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• 2016年, 36卷, 第2期
  刊出日期：2016-04-01

    

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  Nb/Nb-Si微叠层复合材料制备及性能

  牟仁德, 申造宇, 黄光宏

  2016, 36(2): 1-6. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.001

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  牟仁德, 申造宇, 黄光宏. Nb/Nb-Si微叠层复合材料制备及性能[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 1-6.
  Rende MU, Zaoyu SHEN, Guanghong HUANG. Preparation and Properties of Nb/Nb-Si Micro-laminated Composites[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 1-6.

  采用离子束辅助(IBAD)电子束物理气相沉积(EB-PVD)工艺制备Nb/Nb-Si微叠层状复合材料,利用XRD和SEM对材料的物相结构和组成进行分析,测定材料的抗氧化性能和耐燃气热腐蚀性能,分析影响材料抗氧化性能和耐燃气热腐蚀性能的原因。结果表明:Nb/Nb-Si微叠层材料主要由立方Nb和四方Nb₅Si₃混合相组成;1150℃恒温氧化条件下抗氧化性能达到航空工业行业标准的抗氧化级,900℃/100 h燃气热腐蚀试验后试样的平均腐蚀速率为0.517 g/(m²·h);Ti,Cr元素的加入显著提高了Nb/Nb-Si微叠层的抗氧化性能和耐燃气热腐蚀性能。

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  双层涂层复合材料的介电性能

  赵晓明, 刘元军

  2016, 36(2): 7-13. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.002

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  赵晓明, 刘元军. 双层涂层复合材料的介电性能[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 7-13.
  Xiaoming ZHAO, Yuanjun LIU. Dielectric Properties of Double Layer Coating Composite Materials[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 7-13.

  在涤纶基布上分别进行铁氧体/碳化硅、碳化硅/石墨双层复合涂层整理,制备两种双层涂层柔性复合材料。分别研究吸波剂含量对复合材料介电常数实部、虚部、损耗角正切的影响。鉴于该材料多用于工程领域,测试了该复合材料的机械性能。结果表明,该复合材料在低频范围内具备良好的介电性能,且具备一定的力学性能。

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  FeAlCrBSiNb非晶涂层形成机理和摩擦磨损行为

  王敏

  2016, 36(2): 14-20. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.003

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  王敏. FeAlCrBSiNb非晶涂层形成机理和摩擦磨损行为[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 14-20.
  Min WANG. Forming Mechanisms and Tribological Properties of FeAlCrBSiNb Amorphous Coating Deposited by High Velocity Arc Spaying[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 14-20.

  研发了一种FeAlCrBSiNb粉芯丝材,采用高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备相应涂层。通过SEM,TEM和XRD表征涂层微观组织和相成分,阐述FeAlCrBSiNb非晶涂层的形成机理,利用显微硬度计,万能拉伸试验机和环-块式摩擦磨损试验机,分析涂层力学性能和摩擦磨损行为。结果表明:涂层主要由非晶相和弥散分布其中的α-(Fe),(Fe,Cr),CrB和Fe₃Al微晶纳米晶相组成,非晶相体积含量大于91.3%;涂层呈层状结构,结构致密,总体孔隙率约为2%;平均显微硬度值为850 HV_0.1,是基体45钢的4倍;优良的磨损抗力使其相对耐磨性是45钢的5倍,其磨损机制主要为剥落引起的剥落磨损。

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  高能超声辅助原位合成Al-Cr/Al复合材料

  王秋林, 朱金波, 徐如涛, 高新红, 李勇

  2016, 36(2): 21-27. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.004

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  王秋林, 朱金波, 徐如涛, 高新红, 李勇. 高能超声辅助原位合成Al-Cr/Al复合材料[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 21-27.
  Qiulin WANG, Jinbo ZHU, Rutao XU, Xinhong GAO, Yong LI. In-situ Synthesizing Al-Cr/Al Composites Assisted by High-energy Ultrasound[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 21-27.

  采用高能超声辅助铸造法制备Al-Cr金属间化合物/Al原位复合材料。利用扫描电镜观察复合材料中增强体颗粒的大小、形貌和分布,应用XRD、EDS对复合材料进行物相分析,并研究复合材料的硬度。结果表明:通过高能超声辅助铸造法制备的Al-Cr/Al原位复合材料中金属间化合物增强体颗粒呈多边形,尺寸较为细小,分布均匀;原位反应时Al和Cr首先生成Al_0.983Cr_0.017金属间化合物,随着Cr含量的增加,然后生成高Cr化合物;随着温度的升高,有利于更稳定、性能更好的化合物生成;这些金属间化合物会相互扩散,最终形成均匀的混合增强相,并保持Al,Cr的原子比例不变;复合材料的硬度随Cr含量的增加而增加,随Cr颗粒尺寸的增加而具有最大值,当Cr含量为10%,粒径为75 μm时,复合材料硬度增加了2.5倍。

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  40CrNi2Si2MoVA钢喷丸强化层微观结构

  刘天琦, 李春志, 盛伟, 王强

  2016, 36(2): 28-32. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.005

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  刘天琦, 李春志, 盛伟, 王强. 40CrNi2Si2MoVA钢喷丸强化层微观结构[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 28-32.
  Tianqi LIU, Chunzhi LI, Wei SHENG, Qiang WANG. Microstructure of Surface Layer of 40CrNi2Si2MoVA Steel after Shot-peening[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 28-32.

  喷丸强化在金属材料表面形成强化层,可以有效提高构件的疲劳寿命,是金属构件表面完整性制造的重要方法。喷丸强化已有效应用于40CrNi2Si2MoVA钢制构件,为了探明喷丸强化对该钢种的强化机理,本工作采用高分辨电子显微电镜(HREM)对40CrNi2Si2MoVA钢喷丸强化层微观组织结构进行了系统分析研究。结果表明:喷丸强化使40CrNi2Si2MoVA钢组织细化,呈明显的马氏体"有效晶粒"现象,"有效晶粒"尺寸为几个纳米到几十个纳米;"有效晶粒"界面呈明显的倾转现象,相邻"有效晶粒"间转动角度为几度到几十度,最大达到30°。

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  Cr³⁺镀液的双向脉冲电沉积特性

  李倍, 费敬银, 张闫, 赵非凡, 彭秋艳

  2016, 36(2): 33-39. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.006

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  李倍, 费敬银, 张闫, 赵非凡, 彭秋艳. Cr³⁺镀液的双向脉冲电沉积特性[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 33-39.
  Bei LI, Jingyin FEI, Yan ZHANG, Feifan ZHAO, Qiuyan PENG. Reverse Pulsed Electrodeposition of Chromium Coating from Cr³⁺ Bath[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 33-39.

  采用双向脉冲电沉积法从Cr³⁺镀液中电沉积出铬镀层,并利用扫描电子显微镜(SEM)研究脉冲参数对铬镀层的微观形貌影响的规律,分析脉冲波形参数与Cr³⁺镀液阴极电流效率之间的相关性,就双向脉冲电沉积与直流电沉积过程中所得铬镀层的微观形貌、Cr³⁺镀液的阴极电流效率进行分析、比较。结果表明:平均电流密度、逆向脉冲系数、脉冲频率、以及占空比均对铬镀层的微观形貌及电流效率有较大影响;采用双向脉冲电沉积法制备出的铬镀层具有表面平整、结晶细致、粗糙度良好的特点,且具有较高的阴极电流效率。

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  填料对过氧化物硫化氟橡胶性能的影响

  王珊, 苏正涛, 赵艳芬

  2016, 36(2): 40-45. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.007

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  王珊, 苏正涛, 赵艳芬. 填料对过氧化物硫化氟橡胶性能的影响[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 40-45.
  Shan WANG, Zhengtao SU, Yanfen ZHAO. Effect of Filler Systems on Properties of Fluororubber Vulcanized by Peroxide[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 40-45.

  研究了纳米无机填料体系对过氧化物硫化氟橡胶硫化特性、力学性能、热空气老化性能、热传导性能以及热稳定性能的影响,结果表明:与BaSO₄,BN和R930相比,三种不同结构形态的碳纳米材料明显延长了氟橡胶的正硫化时间;当硫化橡胶硬度级别相同时,多壁碳纳米管CNTs、石墨和N990对过氧化物硫化氟橡胶补强效果显著,其中CNTs的补强效率最高,添加CNTs可提高氟橡胶的撕裂强度,但严重损害其压缩永久变形性能;添加石墨和N990的氟橡胶可以获得更好的耐空气老化性能和耐高温压缩性能,添加R930耐高温压缩性能最好;石墨和BN有利于氟橡胶的导热性;添加BaSO₄的氟橡胶热失重分解温度最高,且质量损失率最小。

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  NR1151天然橡胶材料的热空气老化性能

  丁祖群, 侯平安, 闵雅兰

  2016, 36(2): 46-50. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.008

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  丁祖群, 侯平安, 闵雅兰. NR1151天然橡胶材料的热空气老化性能[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 46-50.
  Zuqun DING, Ping'an HOU, Yalan MIN. Aging Effects on Mechanical Characterization of NR1151 Natural Rubber[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 46-50.

  通过不同应力状态下热空气老化试验和高低温循环老化试验,研究了NR1151天然橡胶性能的老化变化情况。结果表明:在70,90℃和110℃不同温度下连续热空气老化时,NR1151天然橡胶材料的拉伸强度和拉断伸长率均随着老化时间增加而明显下降,温度越高则下降越快;90℃时,应力对NR1151的老化有明显的加速作用;高低温循环老化时,NR1151天然橡胶材料的拉伸性能老化速率变慢,且循环周期越短,性能老化速率越慢。

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  4211环氧树脂体系性能研究

  温培刚, 张连旺, 钟翔屿, 包建文

  2016, 36(2): 51-55. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.009

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  温培刚, 张连旺, 钟翔屿, 包建文. 4211环氧树脂体系性能研究[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 51-55.
  Peigang WEN, Lianwang ZHANG, Xiangyu ZHONG, Jianwen BAO. Study on 4211 Epoxy Resin System[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 51-55.

  对4211环氧树脂体系的化学性能和物理性能进行系统的研究,通过差示扫描量热仪(DSC)测试固化反应特性,利用流变仪分析成型工艺特性,通过动态热机械分析(DMA)研究树脂体系在不同固化工艺下的耐热性能,并通过力学试验机测试固化后树脂体系的力学性能。结果表明:4211环氧树脂体系具有较好的工艺性,固化物具有较高的耐热性能,表现为刚脆特性,断裂伸长率为1.1%;与M40高模量碳纤维的匹配性较好。

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  复合材料增强铝方管耐撞性数值模拟

  李晓南, 牟浩蕾, 周建, 邹田春, 解江

  2016, 36(2): 56-64. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.010

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  李晓南, 牟浩蕾, 周建, 邹田春, 解江. 复合材料增强铝方管耐撞性数值模拟[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 56-64.
  Xiaonan LI, Haolei MOU, Jian ZHOU, Tianchun ZOU, Jiang XIE. Numerical Study on Crashworthiness of Aluminum-Composite Square Hybrid Tubes[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 56-64.

  基于复合材料增强铝方管准静态轴向压溃试验结果,通过有限元仿真方法研究其耐撞性及压溃吸能特性。建立复合材料增强铝方管双层壳单元有限元模型,进行仿真分析获得其变形失效模式及载荷位移曲线等,通过与实验数据对比验证材料模型及有限元模型的准确性,并进行压溃结果分析。基于验证的有限元模型,研究薄弱环节设置、复合材料纤维铺层角度对其轴向压溃吸能特性的影响。结果表明:顶部设置圆孔薄弱环节比设置45°外倒角更能有效改善吸能特性;随着复合材料纤维铺层角度的增大,其吸能能力会随之增强。

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  复合材料主承力连接结构强度预测及影响因素

  李星, 季少华, 张田, 刘传军

  2016, 36(2): 65-73. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.011

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  李星, 季少华, 张田, 刘传军. 复合材料主承力连接结构强度预测及影响因素[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 65-73.
  Xing LI, Shaohua JI, Tian ZHANG, Chuanjun LIU. Strength Prediction of Primary Load-bearing Composite Joint[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 65-73.

  以复合材料机翼翼根后梁下缘条对接试件为研究对象,通过有限元手段分析其失效机理和破坏过程,并对极限强度进行预测。描述试件构型、实验方法和过程,给出螺栓建模方法和挤压/旁路耦合失效判定方法,分析对比试件的应变响应和各排螺栓的钉载分布。在非线性分析方面,探讨接触、几何非线性和钉孔非线性变形对预测结果的影响;在建模方法方面,研究螺栓刚度计算方法、螺栓建模方法、温度和网格密度等因素的影响规律。结果表明:材料非线性对计算结果的影响最为显著;采用CBUSH单元模拟螺栓并采用Huth公式计算螺栓刚度预测的极限载荷与实验结果最为接近;网格密度、温差等对计算结果的影响较小。研究结果可对复合材料连接结构的工程强度预测、校核提供算例和参考,并对各参数影响提供定量的概念。

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  基于晶体塑性理论的疲劳裂纹起始数值模拟

  刘俊卿, 李蒙, 左帆, 刘红, 曹书文

  2016, 36(2): 74-79. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.012

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  刘俊卿, 李蒙, 左帆, 刘红, 曹书文. 基于晶体塑性理论的疲劳裂纹起始数值模拟[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 74-79.
  Junqing LIU, Meng LI, Fan ZUO, Hong LIU, Shuwen CAO. Numerical Simulation of Fatigue Crack Initiation Using Crystallographic Constitutive Equation[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 74-79.

  在疲劳荷载作用早期,材料在晶体尺度出现裂纹的萌生,为了研究疲劳短裂纹的发展,利用Monte Carlo法建立了多晶体晶粒集合的Voronoi有限元模型,并在Ansys Usermat子程序接口下编写了晶体塑性本构方程子程序,修正了以拉伸硬化为主的疲劳裂纹起裂的计算机模拟方法,并结合TANAKA 和 MURA的位错偶极子模型,模拟了晶粒集合在疲劳荷载作用下的裂纹萌生,最后与文献实验数据对比,这一修正的方法更加符合实验结果和宏观现象。

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  基于Gerber模型的DFR法与结构细节效应

  樊俊铃

  2016, 36(2): 80-86. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.013

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  樊俊铃. 基于Gerber模型的DFR法与结构细节效应[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 80-86.
  Junling FAN. DFR Method and Structural Detail Effect Based on Gerber Model[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 80-86.

  在实际工程应用中,基于Goodman模型估算结构细节疲劳额定强度(DFR)的方法偏于保守,不够经济。本工作推导基于Gerber模型的DFR值D(应力比R=0.06)的计算公式,引入细节效应系数以考虑多细节对置信度系数和D估算结果的影响;与已有结果的比较发现:基于Gerber模型的D的估算方法能够较大程度地发挥材料的潜能,降低研发成本。利用构件细节额定值系数法,通过单个细节结构的D估算了含多个细节的结构的D。估算结果与试验结果的比较验证了基于Gerber模型的DFR法的准确性和适用性。

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  航天服隔热材料技术研究进展

  杨冬晖, 李猛, 尚坤

  2016, 36(2): 87-96. https://doi.org/10.11868/j.issn.1005-5053.2016.2.014

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  杨冬晖, 李猛, 尚坤. 航天服隔热材料技术研究进展[J]. 航空材料学报, 2016, 36(2): 87-96.
  Donghui YANG, Meng LI, Kun SHANG. Development of Thermal Insulation Materials Technology for Spacesuit[J]. Journal of Aeronautical Materials, 2016, 36(2): 87-96.

  为明确我国未来航天服被动热防护技术的应用发展方向,结合国内外在用近地轨道航天服隔热材料技术的发展现状和先进航天服隔热材料的设计需求,对先进航天服隔热材料的相关研究进行了评述。目前,多层隔热组件是在近地轨道和月面等高真空环境下隔热效果最理想的材料,但为提高服装的活动性能和对空间环境的适应能力,需作进一步改进。纤维类材料在航天服隔热应用方面具有传统优势,但在面向火星任务为代表的低真空环境的深空探测中,未能达到热导率和材料厚度相结合的隔热目标;气凝胶类材料具有较低的热导率,在火星大气环境下具有最好的隔热性能,但无法规避粉尘污染及机械耐久性等问题。研究具有更细纤维尺度和特殊空隙结构的纤维种类,制备具有柔韧耐久特质的有机气凝胶材料,探索具有不同技术优势的材料的组合应用,将成为解决未来先进航天服隔热问题的主要途径。