2018年38卷2期

显示方式:          |     

2018-02-目录
2018, 38(2): 1-2.
[摘要](329) [HTML全文] (86) [PDF 239KB](6)
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
2018, 38(2): 1-9. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001008
[摘要](457) [HTML全文] (178) [PDF 3912KB](18)
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。
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
2018, 38(2): 10-20. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001001
[摘要](247) [HTML全文] (97) [PDF 2249KB](17)
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。
高温防护金属涂层的发展及活性元素效应
鲍泽斌, 蒋成洋, 朱圣龙, 王福会
2018, 38(2): 21-31. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001004
[摘要](129) [HTML全文] (43) [PDF 825KB](6)
摘要:
高温防护涂层(一般为金属基)被广泛用于航空发动机和大型地面燃气轮机关键热端部件(例如涡轮叶片)的防护。通过生成一层致密且生长缓慢的氧化膜(Al2O3,Cr2O3或SiO2等),这类涂层可以在高温下为基体合金提供可靠防护,以防止基体合金被快速氧化腐蚀侵害。本文回顾了高温防护金属黏结层的发展历程(以铝化物涂层和MCrAlY包覆涂层为例),其改进总是围绕着提高涂层中Al的浓度及合理分布,以及缓和涂层与基体合金的互扩散为目标;重点关注高温防护涂层中添加活性元素(RE)后引入的活性元素效应,包括活性元素被发现的历程、活性元素改性作用机制以及近期研究者在活性元素掺杂方面的工作进展。
热障涂层服役环境模拟实验方法
师俊东, 何箐
2018, 38(2): 32-42. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001003
[摘要](149) [HTML全文] (44) [PDF 3037KB](7)
摘要:
热障涂层的服役工况恶劣、存在多耦合因素作用的失效机制和自身复杂多界面多相特征,使其研究极具挑战性。热障涂层的性能主要由其特殊的成分和微结构决定,在服役过程中受到温度、时间、环境等因素导致涂层发生退化。热障涂层使役性能评价是涂层性能改进和新涂层研发的必要途径,为了合理评价涂层寿命和深入研究涂层组织结构及性能演变规律,利用高温炉、火焰、红外灯、激光等不同热源,建立具有快速升降温、温度梯度模拟、腐蚀及CMAS沉积环境模拟、交变载荷功能的服役环境模拟实验装置,以获得低成本、测试条件灵活可控的表征手段及方法,用来研究涂层的失效机制、改善涂层材料及工艺和快速评价涂层的耐久性。
热障涂层在CMAS环境下的失效与防护
杨姗洁, 彭徽, 郭洪波
2018, 38(2): 43-51. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001007
[摘要](298) [HTML全文] (63) [PDF 1551KB](10)
摘要:
随着航空发动机工作温度的提升,一种主要化学成分为CaO-MgO-Al2O3-SiO2(简称CMAS)的环境沉积物对发动机叶片热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)的危害越来越严重,一方面导致叶片表面气膜冷却孔堵塞,降低冷效,改变叶片温度场和应力场;另一方面,引起叶片TBCs服役寿命大幅度下降。如何解决叶片TBCs表面CMAS吸附和渗透的问题对于高性能航空发动机的研制非常关键,也是目前TBCs研究领域的难点。本文重点阐述了TBCs在CMAS环境下的热化学、密实、相变等失效机理,并简述了国际上目前一些如涂层组织结构优化、添加阻渗层和牺牲层等解决CMAS问题的方法。
高(Cr,Al)含量NiCrAl(Y)涂层电沉积制备及抗高温氧化性能
甄会娟, 田礼熙, 董志宏, 彭晓
2018, 38(2): 52-58. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001006
[摘要](74) [HTML全文] (30) [PDF 2610KB](8)
摘要:
NiCrAlY型涂层是典型的抗高温氧化涂层以及热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs)的黏结层(bond coat,BC)。高性能NiCrAlY涂层一般采用物理气相沉积的方法制备,本工作在金属基体预沉积的纳米颗粒CrAl电泳层中电沉积Ni,制备NiCrAl涂层。涂层的微观结构和成分分析表明:涂层致密并与金属基体结合好,CrAl纳米颗粒分散均匀、(Cr + Al)含量高达35%(质量分数,下同)。氧化结果表明:通过成分调控,即调控Cr/Al含量比,可使涂层在1000 ℃空气中氧化时分别“智能”热生长保护性Cr2O3膜或Al2O3膜;并且涂层在长时间氧化过程中,氧化膜不剥落,显示此工艺制备NiCrAl的抗氧化性能可与PVD制备的NiCrAlY涂层的相媲美。
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
2018, 38(2): 59-69. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001002
[摘要](124) [HTML全文] (39) [PDF 4799KB](11)
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。
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
2018, 38(2): 70-76. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001005
[摘要](212) [HTML全文] (85) [PDF 2468KB](19)
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。
激光加热辅助切削加工技术研究进展
张迎信, 安立宝
2018, 38(2): 77-85. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000005
[摘要](140) [HTML全文] (39) [PDF 751KB](3)
摘要:
综述近年来激光加热辅助切削加工技术的研究进展。在实验研究方面,总结了激光加热辅助车削、铣削、钻削、磨削等不同工艺过程的加工特点,阐述了激光参数和切削参数对加工质量的影响。研究表明:在一定范围内,适当提高激光功率、降低切削速率、减小进给量有利于切削区材料的充分软化,可改善工件材料的切削加工性,提高加工效率和加工质量。目前,激光加热辅助切削加工仿真研究主要集中在切削温度场与切削过程仿真。通过建立温度场模型,可预测材料去除最优温度范围,优化加工工艺参数。切削过程仿真探讨应力、应变、温度等物理量的影响,为实际加工中控制零件表面质量提供了依据。后续工作应进一步加强在加工机理、加工工艺、仿真优化等方面的研究,建立完善的激光加热辅助切削加工数据库,以促进该技术的工业应用。
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
2018, 38(2): 86-95. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000010
[摘要](139) [HTML全文] (38) [PDF 2712KB](12)
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。
基于几何相位分析的Nb-Si{001}界面应变研究
李旭, 任玲玲, 高思田, 周丽旗, 陶兴付
2018, 38(2): 96-103. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000114
[摘要](116) [HTML全文] (37) [PDF 5867KB](3)
摘要:
用高分辨电子显微成像和几何相位分析,研究不同溅射气压下制备的铌薄膜/硅基体的界面微观结构和应变状态。结果表明:铌薄膜表面由花瓣状层片组织构成,层片组织随机分布,没有明显的特征取向;随着溅射气压的增大,层片尺寸随之增大,致密度减小,出现大量孔隙,铌薄膜和硅基体之间存在铌、硅元素的混合层;当溅射气压为0.65 Pa,0.85 Pa和1 Pa时,硅基体中应变εxx分别是–0.16%,–0.30%和 0.42%,εyy分别是–1.23%,–0.31%和0.26%,溅射气压对硅基体的应变状态具有很大影响;硅基体的应变主要来自于界面混合层和铌薄膜的作用,混合层中铌原子和硅原子相互混杂,存在大量结构缺陷,产生本征应力,从而导致硅基体中产生应变。
稀土La3+,Ce3+配合视黄基席夫碱盐的制备与吸波性能
刘虎腾, 周克省, 邓联文, 刘胜, 贺龙辉, 姚玲玲
2018, 38(2): 104-109. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000001
[摘要](109) [HTML全文] (28) [PDF 1446KB](4)
摘要:
以维生素A醋酸酯为原料,制备稀土La3+,Ce3+配合乙二胺视黄基席夫碱盐,通过红外光谱、拉曼光谱对产物结构进行表征,采用微波矢量网络分析仪测量2 ~ 18 GHz频率范围的电磁参数并计算其反射率,探讨影响稀土配合视黄基席夫碱盐吸波性能的主要因素及机理。结果表明:稀土离子与席夫碱形成了配位键;La3+配合席夫碱于12.9 GHz处反射率达–16 dB(优于–10 dB频宽为3.1 GHz),Ce3+配合席夫碱于12.7 GHz处反射率达–18.8 dB(优于–10 dB频宽为3.4 GHz);吸波性能均优于同类型非稀土配合席夫碱。
不同应力水平对碳纤维复合材料疲劳剩余刚度的影响
邱爽, 周金宇
2018, 38(2): 110-117. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000076
[摘要](132) [HTML全文] (38) [PDF 1209KB](5)
摘要:
为研究碳纤维复合材料疲劳行为和应力水平对其疲劳剩余刚度的影响,进行碳纤维复合材料的静拉伸实验和疲劳实验,采用扫描电镜(SEM)观察其断口形貌。 结果表明:室温下碳纤维复合材料具有很好抗疲劳特性, 在48%的极限抗拉强度载荷下的循环数超过106;不同应力水平下的剩余刚度下降程度不同,疲劳前期阶段,高应力水平下的剩余刚度下降程度低,低应力水平下降程度较高;不同应力水平下的剩余刚度阶段界限特征显著度不同,低应力下的阶段界限显著,而高应力下的阶段界限较模糊;断口分析表明,随着应力水平的降低,疲劳失效模式更加复杂,高应力水平下,主要表现为纤维簇断裂,而低应力水平下的失效模式包括纤维和基体断裂、界面脱粘及纤维拔出等。
X-cor夹层结构的有限元模型
单杭英, 肖军, 褚奇奕
2018, 38(2): 118-125. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000179
[摘要](92) [HTML全文] (32) [PDF 1917KB](4)
摘要:
结合有限元模型中对Z-pin的处理方式,提出整体式、组合式以及分离式3种计算模型,分析其适用性及优缺点。在桥联力实验和Z-pin从泡沫拔脱实验研究的基础上,提出分离式有限元模型,引入双弹簧联结单元来揭示Z-pin和泡沫及面板之间相互作用的细观机理;其中平行于Z-pin单元接触面的弹簧(刚度)用来模拟计算界面相对滑移和粘接应力,垂直于单元接触面的弹簧(刚度),用于定义层压板、泡沫与Z-pin法向的接触,实现了X-cor夹层结构力学行为和界面失效的有限元仿真计算。
微信 | 公众号

扫一扫关注我们