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2021年 第41卷  第5期

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202105期封面+目录
2021, 41(5): .
摘要:
综述
光谱选择性辐射红外隐身材料研究进展
王新飞, 刘东青, 彭亮, 程海峰
2021, 41(5): 1-13. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000059
摘要:
不断发展的红外探测技术和精确制导技术对导弹、高超声速飞行器等武器装备的生存和突防构成了日益严重的威胁,红外隐身技术在现代战争中扮演着越发重要的角色。传统低发射率涂层材料通常在整个红外波段具有低发射率特性,不具备光谱选择性,其辐射散热效果较差,不利于目标整体红外信号的降低。光谱选择性辐射红外隐身材料可以在降低大气窗口波段(3~5 μm和8~14 μm)发射率的同时,利用非窗口波段(5~8 μm)进行辐射散热,具备更高效的红外隐身性能,是目前研究关注的热点。本文主要介绍基于光子晶体、频率选择表面以及Fabry-Perot腔的三代光谱选择性辐射结构的研究现状和进展,总结了现有体系的优点以及存在的问题。目前,光谱选择性辐射红外隐身材料距离实际应用仍有很大差距,未来应当向着工艺更加简单、高温稳定性更强以及多波段兼容的方向继续发展。
纤维增强陶瓷基复合材料的加工研究进展与发展趋势
张孟华, 庞梓玄, 贾云祥, 李昀曹益, 单晨伟
2021, 41(5): 14-27. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000033
摘要:
纤维增强陶瓷基复合材料具有高比模量、高比强度、低热膨胀系数、耐高温、耐腐蚀和耐磨损等许多优良的力学性能。这些优良的特性使其在航天航空等领域的应用日益增加。但纤维增强陶瓷基复合材料具有非均质性、各向异性、硬度高和脆性大的特点,是一种典型的难加工材料。因此,有必要对纤维增强陶瓷基复合材料的加工机理进行深入的研究。本文系统介绍纤维增强陶瓷基复合材料的传统加工和非传统加工研究现状,并对各种加工工艺方法的发展趋势、优缺点、适用范围、存在问题及相应解决方法进行总结和概括。和传统加工方法相比,非传统加工方法具有比较明显的优势,是当前发展的主要方向。
研究论文
基于有机硅改性聚氨酯弹性体的机翼前缘抗砂蚀防冰涂料
余明明, 张昳, 梁璐, 王智勇
2021, 41(5): 28-34. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000050
摘要:
机翼前缘的抗砂蚀防冰涂层技术是国内外亟须解决的重要课题。以端羟基聚烯烃树脂(HTPO)和低表面能的端羟基聚硅氧烷(HPSO)树脂为软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及1,4-丁二醇(BDO)为硬段,通过聚合加成反应制备有机硅改性聚氨酯弹性体(Si-PUE)。以其为基体树脂,掺杂功能颜填料制备有机硅改性弹性聚氨酯涂层(Si-PUEc),并对其疏水性能、拉伸性能、抗砂蚀性能和防冰性能进行研究。结果表明:Si-PUEc的表面水接触角(water contact angle,WCA)为108°,具有良好的疏水性;对Si-PUEc的防冰性能进行考察,冰黏附强度仅为68.04 kPa,低于铝板表面冰黏附强度(235.36 kPa)的三分之一;此外,Si-PUEc的抗张强度为14.03 MPa,断后伸长率为370%,表现出优异的拉伸性能,经过砂尘实验后,Si-PUEc表面完好,无破损、开裂等漆膜缺陷,WCA仍然保持在108°。湿热老化实验前后,Si-PUEc的疏水性能、防冰性能、应力应变性能无明显变化。
微量Sc元素对X2A66合金组织与力学性能的影响
熊纯, 肖锎, 官瑞春, 徐进军, 唐启东, 江茫
2021, 41(5): 35-43. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000044
摘要:
通过力学性能测试与微观组织表征相结合的实验方法,研究Sc元素的添加对X2A66合金的微观组织演变以及力学性能影响规律。结果表明:在X2A66合金中添加质量分数为0.18%的Sc元素,可有效细化铸态合金晶粒尺寸;并形成尺寸较大的AlScZr或AlCuScZr初生相;提高铸态合金的过烧温度;与Al3Zr粒子相比,Al3(Sc,Zr)复合粒子的抑制再结晶的作用效果更佳,在后续的变形和热处理过程中使合金具有更小的晶粒尺寸,但AlCuSc和AlCuScFe相在后续热处理过程中不能完全溶解,从而损害了固溶态合金的力学性能。
航空航天2050 Al-Cu-Li 合金的热变形行为
马晓光, 杨玉艳, 罗锐, 徐严谨, 曹赟, 曾元松
2021, 41(5): 44-50. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000014
摘要:
利用Gleeble-3500热力模拟试验机对航空航天2050 Al-Cu-Li 合金进行350~470 ℃、0.01~5 s−1的单道次等温压缩实验,获得合金的流变应力曲线并将流变数据制成三维热加工图,利用EBSD技术对合金的热变形组织演化规律进行表征。结果表明:2050 Al-Cu-Li 合金的流变应力值会随着变形温度的下降以及应变速率的上升而上升,低温低速率时发生了流变失稳现象;三维热加工图显示合金的耗散功率存在两处峰值,其中最佳热加工区间为450~470 ℃、0.01~0.1 s−1;通过EBSD组织分析发现,合金经热变形后原始晶粒被显著拉长,470 ℃、0.01 s−1变形参数下在晶粒内部和晶界交汇处存在大量的再结晶晶粒,该变形条件下合金具有良好的热加工性能。
基于应力修正的2195铝锂合金本构模型及热加工性能
赵一帆, 吴文科, 何国爱, 王强
2021, 41(5): 51-59. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000073
摘要:
针对退火后的2195铝锂合金在变形温度为400~490 ℃、应变速率为0.01~10 s−1条件下进行等温热压缩实验,对获得的真应力应变曲线进行摩擦力和温升效应的修正,并基于修正后的真应力真应变建立材料的本构关系。结果表明:实验值和预测值的相关系数R为0.99584,平均绝对误差(AARE)为3.698%,表明所建立的本构模型能很好地预测2195铝锂合金在不同变形参数下的流动应力值;基于修正后应力应变数据,通过将流变失稳图(传统热加工图)(conventional hot processing map,CHP)与变形激活能值Q耦合,建立了激活能加工(activation energy processing,AEP)图 ,优化出合金的热加工窗口为:应变速率 < 0.4 s−1,温度475~490 ℃。
GH605板料成形极限影响因素分析
王彦菊, 栾伟, 孟宝, 沙爱学, 贾崇林
2021, 41(5): 60-68. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000016
摘要:
板料成形极限图是用来评价板料成形性能的综合指标。通过胀形数值仿真得到0.2 mm和2.5 mm厚的三种不同热处理条件下GH605板料的成形极限曲线。通过实验对比验证0.2 mm厚的三种料的成形极限计算结果,结果表明仿真结果可以较好地反映实验结果。从材料性能差异的角度,分析研究加工硬化指数(n值)和厚向异性指数(r值)对成形极限的影响。综合仿真与实验结果表明,两种经过水冷固溶的板料成形性能显著优于经过退火处理的板料,成形极限曲线随着n值和r值的增大而升高,且n值对成形极限曲线的影响比r值的影响更显著。通过数值模拟建立的材料成形极限图,可为材料研制和工艺选材提供理论依据。
本构模型对GH4169缺口件蠕变变形响应计算结果的影响
胡贤明, 嵇大伟, 庄书颖, 胡绪腾
2021, 41(5): 69-77. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000086
摘要:
针对航空发动机高温构件蠕变变形失效问题,基于大变形有限元分析方法,采用弹塑性耦合蠕变本构模型对650 ℃下GH4169合金光滑和缺口平板试件的弹塑性和蠕变变形响应进行计算,重点分析蠕变本构模型对试件蠕变变形响应和持久寿命的影响。研究结果表明:基于大变形有限元分析的方法能较好地预测三种缺口平板试件的弹塑性变形和极限强度,极限强度预测误差均在 ± 3%以内;三种蠕变本构模型对GH4169缺口平板试件蠕变变形响应和持久寿命的大变形有限元预测效果不一,采用θ参数法模型可较为准确地预测缺口试件的持久寿命,预测误差在 ± 2倍分散带以内,而采用修正蠕变模型和Batsoulas模型可较为准确地预测蠕变前两个阶段的变形。
第三代镍基单晶高温合金大间隙钎焊接头的微观组织和力学性能
李可馨, 侯星宇, 王诗洋, 孙元, 陈立佳, 程陆凡, 王振江, 李寒松, 汤广全
2021, 41(5): 78-85. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000035
摘要:
采用混合粉末钎料钎焊第三代含铼单晶高温合金,其中混合粉末钎料是利用球磨混粉方法将一种镍基粉末钎料和母材成分相同的高温合金粉混合制成。利用SEM和EPMA分析镍基钎料与高温合金粉配比对接头微观组织的影响,并对四种钎料的钎焊接头进行高温持久性能测试。结果表明:采用镍基钎料的焊缝和混合粉末钎料的焊缝中均存在γ-Ni、γ′、γ+γ′共晶、CrB、Ni3B以及M3B2型硼化物,但混合粉末钎料的残留为熔化的球型高温合金;保持焊缝间隙不变,提高混合粉末钎料中高温合金粉末的配比,可以抑制焊缝中M3B2型硼化物和低熔点相的析出,且硼化物的分布变得更均匀,尺寸变得更小,提高了焊缝成分和组织的均匀性;3种接头的高温持久性能均优于纯钎料接头,当提升合金粉的比例由0%至50%时,接头的持久寿命由15 min提升至34 h,但当合金粉比例增加至60%时,接头中产生大量孔洞缺陷,导致持久寿命下降至4 h。
300M钢激光熔覆C276涂层微观组织和电化学性能
崔静, 薛安源, 刘玲, 夏海洋, 杨广峰
2021, 41(5): 86-93. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2020.000153
摘要:
为提升300M钢表面耐腐蚀性,采用NCLT CW-1K固体Nd:YAG激光器系统,利用激光熔覆技术在300M钢表面制备Hastelloy C276涂层,对C276涂层的宏观形貌、物相组成进行表征,利用滑动摩擦磨损机、电化学工作站进行摩擦磨损、电化学测试。结果表明:激光熔覆C276涂层质量良好,C276涂层较基体显微硬度提升1.4倍,但耐磨性低于300M钢基体;涂层腐蚀电位最大,腐蚀电流密度最小,在300M钢表面采用激光熔覆技术制备出C276涂层,显著提升300M钢表面耐蚀性能,为提升材料表面的耐蚀和防腐性能提供新的方案。
氧化镁/碳纳米管界面稳定性
廖琳, 袁邵涛, 周佳俊, 马广祥, 陈衍元, 袁秋红
2021, 41(5): 94-102. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000069
摘要:
采用共沉积法制备氧化镁纳米颗粒包覆碳纳米管,并利用高功率超声波、长时间对氧化镁包覆碳纳米管样品进行超声处理以验证其结构稳定性。借助红外光谱仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征氧化镁包覆碳纳米管的微观结构。实验结果显示:高功率超声波和长时间超声震荡可将包覆氧化镁碳纳米管切断,但氧化镁纳米颗粒依然紧紧地吸附在碳纳米管管壁上,表明氧化镁纳米颗粒与碳纳米管形成了良好的界面结合,包覆MgO碳纳米管界面结构具有较高的稳定性,是一种较好的新型增强体。同时,采用第一性原理计算阐述了氧化镁与碳纳米管形成良好界面结合机理。