金属材料快速凝固激光加工与成形

报道近年来在先进金属材料快速凝固激光表面改性、金属间化合物高温耐磨耐蚀涂层新材料快速凝固激光熔覆制备技术、钛合金及高温合金等高性能金属零件快速凝固激光成形技术等领域的研究进展, 主要内容包括:钛合金激光表面合金化及激光熔覆表面改性、激光熔覆高温耐磨耐蚀多功能金属间化合物涂层、小面相非平衡凝固液固界面结构及生长机制、钛合金及高温合金高性能零部件激光快速成形、难熔高活性金属材料及定向生长柱状晶钛合金激光约束熔铸成形技术.      

LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)正极材料的磷酸表面改性

针对新一代空间型号产品对储能电源提出的更高需求,提出采用表面改性的方法提升LiNi0.8Co0.15Al0.05O2（NCA）正极材料在锂离子电池中的循环稳定性。通过采用磷酸（H3PO4）对NCA正极材料进行表面处理,H3PO4会与NCA颗粒表面的含锂碱性物质发生反应,从而在NCA颗粒表面生成稳定且导电性良好的Li3PO4界面层。循环以及阻抗测试结果表明,经H3PO4表面处理的NCA材料组装电池循环50次后电池容量为170.5mA·h/g,容量保持率达到94%以上,界面阻抗得到抑制。H3PO4表面处理有效抑制了NCA颗粒表面碱性残留对电化学性能的不良影响,提升了界面稳定性,获得了更好的循环性能。     

硅化物涂层电子束重熔表面改性技术

在Nb521铌合金表面采用料浆烧结法制备硅化物涂层,利用高频扫描电子束对硅化物涂层进行重熔处理,通过扫描电子显微镜对处理样品表面形貌进行组织结构分析。研究表明,经过电子束重熔处理,硅化物涂层表面陶瓷晶粒粒度降低,表面粗糙度降低,陶瓷颗粒之间烧结作用增强,重熔区域与未处理区域具有明显的边界,电子束能量分布较均匀,电子束重熔提高了硅化物涂层的抗氧化性能和抗热震性能。     

金刚石滚轮修整效果与修整机理

磨削钛合金时砂轮粘附严重,砂轮修整对磨削效果的影响尤为显著.采用金刚石滚轮修整新型陶瓷氧化铝SG砂轮并进行钛合金的磨削实验,通过改变修整参数(包括轴向速度、修整深度和修整速比)对磨削力、工件表面粗糙度及表面形貌进行测量,考察不同修整参数对磨削效果的影响.研究结果表明,减小轴向速度和修整深度均使磨削力增加,同时获得较好的工件表面质量.修整速比对工件表面粗糙度的影响比较复杂.研究发现,修整速比为0.4时修整出来的砂轮磨削后工件表面质量较好.在分析实验结果的基础上,深入探讨了砂轮修整机理和工件表面形貌形成机理.实验及分析结果为金刚石滚轮修整SG砂轮磨削钛合金的修整工艺提供了依据.      

钛合金TB6侧铣表面完整性实验

使用表面完整性基本评价方法对TB6钛合金侧铣后试件的表面完整性（表面形貌、表面粗糙度、加工硬化）进行研究.结果表明,对表面形貌影响最明显的因素是每齿进给量f_z,过大的f_z会使已加工表面出现鳞刺现象.f_z是影响已加工表面进给方向粗糙度的最主要因素,随着f_z从0.06 mm/z增大到0.12 mm/z,表面粗糙度R_a会由0.283 μm显著增加到0.964 μm.线速度v_c,f_z和径向切深a_e的变化对刀轴方向粗糙度影响很小.而刀具的后刀面磨损是影响已加工表面刀轴方向粗糙度的主要因素,极轻微的后刀面磨损都会导致刀轴方向粗糙度明显增加,随着后刀面磨损量V_B由0增加到0.025 mm,刀轴方向粗糙度由0.22 μm剧烈增加到0.686 μm.侧铣过程中TB6的加工硬化现象不严重,表层组织没有明显变质层产生,晶粒也没有出现明显的拉伸、扭曲或破裂.      

等离子体处理对非晶态合金镀层表面改性研究

通过微波等离子体处理方法对Ni-W、Ni-W-B非晶态合金镀层表面进行改性的研究,测量了表面改性对非晶态镀层耐蚀性、表面成分及结构的影响.结果表明,经过微波等离子体处理过的Ni-W、Ni-W-B非晶态合金镀层,提高了在H₂SO₄、HNO₃溶液中的耐蚀性以及在700℃环境下的抗氧化性能;微波等离子体处理过的非晶态合金镀层表面含W量和含O量相对提高了;镀层结构仍然是非晶态.     

杯形陶瓷CBN砂轮修整工艺及参数优化

针对金刚石滚轮修整杯形CBN砂轮时各修整工艺参数对砂轮修整后磨削TC 4时的磨削温度、磨削力和表面粗糙度的影响进行实验研究,并对磨削温度和表面粗糙度进行了多因素回归分析.在回归分析得到的数学模型基础上,进一步对磨削温度和表面粗糙度进行双目标加权优化,得到了粗磨和精磨钛合金时砂轮的最佳修整参数,并通过磨削实验对优化结果进行了验证.     

TC4喷丸强化仿真与试验

针对目前喷丸有限元仿真研究中弹丸规则排列、覆盖率无法精确计算的研究现状,基于ABAQUS二次开发建立了弹丸空间位置随机分布、弹丸数量由覆盖率决定的多弹丸喷丸有限元模型,实现了不同工况、不同喷丸覆盖率条件下所需弹丸个数的精确计算;在此基础上研究了不同喷丸参数对TC4钛合金材料表面残余应力与表面粗糙度的影响规律。进行了TC4喷丸试验,将得到的残余应力分布、表面粗糙度与仿真结果进行对比,验证了该有限元模型的合理性。研究成果对喷丸工艺参数的确定具有一定的指导意义。      

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.      

A100钢表面粗糙度与HVOF碳化钨涂层结合强度

采用超音速火焰喷涂方法在AerMet100钢(A100钢)基体上制备了WC10Co4Cr涂层,研究了不同喷砂条件对AerMet100钢表面粗糙度变化及对涂层与基体结合强度的影响.之后将涂层使用化学方法退除,观察涂层制备对AerMet100钢基体表面状态的影响,分析了粗糙度与涂层结合强度之间的关系.结果表明:AerMet100钢基体不同吹砂工艺产生的表面粗糙度 S_a=0.994~4.983 μm时,超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层的结合强度均不低于72 MPa.喷涂涂层过程对基体表面状态没有较大影响:基体粗糙度 S_a<2 μm时,喷涂后,基体表面的粗糙度略有降低;基体粗糙度 S_a>3 μm时,喷涂后,基体粗糙度略有升高.超音速火焰喷涂的碳化钨钴涂层与AerMet100钢基体的结合同时存在物理与机械力结合,以前者为主要结合力.     

锌基合金冲模的应用

本文通过典型冲件介绍了锌基合金的成分、机械性能、锌基合金冲模工艺过程,技术经济效益以及提高锌基合金冲模的浇铸质量的几点措施。     

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。     

Nb离子注入γ-TiAl的高温循环氧化行为

研究了Nb离子注入的γ-TiAl合金在1123K和1173K空气中的高温循环氧化行为,用配有能谱仪的扫描电子显微镜对氧化层的形貌、显微结构进行了分析,用俄歇谱仪分析了注入元素和氧化层中各元素的分布.结果表明:Nb离子注入可以提高γ-TiAl合金的抗循环氧化性能.提高其抗氧化性能的主要原因归结于Nb离子在TiO₂中的掺杂作用.高价Nb的掺杂,降低了TiO₂的缺陷浓度,使TiO₂的生长受到抑制,在氧化初期形成了Al₂O₃保护层,从而推迟了氧化层的剥落时间.但Nb离子注入的γ-TiAl合金不具有长期的抗循环氧化性能.      

超光滑表面力学性能对比研究

研究加工误差达到纳米级的试件表面力学性能及其评价。首先,加工出表面粗糙度达到纳米级的玻璃和陶瓷两个试件,采用X射线衍射测试原理测试表层残余应力。其次,采用原理为Oliver-Pharr的纳米压痕法对试件进行破坏性实验,对比研究各参数测试结果值。结果表明,残余应力和硬度具有一定联系,这对表面完整性评价、改善加工工艺有一定指导意义。     

采用Ti/Ag/Ti中间层连接SiC陶瓷的 有限元应力分析

在陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷(采用金属中间层)的连接过程中,陶瓷与金属的热膨胀系数等性质存在差异而产生的残余热应力是连接接头强度弱化的主要原因.采用有限元方法对Ti/Ag/Ti作为中间层热压连接SiC陶瓷进行了应力的有限元计算分析,结果表明采用Ti/Ag/Ti结构的金属中间层连接SiC陶瓷时,对接头危害较大的残余应力主要分布在连接件近缝区.靠近试样外表面区域是接头的薄弱区,裂纹易在此处萌生,裂纹的扩展先是沿着一条向陶瓷侧凹入的弧线向陶瓷内切入,而后沿径向扩展.接头实际断裂方式与有限元分析结果相符,表明采用有限元方法对陶瓷连接接头的残余应力进行模拟计算有重要的指导意义.      

航空用油介质和NaCl溶液中钛合金电化学特性

采用动电位扫描法研究了Ti-6Al-1.5Cr-2Zr钛合金在3#煤油和928滑油等高阻值油介质中的电化学极化特性.对于该新型钛合金电极在这2种航空油介质中自腐电位、极化电阻、腐蚀电流等电化学参数和相应的极化规律进行了研究.采用浸泡试验研究了该钛合金在3#煤油和928滑油中的腐蚀行为.结果表明钛合金在油介质中无明显腐蚀.对钛合金电极在高阻值油介质中电化学特性进行比较,研究了其在3.5%NaCl水溶液中的电化学行为,该钛合金电极在水溶液中的自腐蚀电位为-0.18V,在极化曲线上钝化区为0.27~1.24V,致钝电位为0.23V,致钝电流密度为0.31×10-4A/cm2.