喷涂功率对纳米热障涂层组织及性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM,Scanning Electron Microscopy)、X射线衍射(XRD, X-Ray Diffraction)等方法研究了大气等离子喷涂功率对纳米Y₂O₃部分稳定的ZrO₂ (YSZ,Yttria Stabilized Zirconia)热障涂层组织结构及热震性能的影响.结果表明,不同功率下制备的陶瓷层包含熔融相和未熔相,未熔相中存有纳米晶粒,相组成为四方相ZrO₂.随着功率的增加,涂层的纳米区域逐渐减少,孔隙率逐渐降低,热震寿命先增加后减少.涂层失效位置位于靠近TGO(Thermally Grown Oxide)处的陶瓷层中.     

铌合金表面改性Ti-Cr-Si保护涂层耐热性研究

使用料浆熔烧工艺在Ｃ－１０３铌合金表面制备了Ｔｉ－Ｃｒ－Ｓｉ硅化物保护涂层。利用光学显微镜、Ｘ射线能量色散谱ＥＤＡＳ、ＲＡＸ－１０型衍射仪、ＥＰＭＡ－８７０５ＱＨ２等仪器分析研究了涂层组成、结构和耐热性能之间的关系。结果表明,选择合适的添加元素和基体预处理工艺,能显著提高涂层的高温抗氧化性能。     

固化方式对粘结固体润滑涂层摩擦学性能的影响

为了探究不同固化方式下复合粘结固体润滑涂层的摩擦学特性.以环氧树脂为粘结剂，二硫化钼、石墨、氧化铝、氟化铈为固体填料，制备复合粘结固体润滑涂层.分别对复合粘结固体润滑涂层在微波固化和热固化下进行固化，使用白光干涉仪分析涂层表面磨损后的表面磨痕.使用扫描电子显微镜(SEM)对涂层磨损与未磨损区域表面进行观察，使用能量色散X射线光谱仪(EDS)对磨痕区域的元素进行分析.当微波固化与热固化时间均为10分钟时，微波固化的摩擦系数为0.17，低于热固化的0.24；当热固化时间提升到30分钟时，与微波固化10分钟的摩擦系数基本接近.观察热固化涂层表面，发现填料团聚，对磨后表面比较粗糙且呈片状剥落；微波固化涂层表面呈片状分布，磨损后表面比较光滑.SEM形貌分析表明热固化涂层磨损形式主要为磨粒磨损；微波固化涂层磨粒磨损较轻微，在对磨过程中能形成转移膜.EDS元素分析表明固化方式对涂层的分散性没有影响.     

一种面向航天器发动机的新型铌钨合金制备及其抗氧化涂层设计

航天器发动机的热端材料选用高温合金并增加防护涂层是当前主要发展趋势.随着空间探测技术的高速发展,针对航天器发动机推重比和工作温度提升的应用需求,提出一种面向航天器发动机的新型铌钨合金制备及其抗氧化涂层设计.通过控制Nb,W,Zr及其他元素配比,调节C含量进行烧结,利用电子束炉熔炼得到具有优良高温力学性能的新型铌钨合金Nb521-1.以Nb521-1合金为基体,通过料浆熔烧法获得硅化物涂层,利用截面微观形貌分析涂层结构,并对制备的涂层进行高温测试,测试结果显示在1700℃下涂层静态抗氧化寿命超过50h,1800℃下静态抗氧化寿命超过9 h,室温至1600℃热循环寿命大于2500次,达到抗高温氧化的要求,产品已成功应用于各类航天飞行器发动机.     

钛合金表面抗激光涂层损伤特性及热效应影响研究

实验研究了钛合金和高反射型陶瓷涂层材料抗连续型激光烧蚀的损伤及温度分布特性，并从热效应影响角度对比分析了二者在抗激光损伤效果方面的差异性。研究结果表明：相比于钛合金，高反射型陶瓷涂层材料能有效增强钛合金基底抗激光损伤的能力；在同等激光功率密度辐照下，陶瓷涂层材料能有效提升钛合金基底耐受激光辐照的时间长度。实验结果表明该陶瓷涂层材料的激光损伤阈值比钛合金高约5.8倍。实验发现陶瓷涂层温升速率高于钛合金，但由于陶瓷材料具有较高的反射特性，以及良好的热吸收和热传导特性，因此能使由激光辐照产生的热量在其表面较快地扩散，而降低向基底方向传导的程度，最终提升陶瓷涂层的抗激光损伤阈值。     

厚度和环境对复合涂层导电性能的影响

为了给数字化刻铣曲面频率选择表面(FSS)结构的制作和加工提供参考和依据,对比研究了含片状银粉颗粒的聚氨酯基和环氧树脂基2种复合导电涂层的基本性能,并通过环境加速试验,重点研究了温度、湿度以及腐蚀气氛对2种导电涂层的界面强度、微观结构和导电性能的影响.通过电桥法测量涂层表面电阻的变化,并通过扫描电境观察环境试验前后,涂层表面和剖面的微观结构和形貌变化.试验结果表明:聚氨酯基涂层的综合性能优于环氧树脂基涂层;在实验所涉及的参数变化范围内,环境因素对2种涂层与基体的界面结合影响不大,但对其导电性能的影响比较明显.环境因素对导电性能的削弱作用,源于相应过程中导电涂层的微观结构损伤.     

喷丸处理对IC6合金制导向叶片NiCoCrAlY涂层 使用性能的影响

采用离子电弧镀的方法在IC6合金制导向叶片上涂覆了NiCoCrAlY包覆涂层,为了进一步改善叶片表面的粗糙度,进行了喷丸处理.结果表明,喷丸处理使叶片表面的粗糙度得到明显改善,其平均值从未处理前的2.04μm提高到处理后的1.02μm.经过22循环热震试验后,喷丸处理和未喷丸处理叶片的涂层与基体的结合均十分完好,喷丸处理可进一步提高涂层的抗氧化性能.      

盐雾腐蚀对NiCoCrAlY涂层性能的影响

利用中性盐雾试验对物理气相沉积制备的NiCoCrAlY防护涂层进行常温腐蚀,研究了常温盐雾腐蚀对NiCoCrAlY涂层的微观形貌以及高温性能的影响.试验结果表明:经过盐雾腐蚀的涂层表面的均匀性和完整性均被破坏,涂层表面产生了大量的腐蚀坑;高温循环氧化以后,表面形成的Al₂O₃氧化膜变得粗糙、破碎且不连续,而且氧化膜容易剥落,降低了涂层的高温抗氧化能力,缩短了涂层的使用寿命.      

纳秒脉冲电子束冲击强化金属表面的研究

讨论了纳秒强脉冲电子束(功率密度为10⁹W/cm²)辐射金属表面后产生的强化作用.纳秒脉冲电子束瞬间在材料表面局部区域注入巨大能量,使金属表面微区瞬间产生高温高压和冲击作用,并产生骤热急冷过程,使材料表面硬度、耐腐蚀性和其他物化性能发生明显变化.文中讨论了脉冲电子束导致快速熔凝的热传导过程,并分析了从扫描电镜照片观察到的金属急冷过程的显微结构.纳秒强脉冲电子束注入是金属材料表面改性的新手段.     

激光处理对Ti6Al4V焊缝表面应力状况的影响

激光冲击强化是利用高功率密度(GW/cm2)、短脉冲(ns量级)激光束辐射金属时产生高强度冲击波在金属材料或零件表层形成数百兆帕的残余应力,从而改善金属材料性能的一项新技术.利用Nd:glass重复率激光和机械喷丸分别对Ti6Al4V钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理,研究了激光冲击处理和激光冲击+机械喷丸两种不同处理工艺对电子束焊缝残余应力的影响.试验结果表明,两种处理方式都明显改善Ti6Al4V钛合金电子束焊缝的残余压应力,尤其激光冲击＋机械喷丸工艺表面残余应力改变明显, 而且在次表面层残余应力随着深度的增加而增大, 最大残余应力出现在距表面20~30μm左右.      

Ionospheric electron heating by a rocket borne electron accelerator

A “mother-daughter” rocket code-named “Electron 2” was launched from And?ya, Northern Norway in November, 1978. The “daughter”, carrying a 10 keV electron accelerator, was separated from the “mother” payload with a speed of 0.4 m/s. A series of plasma diagnostic instruments were included on the “mother” to study effects produced by the interaction between the electron beam and the ionospheric plasma. Results obtained by two different plasma probes are presented. It was found that pronounced changes in the ambient electron population took place in regions penetrated by the electron beam. Estimates of the dimensions of the disturbed region are presented.     

Negative body potential as result of modulated electron beam emission into ambient plasma

Two different processes play an important role during emission of pulsed electron beam from a satellite: the positive charging of the spacecraft by emitted electron current and the body neutralization by ambient plasma electrons (mainly in pauses between electron pulses).

The injection of modulated electron beam (pulses of 2μs duration, E=8keV, I=0.1A and 25μs repetition) was carried on in the APEX Project. A simple computer model of this process for APEX scenario was performed.

The results show that after primary positive charging (during gun operation) a significant negative charging (in pauses between pulses) caused by neutralization process by ambient plasma with fp>2MHz takes place.     

磁场重联的二维粒子模拟研究

利用二维全粒子模拟方法研究了无碰撞等离子体中的磁场重联过程，得到了不同区域的离子和电子速度分布．计算结果表明，电子和离子在扩散区中的不同动力学特性产生的Hall电流使磁场的y分量By呈现四极形分布．离子和电子的速度分布偏离了初态时的Maxwell分布，呈现非局域的多重分布．同时由于磁场重联而产生的电场使电子在X点附近得到加速和加热，因而在电子的能谱分布中形成-高能尾。     

太阳耀斑硬X射线高能时延和辐射展宽

本文从耀斑高能电子束流与太阳大气相互作用产生硬X射线辐射的基本事实出发,根据观测资料,提出了一个流量与能谱同步变化的注入源函数模型,研究太阳大气(靶物质)密度对耀斑硬X射线时间响应.理论计算与观测事实基本一致.主要计算结果如下:高能时延与辐射展宽是耀斑硬X射线轫致辐射时间特征的二种表现,硬X射线发射区的太阳大气密度越低,高能时延与辐射展宽效应越明显,二者之间存在显著的相关性.      

调制电子束弛豫长度对哨声波辐射的影响

在发射调制电子束的主动空间试验中,电子束与背景等离子体的线性和非线性相互作用将产生哨声波辐射.影响辐射特性的因素很多,调制电子束的弛豫长度是其中一个重要因素.本文研究了呈指数衰减的调制电子束弛豫长度对电子束产生的哨声波辐射特性的影响.结果表明,当电子束弛豫长度与背景等离子体非均匀特征尺度相当时,有利于提高调制电子束产生的波辐射强度.      

Two dimensional simulation of amplitude modulated electron plasma waves

Highly modulated waves near electron plasma frequency with both parallel and perpendicular polarization have been observed near diffusion region at dayside and in the tail region. In this paper, two dimensional Particle-In-Cell (PIC) simulation was performed to study the possible generation mechanism of these modulated electron plasma waves. It is shown that weak beam instability could generate the modulated Langmuir wave and the ambient magnetic field plays an important role in the formation of modulation. When the weak beam has loss cone distribution, highly modulated upper hybrid waves are generated and propagate with large angle to the ambient magnetic field. The properties of these modulated waves are discussed and compared with observations.     

一种低能量远焦距电子枪技术

针对可移动非接触式月球表面电位探测器的电位无扰动测量单元对低能远焦电子束的需求，设计了低能远焦电子枪。以平板二极管电子枪为电子源，匹配两个静电聚焦透镜，将电子源引出的发散电子束聚焦为需要的形状，并加速至所需能量。优化电子枪的几何参数以及施加在电极上的电位，电子枪引出的电子束能量在5～500 eV内，并且具有良好的电子光路特性。电子束能量为5 eV时，初始半径r为5 mm，束腰至电子枪出口的距离p约为133 mm。随着能量增加，r逐渐减小至500 eV时的3 mm左右，p逐渐减小至105 mm。电子束经月球表面电场反射被电子收集平极接收，仿真数据和理论分析结果均表明，电子枪的工作距离为400～600 mm，平板接收的电子占发射电子比例在96%以上。电子枪结构质量仅408 g，满足探测器对电子枪的质量需求。     

太阳耀斑硬X射线能谱演变特征

太阳硬X射线是耀斑高能电子束流与太阳大气相互作用产生的韧致辐射,根据简单的太阳耀斑环物理模型,假定具有流量与能谱同步变化的高能电子束流从耀斑环顶部注入,计算了硬X射线辐射在不同的靶物质密度区的能谱演变特征。结果表明:硬X射线辐射在低大气密度靶区呈现软一硬一硬的能谱演变特征,在高密度靶区硬X射线能谱则具有软一硬一软的变化特征。高能电子束流持续时间影响谱型转变区域在耀斑环中的高度。      

从空间飞行器入射进电离层的调制电子束产生的高频波辐射

在主动束-等离子体试验中,调制电子束从空间飞行器入射进电离层等离子体将会产生电磁波辐射,在不同试验条件下电磁波辐射机理也不一样,由电子束纵向约束性产生电磁波辐射是其中之一.对半无界稀薄调制电子束从空间飞行器入射进电离层等离子体时所产生的波现象进行了理论分析和数值计算.结果表明,当调制电子束沿磁力线入射时,会在电离层等离子体中产生高频电磁波辐射,该辐射主要集中在垂直于入射电子束运动方向的平面内.