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2018-05-目录
2018, 38(5)
[摘要](126) [PDF 1640KB](6)
摘要:
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
2018, 38(5) :1-9. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.001015
[摘要](283) [HTML全文](160) [PDF 786KB](24)
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。
纳米多孔金属的制备方法及其力学性能的研究进展
李元伟, 张猛, 王小健, 李卫
2018, 38(5) :10-23. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000049
[摘要](96) [HTML全文](56) [PDF 1414KB](9)
摘要:
纳米多孔金属是一种孔径在0.1~100 nm之间,且韧壁尺寸也在纳米量级的多孔金属材料。因其独特的孔隙结构、高比表面积和高导电性等特征,纳米多孔金属在许多领域都有着丰富的潜在应用。这篇综述比较了制备纳米多孔金属的几种常用方法:模板法、脱合金法与电化学法,其中,主要介绍了脱合金法,包括液态金属脱合金法及气相脱合金法的最新进展;重点阐述了纳米多孔金属在表面增强拉曼散射、催化以及超级电容器方面的应用现状及相关研究工作;最后,对纳米多孔金属的力学性能模拟及实验进行讨论,重点分析了纳米多孔金属力学性能的研究趋势以及存在的主要问题。
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
2018, 38(5) :24-35. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000035
[摘要](297) [HTML全文](167) [PDF 813KB](25)
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。
石墨烯填充丁腈橡胶纳米复合材料研究进展
董慧民, 牟维琦, 史海燕, 钱黄海, 陆明, 刘嘉
2018, 38(5) :36-46. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000192
[摘要](151) [HTML全文](82) [PDF 724KB](4)
摘要:
概述了石墨烯的制备、功能化;介绍了石墨烯/丁腈橡胶(NBR)纳米复合材料的3种主要制备方法,即乳液共混法、溶液共混法和机械混炼法;综述了石墨烯/NBR的物理机械性能、硫化性能、疲劳性能、电学性能、热学性能、摩擦性能和气体阻隔性能等;指出通过深入研究石墨烯与NBR分子作用机理来逐步理解石墨烯/NBR复合材料结构与性能的关系;最后,提出未来应加强拓展石墨烯/NBR复合材料在耐介质腐蚀、耐辐照、阻尼、减震、阻燃等领域的应用。
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
2018, 38(5) :47-58. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000022
[摘要](306) [HTML全文](140) [PDF 2617KB](22)
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。
B4C陶瓷/Al仿生层状高强复合材料制备与性能
王寒冰, 王立石, 张健, 梁云虹, 张志辉
2018, 38(5) :59-66. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000083
[摘要](68) [HTML全文](38) [PDF 1169KB](3)
摘要:
基于脉红螺壳层状复合结构、硬度分布模式与片层交叠止裂原理,采用B4C/5083Al体系与纯5083Al为材料,利用热压烧结制备出仿生层状止裂、抗冲击材料。利用扫描电镜和万能试验机等研究仿生层状复合材料的微观结构和力学性能。结果表明:在宏观上,仿生层状复合材料具有多层结构,由B4C/5083Al复合硬质层与柔韧的5083Al层复合组成,具有“软、硬”相济的硬度分布特性;在微观上,B4C/5083Al复合硬质是由B4C硬质陶瓷与5083Al基体组成,B4C硬质陶瓷交错分布,之间由韧性较好的5083Al基体粘接,具有“软、硬”相结合的特性;仿生层状复合材料具有更高的抗压强度和冲击韧性,层状交叠结构能够重置裂纹在下一层的延伸方向,产生裂纹分裂与偏转现象,起到止裂与抗冲击作用。
一种1350 MPa级低密度高强度钢的组织性能
江志华, 金建军, 王晓震, 胡春文, 倪志铭
2018, 38(5) :67-73. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000032
[摘要](83) [HTML全文](59) [PDF 1342KB](6)
摘要:
开发了一种1350 MPa级低密度Fe-29Mn-10Al-1.0C钢。采用光学显微镜、X射线衍射、高分辨电镜等方法对不同热处理状态下低密度钢的力学性能和组织演变规律进行研究。结果表明:实验钢在固溶、时效过程中发生了调幅分解,形成了L′12结构有序相κ′碳化物;实验钢经950 ℃固溶处理后,尺寸为2~5 nm的κ′碳化物弥散分布在奥氏体基体上;随后的时效过程中,随着时效温度提高,κ′碳化物尺寸增大,趋向于沿<100>方向分布,长大粗化择优取向,最终形成规则的“方格阵”调制组织;在有序强化和调幅组织强化的共同作用下,实验钢具有良好的强塑性配合,抗拉强度高达1350 MPa,密度小于6.80 g/cm3
热压烧结ZrC-TaC陶瓷的组织结构与力学性能
张岩, 郭英奎
2018, 38(5) :74-79. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000196
[摘要](210) [HTML全文](148) [PDF 1664KB](16)
摘要:
碳化锆超高温陶瓷在航空航天、核工艺、电子等领域有广阔的应用前景。为了改善ZrC陶瓷的烧结及力学性能,以ZrO2粉和TaO2粉为原料,采用碳热还原法制备TaC与ZrC固溶体粉末,热压烧结工艺制备ZrC-TaC陶瓷,探索烧结温度和TaC含量对陶瓷固溶体的固溶行为、致密化行为、组织结构和力学性能的影响规律。结果表明:当烧结温度从2000 ℃升高到2050 ℃时,TaC在ZrC中的固溶度提高;当TaC含量从5%升高到15%时,陶瓷的致密度、维氏硬度和弹性模量单调下降,抗弯强度没有明显规律,断裂韧度随着TaC含量的增加逐渐减小。
DZ22B高温合金定向叶片粘砂形成机制与抑制措施
李飞, 陈晓燕, 赵彦杰, 王飞, 孙宝德, 孙东科, 李振锋
2018, 38(5) :80-87. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000019
[摘要](164) [HTML全文](141) [PDF 1161KB](11)
摘要:
采用SEM、EDS等分析手段研究DZ22B合金定向叶片粘砂层的微观形貌与化学组成。结果表明:合金熔体渗入型壳面层孔隙中,包覆部分陶瓷颗粒形成金属-陶瓷状粘砂缺陷;粘砂层主要成分为Al2O3,并含有Cr2O3和HfO2这两种合金熔体与电熔刚玉陶瓷型壳的高温界面反应产物;DZ22B合金定向叶片表面粘砂缺陷的形成机制是以热机械渗透粘砂机制为主;向型壳面层浆料中加入一定量的粘砂抑制剂,可显著改善电熔刚玉型壳面层抗合金熔体渗透性能,经浇注验证,叶片表面光洁无粘砂,呈现出明显的金属光泽。
异种高温合金电子束焊接接头析出相
刘谨, 赵志毅
2018, 38(5) :88-95. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000008
[摘要](166) [HTML全文](105) [PDF 1387KB](9)
摘要:
利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)与能谱仪(EDS)对GH141/GH907异种高温合金板材电子束焊接接头区域析出相进行研究,包括GH141热影响区,GH907热影响区以及焊缝区域。结果表明:异种高温合金电子束焊接热影响区无新析出相的产生;在现行热处理工艺下,GH141热影响区析出相为密布于基体的方形颗粒状γ′相、随机分布的粗大块状MC型碳化物及沿晶界析出的M6C型碳化物;GH907热影响区析出相为密布于基体的针状ε相及分散分布的块状G相Nb3Ni2Si;焊缝区域存在析出相与两种焊接母材都不同,一种为平行或交错分布的针状新析出相,一种为细小的方形或椭球形颗粒状新析出相,其中颗粒状析出相为正交晶系NbTi4
高红外反射率稀土氧化物掺杂YSZ/YSZ多层结构热障涂层
杨薇, 王玉锋
2018, 38(5) :96-101. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000233
[摘要](140) [HTML全文](106) [PDF 1072KB](8)
摘要:
由于先进航空发动机工作温度的不断提升,迫切需要提高热障涂层的隔热效果和工作温度。本工作设计并制备一种新型的稀土氧化物掺杂YSZ/YSZ多层结构热障涂层,对涂层的微观组织、热导率及红外热反射率进行表征,研究稀土氧化物掺杂多层结构热障涂层材料微观结构对涂层相结构、热导率及红外热反射率的影响。结果表明:多层结构涂层表现为(200)择优取向,层数增多有助于降低涂层的热导率并提高其热反射率;具有200个亚层的等厚比多层涂层的热导率为1.1~1.16 W/m·K,比普通的单层YSZ下降了11%,红外热反射率可达48%~55%。
基于Weibull分布函数的等离子喷涂涂层接触疲劳寿命预测
费晓瑜, 李国禄, 王海斗
2018, 38(5) :102-107. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000188
[摘要](89) [HTML全文](61) [PDF 682KB](4)
摘要:
Weibull分布是最常用的处理和分析疲劳寿命的统计方法之一,但在对涂层接触疲劳寿命的研究中,大多学者在未做多元统计分析的基础上建立Weibull分布模型,在一定程度上影响了模型的准确性。本工作采用超音速等离子喷涂技术在45钢基体表面制备NiCrBSi合金涂层,使用球盘式接触疲劳试验机,对涂层进行不同载荷条件下的抗接触疲劳实验,得到涂层的接触疲劳寿命。通过范-蒙特福特检验法验证涂层接触疲劳寿命。结果表明:接触疲劳寿命数据符合Weibull分布;建立的Weibull概率分布图可在实验数据较少的情况下,精确表征涂层的接触疲劳寿命;建立的接触疲劳特征寿命及其对数与载荷之间的指数回归模型以及接触疲劳特征寿命的对数与载荷之间的线性回归模型,可在一定范围内精确表征涂层的接触疲劳寿命。
浸泡环境下ZL105不同腐蚀损伤表征量动力学对比分析
颜光耀, 刘治国, 刘涛
2018, 38(5) :108-115. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000117
[摘要](78) [HTML全文](52) [PDF 884KB](3)
摘要:
利用沿海加速腐蚀试验谱中的环境参数,开展腐蚀浸泡环境下的铝合金壳体材料ZL105的腐蚀损伤实验研究。每一浸泡周期结束时对试件工作表面进行腐蚀损伤的形貌观测和电化学测量,获得不同腐蚀周期的平均蚀坑深度和表面自腐蚀电流密度。通过拟合分析,分别得到以平均腐蚀深度变化率和表面自腐蚀电流密度为腐蚀损伤表征的腐蚀动力学曲线。利用无量纲的归一化处理,量化对比两种腐蚀速率的变化规律。通过相关性分析,得出在腐蚀前期(36~120 h)两者具有很高的相关性,相关系数达到0.969。依据ZL105相应腐蚀损伤形貌观测和建立相应点蚀数学模型,合理解释了两种腐蚀速率在不同腐蚀时期的差异性表现。
湿热环境下表面处理对GFRP加固铝板结构耐久性的影响
余周辉, 赵培仲, 胡芳友
2018, 38(5) :116-122. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2016.000171
[摘要](130) [HTML全文](88) [PDF 1520KB](7)
摘要:
用3种不同工艺分别处理铝合金表面,通过湿热环境下玻璃纤维增强复合材料(glass fiber reinforced polymers,GFRP)和GFRP加固损伤铝板的拉伸实验,测定不同方法处理的GFRP-铝板在湿热环境下粘接强度,研究湿热环境、表面处理工艺等因素对修复效果影响。结果表明:界面粘接强度顺序为阳极氧化 > 硅烷偶联剂 > 喷砂;湿热处理后,GFRP片材的抗拉强度、弹性模量和断裂伸长率均下降;不同表面处理修复试样初始载荷提高顺序为阳极氧化 > 硅烷偶联剂 > 喷砂;湿热环境下,不同表面处理修复试样承载能力出现不同幅度下降,喷砂试样承载能力下降主要是树脂-铝板界面粘接强度下降引起的,破坏主要发生在树脂-铝板界面,偶联剂和阳极氧化处理试样破坏主要发生树脂-GFRP界面,树脂-铝板界面力学性能优于树脂-GFRP界面力学性能。
复合材料电导率对雷击烧蚀损伤程度的影响
肖尧, 李曙林, 王育虔, 常飞, 尹俊杰
2018, 38(5) :123-131. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000037
[摘要](162) [HTML全文](74) [PDF 1268KB](3)
摘要:
根据雷击过程中能量转换关系,建立基于热-电耦合的复合材料雷击烧蚀损伤分析模型,该模型考虑了复合材料电导率随热解度的变化。通过该模型,对比复合材料三个方向电导率多个数量级变化后的雷击烧蚀损伤。结果表明:在相同雷电流参数下,复合材料沿不同方向的电导率变化对雷击烧蚀损伤影响程度不同;沿纤维方向电导率提升,表观损伤面积和损伤深度均下降;垂直于纤维方向电导率提升,表观损伤面积增加,损伤深度下降;沿厚度方向电导率提升,表观损伤面积下降,损伤深度增加;三个方向任一电导率提升,复合材料总体的损伤体积均下降,当各方向上的电导率分别提高1、2、3个数量级,损伤体积影响程度最大的是沿纤维方向变化,分别降低47.83%、75.08%和97.82%,沿厚度方向变化影响程度次之,分别降低36.25%、53.44%、65.54%,垂直于纤维方向影响程度最小,分别降低8.72%、12.58%和24.76%;提高复合材料电导率,能够对雷击防护起到明显作用,对于防雷击效果的全面评估需要二维损伤和三维损伤相结合。
冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板典型力学性能的影响
管清宇
2018, 38(5) :132-137. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000002
[摘要](114) [HTML全文](77) [PDF 533KB](9)
摘要:
采用CYCOM 7701/7781玻纤环氧织物预浸料和中温固化工艺制造复合材料单向层压板试件。将试件分为三组,分别在低温干态(cold temperature dry,CTD)、室温干态(room temperature dry,RTD)和高温湿态(elevated temperature wet,ETW)三种温度和试件吸湿情况下,测试复合材料单向层压板的无缺口拉伸强度、开孔拉伸强度、无缺口压缩强度、开孔压缩强度和冲击后压缩强度,研究冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781复合材料单向层压板典型力学性能的影响。结果表明:在CTD、RTD和ETW三种环境下,开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均拉伸强度均有十分不利的影响,拉伸强度下降约50%;开孔明显地降低了复合材料层压板的拉伸强度的变异系数;在CTD和RTD情况下,冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均压缩强度均有十分不利的影响,两种情况的影响比较接近,均下降45%~55%;在ETW环境下开孔使压缩强度下降约为50%,冲击损伤使压缩强度下降30%左右,表明开孔对压缩强度的影响比冲击损伤更为显著。
基于渐进损伤理论的复合材料开孔拉伸失效分析
李汝鹏, 陈磊, 刘学术, 曾祥钱, 高航
2018, 38(5) :138-146. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000133
[摘要](228) [HTML全文](120) [PDF 1462KB](8)
摘要:
为研究碳纤维复合材料在受载情况下损伤的萌生、扩展及材料失效行为,采用三维Hashin失效准则预测材料的初始失效,基于渐进损伤理论提出了一种用于材料损伤后的刚度折减方案。利用编写的UMAT用户子程序对碳纤维复合材料板开孔拉伸进行数值分析,并将数值计算结果与碳纤维复合材料板开孔拉伸实验结果进行对比分析,结果表明数值分析对极限载荷的预测和失效过程的预测结果与实验结果吻合较好。
T800级碳纤维复合材料抗冲击性能
王莉, 熊舒, 肇研, 杨利
2018, 38(5) :147-152. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000160
[摘要](65) [HTML全文](41) [PDF 938KB](4)
摘要:
对相同铺层比例、不同厚度的A,B,C三组T800级碳纤维复合材料层板进行多种冲击能量的冲击实验,测试冲击后凹坑深度、剩余压缩强度及压缩破坏应变等性能。结果表明:复合材料的冲击能量-凹坑深度曲线和凹坑深度-剩余压缩强度曲线均存在拐点,A组拐点位置为0.70 mm,B组拐点位置为0.76 mm,C组拐点位置为0.45 mm,均小于目视勉强可见冲击损伤(BVID)对应的凹坑深度(1.3 mm);同一铺层比例下,复合材料层合板厚度越大,其抗冲击损伤性能越好。
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