,探讨复合涂层成膜机理和耐蚀机理。结果表明:Mg-1Li-1Ca合金表面氢氧化镁涂层呈紧密排列的花瓣状多孔结构,硬脂酸涂层未明显地改变氢氧化镁涂层形貌;因其具有较低的表面能,表现出良好的疏水性,有效地阻止了腐蚀介质进入涂层内部,增强了涂层的屏蔽作用;氢氧化镁/硬脂酸复合涂层的腐蚀电流密度(1.45 × 10–7A/cm2)比Mg-1Li-1Ca合金基体腐蚀电流密度(2.70 × 10–5A/cm2)降低了两个数量级。交流阻抗值表明,此复合涂层的电荷转移电阻约为基体的200倍。说明此复合涂层有效地提高了镁合金的耐蚀性能。
钛合金3D打印成形技术及缺陷
唐超兰, 温竟青, 张伟祥, 楚瑞坤, 孙梅
2019, 39(1): 38 -47   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000186
[摘要](44) [HTML全文](27) [PDF 850KB](6)
摘要:
介绍了3D打印技术的发展概况、基本原理和技术特点。综述了国内外几种常用的钛合金3D打印技术:激光选区烧结成形技术(SLS)、激光选区熔化成形技术(SLM)、激光立体成形技术(LSF)、电子束选区熔化成形技术(EBSM)、电子束熔丝沉积成形技术(EBF3)等,综合比较,EBSM技术由于具有成形效率高、精度高、成本低和真空无污染等优点,是未来最具发展前景的钛合金3D打印技术。成形过程中缺陷的成因和检测是3D打印领域重要研究热点,也是3D打印件能否实现应用的基础。重点介绍了钛合金3D打印成形过程中主要缺陷(包括球化现象、裂纹、孔隙以及翘曲变形)的分类、危害和成因,以及3D打印件常用的无损检测技术,并结合国内外研究情况对各种缺陷的抑制或改善方法进行探讨。最后,从材料、设备、工艺和检测技术方面,对未来钛合金3D打印技术发展前景进行了展望。
合金成分对TA15钛合金组织及力学性能的影响
隋楠, 曹京霞, 黄旭, 高帆, 谭启明
2019, 39(1): 48 -54   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000098
[摘要](170) [HTML全文](95) [PDF 762KB](18)
摘要:
为分析TA15钛合金成分的微小变化与显微组织和力学性能之间的响应关系,利用电子万能拉力试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置测量了4种不同成分TA15钛合金的室温准静态拉伸性能和动态力学性能,结果表明:Zr元素对室温拉伸强度性能影响微弱,随着主合金元素Al、V和Mo元素含量的增加,初生α相含量减小,次生α相片层较细,合金的强度提高,塑性下降;在临界应变率范围内,合金成分的微小变化对动态力学性能的影响微弱,提高主合金元素Al、Zr、V和Mo元素含量,有利于提高合金的临界应变率,且在此临界应变率下具有优异的动态力学性能;对于空冷条件下获得的等轴组织TA15钛合金,初生α相体积分数越小、次生α相片层较细时有利于室温抗拉强度、临界应变率和动态力学性能的提高。
高载荷作用下Ti6242钛合金低周疲劳和保载疲劳损伤行为分析
张明达, 曹京霞, 隋楠, 周毅, 黄旭
2019, 39(1): 55 -61   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000085
[摘要](259) [HTML全文](182) [PDF 1285KB](20)
摘要:
Ti6242作为一种力学性能优异的近α型钛合金,与其他近α和α+β型钛合金类似,在接近室温时表现出保载疲劳的特征。本研究借鉴钛合金保载疲劳敏感性随测试载荷提升而上升的变化规律,设计高载荷的低周疲劳和保载疲劳力学性能测试,结合微观组织观察、力学性能表征和断口分析,系统分析微观组织和高载荷作用下低周疲劳和保载疲劳损伤行为,建立微观组织与力学性能的联系,总结不同载荷条件下的断口特征与规律,评估高载荷测试条件下Ti6242钛合金保载疲劳敏感性,结果证明通过提高载荷来表征Ti6242钛合金的保载疲劳性能具有可行性。
基于同步辐射技术的WE54镁合金原位时效研究
曾嘉, 周碧晋
2019, 39(1): 62 -69   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000101
[摘要](44) [HTML全文](23) [PDF 1887KB](6)
摘要:
利用原位同步辐射技术对WE54镁合金时效过程进行研究。通过对比固溶态(T4)和固溶后冷轧预变形(T4-D)两组合金,揭示WE系列合金在300 ℃时效温度下析出相演变过程以及预变形对时效析出动力学的影响。原位时效研究表明:T4-D合金的强化相β1(Mg3(Nd, Y))在时效开始3 min后快速形核;时效9 min后β1开始向β(Mg14Nd2Y)转变,时效36 min后此转变结束,此后β占主导地位;对于T4合金的时效析出过程,β1在时效开始6 min后形核;时效18 min后β1开始向β转变;时效78 min后此转变结束。同步辐射衍射结合透射电子显微镜(TEM)结果分析发现:通过轧制预变形可以加速合金的时效进程并促进形成网状分布的时效析出相,这种分布有利于合金获得良好的时效强化效果。
蠕变损伤DZ411合金恢复热处理组织演化
唐文书, 肖俊峰, 高斯峰, 李永君, 南晴, 张炯
2019, 39(1): 70 -78   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000107
[摘要](50) [HTML全文](28) [PDF 2369KB](9)
摘要:
采用固溶 + 二级时效工艺对蠕变损伤DZ411合金进行常规恢复热处理,研究蠕变损伤合金组织恢复演化过程,并评价其力学性能。结果表明:蠕变损伤的DZ411合金中的一次γ′相发生明显球化和筏化,二次γ′相消失,未发现晶界蠕变孔洞;固溶处理对于回溶粗大形变γ′相,并重新析出细小均匀分布的γ′相至关重要,同时选择合适的固溶温度可避免初熔和再结晶;两级时效处理是优化γ′相尺寸、形态和配比的关键步骤;恢复后可获得大体积分数、双尺寸形态γ′相组织,二次和三次γ′相平均有效直径分别约为0.38 μm和0.07 μm,其体积分数分别约为47.5%和6.5%;恢复态合金室温强度与原始态合金相近,但在980 ℃/220 MPa下的持久寿命和伸长率分别达到121 h和13%,略低于原始态合金性能水平。
镍基合金薄板不同温度下的弹道冲击行为
刘焦, 郑百林, 杨彪, 俞晓强, 张锴, 史同承
2019, 39(1): 79 -88   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000045
[摘要](51) [HTML全文](32) [PDF 1102KB](8)
摘要:
为研究航空发动机机匣在高温下的包容性能力,通过实验和数值模拟研究25 ℃和600 ℃下GH4169合金薄板受球型子弹冲击后的变形行为。弹道冲击实验通过轻气炮实施,子弹以不同初始速率冲击靶板。分析温度和冲击速率对靶板的变形、临界击穿速率、破坏变形模式以及能量吸收的影响。结果表明:高温下靶板的变形更大,靶板被击穿所吸收的能量更小,临界击穿速率更小;高温下靶板被穿透后由弯曲作用引起的花瓣状变形更明显。数值模拟研究通过有限元软件LS-DYNA实施,数值模拟中选用Johnson-Cook本构模型。采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高温高应变率下的力学特性并拟合了Johnson-Cook本构模型参数。数值模拟研究的结果和实验结果进行了对比,显示了良好的一致性。
PAN原丝取向行为与初生纤维结构的相关性
阮如玉, 徐德华, 梁子, 徐樑华
2019, 39(1): 89 -95   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000211
[摘要](56) [HTML全文](37) [PDF 742KB](15)
摘要:
通过改变浓度、温度等凝固浴条件,获得取向行为不同的PAN原丝,采用声速法测定原丝的取向结构,使用X射线衍射仪、光学显微镜对PAN初生纤维的聚集态结构、截面形貌进行表征,建立原丝取向与初生纤维结构的相关性。依据取向度随牵伸倍数变化对数拟合曲线的斜率,定义原丝的分子链取向能力a,研究a与初生纤维结晶度的关联性。结果表明:初生纤维结晶度越高,PAN原丝可牵伸性越小,在同一牵伸倍数下纤维全取向度越高;原丝最大牵伸倍数受初生纤维径向结构影响显著,在凝固浴浓度74%时出现极大值;高溶剂含量的纤维分子链取向能力大于低溶剂含量的纤维;原丝的分子链取向能力随初生纤维结晶度增大而增大。
基于桥联模型预测层合板分层萌生载荷
顾嘉杰, 黄争鸣
2019, 39(1): 96 -101   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000055
[摘要](277) [HTML全文](147) [PDF 862KB](24)
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
2019, 39(1): 102 -107   doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000035
[摘要](347) [HTML全文](225) [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](498) [HTML全文](233) [PDF 2468KB](46)
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](478) [HTML全文](284) [PDF 786KB](41)
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](383) [HTML全文](194) [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](387) [HTML全文](233) [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](688) [HTML全文](258) [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](526) [HTML全文](262) [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。
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](517) [HTML全文](224) [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。
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](471) [HTML全文](204) [PDF 2249KB](26)
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。
2018-04-目录
[摘要](458) [HTML全文](231) [PDF 971KB](25)
摘要:
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](816) [HTML全文](290) [PDF 3912KB](25)
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](343) [HTML全文](147) [PDF 2712KB](25)
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。
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](347) [HTML全文](225) [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。
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](277) [HTML全文](147) [PDF 862KB](24)
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。
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](362) [HTML全文](207) [PDF 2452KB](21)
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。
Mar-M247铸造高温合金平衡析出相热力学计算与分析
安宁, 袁晓飞, 牛永吉, 田建军, 李振瑞
[摘要](309) [HTML全文](166) [PDF 1091KB](21)
摘要:
以Mar-M247合金为对象,通过热力学模拟计算,研究合金元素变化对平衡析出相、合金初熔温度和终熔温度的影响规律。结果表明:合金的主要平衡析出相为γ'相、MC、M6C、M23C6型碳化物、μ相及MB2、M3B2型硼化物,合金凝固过程中Hf和Ta元素偏析比较严重;在成分标准范围附近波动时,对初熔温度影响最大的合金元素为Cr、Mo、Ti、Hf;碳化物的析出温度和析出量均随C含量的增加呈线性递增趋势;另外,Hf、Ti、Ta含量的提高有利于MC型碳化物的析出;Cr含量的提高有利于M23C6型碳化物的析出;而W和Mo含量的提高则有利于M6C型碳化物的析出;μ相主要受Mo和W元素影响,随着二者含量的升高。μ相的析出温度和质量分数均升高;Al、Ti和Ta含量变化均会影响合金中γ′相的析出量及析出温度,并且三者对于γ′相的影响程度依次减弱。
非晶透明导电氧化物薄膜研究进展
张晓锋, 颜悦, 陈牧, 刘宏燕, 郝常山, 张官理
[摘要](542) [HTML全文](151) [PDF 5399KB](21)
摘要:
随着有机/聚合物衬底的广泛使用,非晶透明导电氧化物薄膜由于兼具优异的透明与导电性、性能稳定、表面平整光滑、易于刻蚀和大面积制备、兼容现有工艺、无须后续退火处理进而简化工艺流程等优点,已应用于薄膜晶体管、有机/聚合物太阳能电池、电致变色、电磁屏蔽等诸多领域。尽管非晶态透明导电氧化物的原理与结晶态的基本相同,但其不是简单的结晶态透明氧化物的非晶态,而是特定组元在特定条件下制备获得的。在简要介绍透明与导电及两者间的耦合关系的基础上,重点介绍了更为一般的非晶半导体氧化物的研究历程及其特点,并与结晶态透明导电氧化物薄膜对比,指出N型非晶透明导电氧化物的电子结构特征是其金属阳离子结构为(n-1)d10ns0,由于s电子轨道呈球对称,且相邻重叠积分较大,迁移率较高,结构容错性较强,因此可以稳定保持其结晶态时的中近程结构及优异的特性,并详细介绍了表征其近程结构的中程有序、因缺乏衡量周期的量子数而使用更为一般的态密度以及非晶结构的亚稳特性。在此基础上,详细举例介绍了N型和P型非晶透明导电氧化物体系的性质和特点,特别介绍了铟系非晶透明导电氧化物的种类和特点,其中又以氧化铟锌的性能最为优异。由于目前的非晶透明导电氧化物体系主要是针对N型导电的,故P型非晶透明导电氧化物的例子较少。最后结合产业动态简要介绍了非晶透明导电氧化物薄膜的应用领域,并结合当前研究现状和发展趋势指出了今后三个可能的研究发展方向:(1)非铟系透明导电氧化物的研究与开发有待进一步加强;(2)另辟蹊径开发P型透明导电氧化物的基本原理和材料;(3)充分发挥非晶透明导电氧化物的优势,拓展其在部分半导体领域的应用。
1981 年创刊,双月刊

CN 11-3159/V
ISSN 1005-5053

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