高能束表面改性技术在航空领域的应用

高能束表面改性适用于各种金属和合金,能够显著提升材料表面硬度、耐磨、耐蚀等性能指标,是航空部件实现性能提升的有效手段之一。本文总结了6种高能束表面改性技术的基本原理、设备构成和改性应用,其中激光相变硬化通过马氏体相变强化金属材料表面;激光熔覆通过选择不同粉末实现表面修复和表面性能提升,重点在于控制裂纹缺陷;激光冲击强化可有效解决航空发动机部件高周疲劳断裂问题;强流脉冲电子束和强流脉冲离子束一方面需要提高设备的性能和运行稳定性,另一方面要针对航空部件应用开展深入研究;而离子束辅助沉积则可以通过制备固体润滑涂层实现对微动磨损的有效防护。最后,提出对高能束表面改性机理深入研究、发展专业化智能化装备和实现多种束源复合与集成的发展方向。     

高能束流加工技术的应用及发展

针对高能束焊接、高能束快速成形及高能束表面加工等三个方面进行讨论,概述并归纳当前的技术现状及应用,结合现代航空技术对制造工艺提出的新要求,阐述高能束流加工技术在航空制造中的发展趋势。     

航空涡轮发动机叶片的表面失效及涂层防护技术

分析了涡轮发动机叶片表面失效的几种主要形式,介绍了国外叶片涂层制备方法和材料体系的最新发展,对高能束表面改性技术的特点及应用于叶片涂层制备的可能性进行了探讨。     

高能束流加工技术──先进制造技术发展的重要方向

高能束流加工技术包含了以激光束、电子束和等离子体为热源对材料或构件进行特种加工的各类工艺方法，如焊接、切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀与精细加工等。作为先进制造技术的一个重要发展方向，高能束流加工技术具有常规加工方法无可比拟的特点，并已扩展应用于新型材料的制备领域。高能束热源以其高能量密度、可精密控制的微焦点和高速扫描技术特性，实现对材料和构件的深穿透、高速加热和高速冷却的全方位加工，在高技术领域和国防科技发展中占有重要地位。     

轻合金表面改性技术现状

对铝、镁和钛基轻合金的激光表面改性技术,主要包括激光表面重熔、合金化、涂敷和冲击强化等的特点及研究和应用现状进行了简单评述．并提出了今后的发展趋势。用高能激光束对材料表面进行处理,改善表面某种性能的技术,统称为激光表面改性。与热喷涂和等离子堆焊工艺相比,激光表面改性技术具有对基体热影响小（基体变形很小）和易于实现自动化的优点;与电化学沉积、CVD、PVD及表面渗氮（渗碳）等表面改性技术相比,激光表面改性技术适宜的材料体系更为广泛,且可以得到厚度较大的改性居。如今,激光表面改性技术已获得了巨大发展,…     

高能束流加工技术在航空领域的应用进展

以激光/电子束为代表的高能束流加工是航空装备研制中不可或缺的技术,也是当今先进制造技术发展的前沿领域。本文分别介绍了高能束流加工技术在航空结构的焊接、增材制造、表面改性中的应用：激光/电子束焊接实现了飞行器大尺寸机身结构与航空发动机结构的整体化。激光/电子束增材制造实现了复杂结构的轻量化与快速成形,并广泛应用于发动机叶片修复。在表面改性方面,激光冲击强化大幅改善了航空结构的疲劳性能;超快激光可用于涡轮叶片气膜孔的高精度制备以及表面微纳功能结构的制备;电子束加工出的表面尖峰大幅提升了金属-复材接头的强度。最后,从新材料、新结构、加工过程质量监控这3个方向对高能束流加工技术的发展趋势进行了展望。     

国外工艺动态

高能束用于航空发动机零件表面改性日本川崎重工业公司的秋田尚史阐述了双轴涡轮风扇发动机典型零件的表面改性。滚动轴承有用离子束制备金刚石型碳涂层的实例；宇宙真空环境的氮化硅球轴承有离子溅射ＭｏＳ２的例子。在液压油用石墨密封的滑动面上用热喷涂制备陶瓷硬质涂...     

董闯材料设计及载能束材料改性专家

作为三束材料改性教育部重点实验室的学术带头人,请您介绍一下"三束"技术及其在航空制造领域的发展前景. 董闯:"三束"指激光、电子、离子三种载能束.三束材料改性是将近代物理学的新技术引入材料科学而发展起来的一个新的综合学科,利用这些高能载能束流可实施材料的高效制备、加工和改性处理,为先进制造业提供新材料和新技术,具有绿色制造的特点,既有基础研究意义,也有工业应用背景.这类技术从20世纪80年代起就受到了广泛关注,三束材料改性重点实验室就是在这个背景下,在一批具有远见的老一辈科学家的倡议下,于1988年5月开始筹建,1991年10月正式运行.三束材料改性技术能够实现常规手段不能达到的材料性能,这在航空制造领域尤其重要,如可以通过三束实施合金表面强化处理乃至进行复杂部件的成形加工,我国因此建设了高能束流加工技术国防科技重点实验室,就是侧重于发挥三束技术的制造优势.     

高能束流加工设备应用调查报告

高能束流加工作为当今制造技术发展的前沿,其研究内容极为丰富,主要技术领域有激光加工技术.电子束加工技术、离子束及等离子体加工技术以及高能束流复合加工技术等.随着技术的不断创新和发展,中国航空工业对高能束流加工设备提出了更高的要求.为更好地满足国防工业发展需要,本刊以"高能束流加工设备应用"为主题展开调查,力求通过我们的调查为高能束流加工设备供应商和相关用户搭建交流平台,了解该领域设备的应用现状、用户的需求以及推广应用中出现的问题,以便读者了解目前的高能束流加工技术设备应用情况,并为高能束流加工设备供应商的产品研发、销售提供参考,为用户选购设备提供帮助.     

国外激光热处理技术

本文介绍了国外激光热处理表面改性技术的提出、发展和应用,重点介绍了七种表面改性工艺方法,亦对其发展前景作了分析。     

浅谈几种典型镁合金激光表面改性技术

镁合金具有密度小,比强度高和生物相容性好等优点,然而,表面性能不佳限制了其进一步应用。通过表面改性技术提高镁合金的耐腐蚀性和耐磨性可扩展镁合金的应用范围。激光技术在镁合金的表面改性中效果显著,得到广泛应用。主要介绍激光熔凝、纹理化和熔覆等几种典型镁合金表面改性技术,从激光–合金相互作用、微观组织结构的演变规律出发,分析表面性能增强机理。     

瞄准航空制造需求聚焦高能束流加工——走进高能束流加工技术国家级重点实验室

高能束流加工技术以高能量密度束流为热源与材料作用,从而实现材料的去除、连接、生长和改性,已成为航空制造领域中不可或缺的技术手段。高能束流加工技术国家级重点实验室依托中国航空制造技术研究院, 1993年4月批准立项,1996年3月批复运行,现拥有研究人员60余人。实验室现主要围绕新材料、新结构的激光、电子束、离子束及等离子体加工技术和关键装备技术等开展研究,并逐步形成自己的研究优势,取得了系列研究成果。     

材料表面改性的一种新技术

 本文提出了一种高功率脉冲等离子体束使材料表面改性的新技术。脉冲等离子体束的功率密度约为(1～40)×10~4W/cm~2,运动能为1～5KeV,沉积能为1～25J/cm~2,脉冲时间为60μs。碳钢经脉冲等离子体束处理后,表面有新的氮化物和碳化物相(Fe_3N,(Cr,Fe)_7C_3,Cr_(23)C_6)产生;SEM金相照片表明,在钢表面区域有一层白亮层,它是碳钢高速淬火后所具有的特征;注入元素浓度沿深度的公布近似为高斯分布。表面显微硬度有了显著的提高。     

夯实技术基础研究持续驱动创新发展——访中国工程院院士、中航工业北京航空制造工程研究所研究员关桥

( ):您主持完成众多科研课题,您认为基础研究对引领技术发展有何重要作用?高能束流加工技术体系还需加强哪些方面的基础研究? 关桥:虽然我们已建立比较完整的高能束流加工技术体系和相应的装备,如把激光、电子束用于焊接、制孔、强化、涂层表面改性与毛化、增材制造等;但是,如果没有扎实的技术基础研究,就不可能有可持续的创新发展;否则,由于只“知其然”,而不“知其所以然”,有朝一日眼前的“成果”、“成就”中就有可能呈现出发生事故的“瑕疵”.     

电子束焊在R0110重型燃机制造中的应用

电子束焊是一种高能束焊接方法,具有特殊的工艺优势,在发达国家应用十分广泛.10多年来,随着我国工业的发展,电子束焊接技术在燃机工业也得到迅速发展,在许多燃机关键零部件制造中得到应用. 真空电子束焊的工艺特点 电子束焊是以高速、密集的电子束流轰击焊件,将电子的动能迅速转变成热能,熔化焊件金属,从而完成焊接的一种工艺.     

钛合金激光气体合金表面性新技术研究

利用激光气体合金化表面改性新技术对钛合金进行表面改性，成功地制得了七基材间为完全冶金结合且梯度过渡的、以树枝状氮化太为增强相的新型快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层。简要介绍了钛合金激光气体合金化表面改性原理及所获表面改性层组织与性能特点。     

巩水利 特种加工技术专家

<正>高能束流技术在大型、厚壁和薄壁结构的焊接中各有何特点?给工艺带来了怎样的挑战?巩水利:高能束流焊接技术在大型、厚壁和薄壁结构焊接中的优势在于高能束具有的高能量密度、高精度、高速度、高效率(主要指能量转换效率)、高深宽比、焊接变形小等优点。像电子束焊接穿透能力更是常规焊接所不及,比如,对钢的穿透厚度可达150mm,对铝合金的穿透厚度可达300m。     

钛合金激光气体合金化表面改性新技术研究

利用激光气体合金化表面改性新技术对钛合金进行表面改性，成功地制得了与基材间为完全冶金结合且梯度过渡的、以树枝状氮化钛为增强相的新型快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层。简要介绍了钛合金激光气体合金化表面改性原理及所获表面改性层组织与性能特点     

等离子体清洗技术及其在复合材料领域中的应用

低温等离子体作为材料表面改性技术的应用已经非常广泛,其中一项重要应用是作为一种干法清洗技术有效清除材料表面的有机污染物及氧化层,同时改善材料表面的物理及化学性能.本文对等离子体清洗技术的机理、类型及效果特点进行了详细分析,介绍了等离子体清洗设备及影响其清洗效率的工艺参数,并着重分析了等离子体清洗技术在复合材料领域的应用现状及应用前景.     

微磨料气射流加工技术研究现状与展望

微磨料射流加工技术是一种基于高能流体的磨粒冲蚀磨损加工技术,已广泛应用于难加工材料、复杂三维型面、光滑表面的加工。为进一步提高磨料射流加工过程中的精准控形控性能力,国内外学者开展了诸多基础加工理论与工艺探索等方面的研究工作。本文在概述磨料射流加工技术发展的基础上,全面总结了国内外学者在微磨料气射流加工（MAJM）技术中的微磨料气射流束发散效应及其抑制策略、材料力学性能对材料冲蚀去除模式的影响、材料冲蚀加工过程磨料嵌入抑制策略、微结构冲蚀加工几何特征等方面的主要研究成果,并对微磨料射流加工技术的难点与发展趋势进行了展望。