航空材料学报

2023-01期封面+目录

2023, 43(1).

[摘要](75) [PDF 4362KB](53)

摘要:

王天元, 黄帅, 周标, 郑涛, 张国栋, 郭绍庆

2023, 43(1): 1-17. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000210

[摘要](278) [HTML全文] (90) [PDF 1300KB](140)

摘要:
激光增材制造支持结构设计创新、快速研制和验证，是当前航空装备领域最具代表性的增材制造方法，其中激光选区熔化主要应用于复杂精密功能结构的精确近净成形制造，激光直接沉积主要用于大尺寸复杂承载结构的制造。为支撑航空领域增材制造技术发展的战略布局，本文对激光增材制造现状和发展趋势进行梳理，指出增材制造发展重点必然会转向产品的冶金质量、力学性能及其稳定性控制方面，增材制造设备的在线监测、参数自整定控制等智能化功能的研究开发正成为设备的研发热点，基于损伤失效分析、寿命预测研究的增材制件力学行为研究以及基于元件、特征结构的性能考核验证技术，开始引起工程应用部门的关注。在对技术发展趋势分析的基础上，提出2035年航空领域激光增材制造技术发展目标和相应的政策和环境支撑、保障需求，并给出2035年技术发展路线图建议。

航空装备电弧熔丝增材制造技术发展及路线规划图

郑涛, 郭绍庆, 张国栋, 施瀚超

2023, 43(1): 18-27. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000207

[摘要](180) [HTML全文] (72) [PDF 2550KB](82)

摘要:
电弧熔丝增材制造技术（wire arc additive manufacturing，WAAM）是一种高沉积效率的增材制造技术，采用逐层堆积的方式制备多种高性能的金属结构件，针对航空装备的大型、中等复杂的铝合金、钛合金WAAM成形技术的研究获得广泛关注。本文对WAAM技术定义、技术分类、成形系统及原理进行论述，综述了近年来国内外航空航天领域WAAM成形铝合金、钛合金的组织特性、冶金缺陷及质量改善、典型构件技术应用等方面的研究进展，分析了目前航空装备的大型、中等复杂构件WAAM成形技术所面临的关键共性问题，并提出了2035年WAAM成形技术路线规划图。

航空装备电子束增材制造技术发展及路线图

张国栋, 许乔郅, 郑涛, 郭绍庆, 熊华平

2023, 43(1): 28-38. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000209

[摘要](159) [HTML全文] (34) [PDF 2585KB](94)

摘要:
增材制造技术在航空装备领域具有广泛的发展前景。作为重要的金属增材制造工艺方法，电子束增材制造正处于快速发展阶段。电子束熔丝增材制造技术可满足航空大尺寸结构件的快速低成本制造，并可用于高价值零件的修复。电子束选区熔化增材制造技术在复杂结构以及难熔合金制件的制造方面具有显著优势。本文在对国内外电子束增材制造技术现状和发展趋势分析的基础上，从发展需求、目标、共性关键技术、应用、战略支撑与保障5个方面综合分析，绘制了面向2035年的航空装备电子束增材制造技术路线图，以期为航空装备电子束增材制造技术发展提供参考。

军用飞机金属零件激光增材修复技术的研究进展

徐进军, 张浩, 高德晰, 湛阳, 江茫, 高昆, 曾全胜

2023, 43(1): 39-50. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000076

[摘要](161) [HTML全文] (75) [PDF 1808KB](73)

摘要:
激光增材修复技术适用于军用飞机金属零件的快速高效修复，是延长飞行服役年限和提升自主航空维修能力的重要推力。本文介绍了选区激光熔化成形、激光直接沉积成形、激光熔覆以及激光-电弧复合增材制造等激光增材修复技术特点，阐述了激光增材修复过程中常见的塌边、表面球化、气孔以及裂纹等不同尺度缺陷类型并提出了相应的调控方法，总结了激光能量密度、搭接率、填充材料供给速度、保护气体流量、时间参数和扫描路径等激光增材修复技术工艺优化特点以及施加外加能场和优化设计专用填充材料改善修复性能。最后，列举了激光增材修复技术在飞机机翼梁、涡轮叶盘、单晶叶片以及起落架等金属部件维修中的应用，并对激光增材修复技术在辅助系统设计、多能场融合、评价标准制定以及可移动激光增减材修复设备研发等未来的研究重点和趋势进行了探讨。

石墨烯增强铝基复合材料制备技术及强化机制研究进展

刘文义, 胡小会, 李亚鹏, 唐玲, 张会

2023, 43(1): 51-59. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000030

[摘要](132) [HTML全文] (32) [PDF 970KB](46)

摘要:
具有二维平面结构和优异综合性能的石墨烯已成为铝基复合材料制备的理想增强体之一。本文主要介绍了液态成形法、粉末成形法和复合加工工艺等三大类石墨烯增强铝基复合材料制备技术。通过对不同类型制备技术的原理分析，结合石墨烯增强铝基复合材料的四种强化机制，总结出石墨烯增强铝基复合材料的发展方向应以复合材料的基础理论研究、制备技术的突破和大规模的工业化应用为主。

航空渗碳齿轮钢的迭代发展

郑医, 何培刚, 李宁, 孙振淋

2023, 43(1): 60-69. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000093

[摘要](119) [HTML全文] (35) [PDF 541KB](46)

摘要:
对航空动力传动系统渗碳齿轮材料的代际发展、组分特征与强化机制进行综述。第一代渗碳齿轮钢为低碳中低合金钢，渗层组织通过Fe₃C型碳化物进行表面硬化，因合金化元素含量低，第一代渗碳齿轮钢回火抗力差，普遍服役温区≤200 ℃。在第一代渗碳齿轮钢中，16Cr3NiWMoVNbE材料碳化物形成元素含量相对较高，通过临界饱和渗碳工艺方法，该材料可进阶为第二代渗碳齿轮钢进行宽温域服役。第二代渗碳齿轮钢为低碳中高合金钢，通过进一步提高合金化程度，适当提升抗回火能力较强的Mo元素含量，基体回火时，可析出部分回火抗力较高的M₂C强化相，整体服役温区提升至≤350 ℃。第三代渗碳齿轮钢为低碳超高合金钢，借助计算材料学，充分发挥出“二次硬化”强化基体效果，能够在500 ℃以下温区长期服役。现有合金结构钢体系的强化机制，无法避免500 ℃以上高温长期服役的强度快速衰减问题，下一代渗碳齿轮材料，将以抗氧化性能优异的铁基合金为基础进行研制。

NiCoCrAlY/YSZ梯度涂层热力学性能的有限元模拟

王士峰, 夏明岗, 刘明, 王玉, 王斌, 白宇, 王海斗

2023, 43(1): 70-79. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000059

[摘要](269) [HTML全文] (94) [PDF 1539KB](98)

摘要:
采用代表体积单元法建立NiCoCrAlY/YSZ梯度热障涂层的有限元二维微观模型，计算不同相成分配比下梯度层的热物理性能参数，将参数结果推广到三维多层涂层实体模型，研究热循环过程中双层结构涂层和梯度结构涂层的热力学性能。结果表明：梯度层的弹性模量、泊松比、热膨胀系数、导热系数与各相成分比例近似呈线性关系，导热系数受各相分布形态的影响；当梯度层中NiCoCrAlY相成分比例在0.7以下时，导热系数较低，常温状态最高为2.91 W·m⁻¹·K⁻¹。相比于双层结构涂层，梯度结构涂层的YSZ成分比例降低20%，隔热温度降低14%，陶瓷面层在高温时产生的热失配径向拉应力降低47%，轴向拉应力降低32%，切应力降低37%，冷却后的残余应力降低50%，这归因于涂层结构的梯度化有效降低涂层与基体热膨胀系数不同而产生的热失配应力。根据涂层应力分布结果，涂层易在TC/BC界面的中心区域形成垂直裂纹，靠近外侧边缘区形成水平裂纹。

激光类型对SiC/SiC复合材料孔加工的影响

杨金华, 黄望全, 冯晓星, 刘虎, 艾莹珺, 周怡然, 焦健

2023, 43(1): 80-86. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000084

[摘要](106) [HTML全文] (42) [PDF 2480KB](44)

摘要:
SiC/SiC复合材料具有硬度高、脆性大等特点，属于典型的难加工材料，制备冷却孔主要采用激光加工的方法。毫秒激光与纳秒激光主要是利用光热作用迅速加热目标材料，使之熔融、气化，并借助高速气流来移除材料，由于纳秒激光的脉冲持续时间短、能量密度高，因此更容易实现材料的气化，并且引起的热效应较少。本工作分别采用毫秒激光与纳秒激光对SiC/SiC复合材料进行制孔，结果表明，对于直径0.6 mm、倾斜角度为25°的冷却孔，纳秒激光加工时长是毫秒激光的8.7倍；两种激光加工的孔均存在一定的锥度，其中纳秒激光加工的孔锥角为2.12°，毫秒激光加工的孔锥角为1.49°。毫秒激光加工的孔内部、孔出口端与入口端均存在残留物，并且孔周边存在明显的重熔-氧化区与热影响区；而纳秒激光加工的孔内部无明显残留物，激光入口端出现变色现象，出口端无变色现象，无明显重熔-氧化区与热影响区。元素分析结果表明，两种激光加工过程中均能够引起材料的氧化。

有机玻璃基底AZO/Ag/AZO复合薄膜的制备与性能

徐清源, 张运生, 陈琛, 冯海兵, 黄鹏, 祖成奎

2023, 43(1): 87-97. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000054

[摘要](75) [HTML全文] (27) [PDF 4033KB](28)

摘要:
采用低温磁控溅射技术在有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯PMMA）表面制备铝掺杂氧化锌（AZO）叠层AZO/Ag/AZO透明导电薄膜，研究AZO溅射功率对AZO/Ag/AZO薄膜结构和性能的影响，探讨PMMA层合结构的耐湿热性和加温性能。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射仪（XRD）表征薄膜的形貌和结构。结果表明：AZO的溅射功率影响了AZO层表面能以及薄膜的结晶度，在100 W和150 W溅射功率下制备出的AZO/Ag/AZO薄膜室温下具有3.7 Ω/sq的低薄膜电阻和86.1%的高透光率，采用PMMA和聚氨酯胶片对薄膜进行层合封装，湿热30天后仍保持光学、电学性能稳定。PMMA层合结构在加温过程中的时间-温度曲线表明在5 V直流电压下层合玻璃具有较快的温度响应时间和良好的温度均匀性。−10~−40 ℃空气对流中PMMA层合结构表现出良好的温度稳定性。

ZrO₂纳米颗粒含量对AZ91D镁合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

孟令飞, 张春华, 张松, 张伟

2023, 43(1): 98-104. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000048

[摘要](85) [HTML全文] (27) [PDF 4302KB](32)

摘要:
为了提高AZ91D镁合金的耐蚀性能，利用单极性脉冲电源制备具有不同ZrO₂纳米颗粒含量的微弧氧化膜层，研究纳米ZrO₂颗粒对AZ91D镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响。采用扫描电子显微镜观察复合膜层的表面及截面形貌；同时利用X射线衍射仪分析不同ZrO₂纳米颗粒含量的膜层中的相组成；测试样品的电化学腐蚀性能。结果表明：当电解液中加入1 g/L ZrO₂颗粒时，纳米ZrO₂颗粒能够渗入微弧氧化膜层之中，封闭膜中原有的微孔和微裂纹等缺陷，膜层表面质量较好；随着电解液中ZrO₂颗粒含量由2 g/L增加到3 g/L时，膜层的裂纹明显增多，导致腐蚀介质容易进入膜层发生腐蚀，耐蚀性能下降；在电解液中添加纳米ZrO₂颗粒时，1~3 g/L范围内添加1 g/L ZrO₂纳米颗粒的微弧氧化膜层的耐蚀性能最好。

不同扫描速度下激光熔覆修复TC4合金表面性能

崔静, 王宬轩, 杨广峰

2023, 43(1): 105-114. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000215

[摘要](104) [HTML全文] (39) [PDF 6334KB](44)

摘要:
在当前的航空产业中，激光熔覆是一种理想的TC4合金部件修复和表面处理技术，在工艺方面具有优于传统金属修复技术的优势。本工作在功率2 kW下，通过不同的激光扫描速度，对合金试件表面进行激光熔覆修复加工，检测分析修复后表面的金相组织变化、电化学腐蚀性能和力学性能变化。结果表明：在激光修复过程中发生了显著的显微形貌变化；激光扫描速度为150 mm/min的修复表面耐腐蚀性能最佳； 200 mm/min的修复表面显微硬度和耐磨性能最佳。

2023年 第43卷 第1期

2023年第43卷第1期