微尺度线电极电解加工

微尺度线电极电解是近期出现的一种新加工方法,采用钨丝作为线电极,在加工过程中电极无损耗,通过控制工具电极轨迹可实现微细结构加工。建立了微尺度线电极电解加工模型;通过微尺度线电极叠加微幅振动,促进了加工间隙中电解液更新;针对加工电压、脉冲宽度、脉冲周期和加工速度等影响微尺度线电极电解加工精度的因素进行了参数对比试验,并对加工参数进行了分析和优化。采用电化学腐蚀原理进行微米尺度线电极的在线制作,在线制得直径10 μm和2 μm的线电极,实现了切缝宽度为20 μm以下的复杂微细结构以及切缝宽度为8 μm以下的微螺旋结构。     

高回转精度微柱状电极电化学加工模型及试验

为实现高回转精度微柱状电极的精确高效在线制备,对微电极电化学刻蚀过程进行了深入的研究与改进。首先,根据电化学刻蚀原理,分析了电极旋转对柱状电极加工的影响,试验证明电极旋转可以提高电极的回转精度;其次,根据试验归纳,确立了加工电压、浸液深度和电极转速之间的函数关系,建立了高回转精度微柱状电极加工控制数学模型;最后,在上述模型的指导下,选择优化的加工参数组合,成功加工得到一系列直径为100 μm左右、同轴度误差小于1 μm的柱状电极。     

微细电解铣削加工模型及实验研究

 对微细电解铣削加工技术进行了深入研究。将分层加工技术应用到微细电解加工过程中,显著改善了加工稳定性;建立了微细电解铣削加工的数学模型;基于电化学刻蚀原理,在线制得直径小至10 μm的圆柱电极;分组实验并验证了加工模型中各参数如：电极直径、加工电压、电解液浓度、铣削层厚度等对微细电解铣削加工精度的影响。通过优化加工参数,成功加工出了深三角结构和四棱台微型腔,形状精度高,加工稳定性好。     

Laser-induced oxidation assisted micro milling of high aspect ratio microgroove on WC-Co cemented carbide

Severe tool wear and poor surface quality are the main problems during micro machining of cemented carbide. In this work, an innovative hybrid process of laser-induced oxidation assisted micro milling (LOMM) was proposed to solve the problems. A nanosecond laser was utilized to induce oxidation of the WC-20%Co material, producing loose oxide which was easy to remove. The micro machinability of the material was improved by laser-induced oxidation. The oxidation mechanisms of cemented carbide were studied. A microgroove with a depth of 2.5 mm and aspect ratio of 5 was fabricated successfully. The milling force, surface quality and tool wear mechanisms were investigated. For comparison, a microgroove was also fabricated with conventional micro milling (COMM) using identical milling parameters. Results revealed that in LOMM the milling force and tool wear rate were extremely low during removing the oxide. The machined surface quality and dimensional accuracy achieved by LOMM were superior to those obtained by COMM. The surface roughness S_a of the microgroove bottom reached 88 nm in LOMM, while the cross-sectional geometry of the microgroove was a trapezoid. Perpendicularity of the microgroove sidewall machined by LOMM was better than that by COMM. The tool wear forms in LOMM were coating spalling and slight tool nose breakage. Compared with COMM, the tool life in LOMM was prolonged significantly. It indicates that the proposed hybrid process is an effective and efficient way to fabricate high aspect ratio micro-features with high dimensional accuracy.     

周期换向脉冲法快速电沉积 Al2 O3／Ni 复合镀层

以 Al2 O3微粒为分散相,进行了周期换向脉冲复合电沉积工艺研究,快速电沉积出了 Al2 O3／Ni 复合镀层。利用扫描电镜及能谱分析技术对 Al2 O3／Ni 复合镀层的微观形貌及组成进行了表征,考察了脉冲参数对复合镀层中Al2 O3含量及镀层微观形貌的影响;并就周期换向脉冲电沉积与直流电沉积复合镀层的微观形貌、镀层应力及沉积速率进行比较。结果表明：采用周期换向脉冲法快速电沉积可以得到组织致密、内应力小、沉积速率高的 Al2 O3／Ni复合镀层。     

镁合金AZ91表面弧辉等离子沉积TiN/CrN薄膜的摩擦行为研究

镁合金具有高的比强度、低的弹性模量、减震等优点,在航空航天领域具有很大的应用前景.但是低劣的耐磨性导致镁合金限制于制造静载零件.为改进其耐磨性,采用弧辉等离子沉积的新工艺在镁合金AZ91表面涂覆TiN/CrN多层薄膜.薄膜由12层TiN和CrN交替沉积而成,总厚度为2 μm.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和辉光放电光谱(GDS)分析涂层的成分和微观结构.采用球盘磨损试验测试摩擦系数,并计算出比磨损率.结果表明,与未处理试样相比摩擦系数增大,但磨损率急剧下降.薄膜的表面硬度超过HK0.011433.     

Effect of tube-electrode inner diameter on electrochemical discharge machining of nickel-based superalloy

Nickel-based superalloys are widely employed in modern aircraft engines because of their excellent material characteristics, particularly in the fabrication of film cooling holes. How-ever, the high machining requirement of a large number of film cooling holes can be extremely chal-lenging. The hybrid machining technique of tube electrode high-speed electrochemical discharge drilling (TEHECDD) has been considered as a promising method for the production of film cooling holes. Compared with any single machining process, this hybrid technique requires the removal of more complex machining by-products, including debris produced in the electrical discharge machin-ing process and hydroxide and bubbles generated in the electrochemical machining process. These by-products significantly affect the machining efficiency and surface quality of the machined prod-ucts. In this study, tube electrodes in different inner diameters are designed and fabricated, and the effects of inner diameter on the machining efficiency and surface quality of TEHECDD are inves-tigated. The results show that larger inner diameters could effectively improve the flushing condi-tion and facilitate the removal of machining by-products. Therefore, higher material removal efficiency, surface quality, and electrode wear rate could be achieved by increasing the inner diam-eter of the tube electrode.     

基于复杂型面薄壁零件成形的电铸试验研究

 在航空、航天领域存在诸如风洞喷管、波导元件和叶片电极等异型薄壁零件,采用常规加工方法对这些薄壁零件进行加工时存在着难加工的问题,利用一种新型的电铸技术——阴极平动式游离粒子辅助磨擦电铸技术对其进行直接成形加工。在电铸过程中,阴阳极之间添加不导电的游离粒子,随着阴极的不断运动,游离粒子能够周期性地对电沉积层产生磨擦、抛光、挤压作用,以此来提高表面质量,强化电铸层。与传统电铸技术所制备的电铸镍层进行了对比试验,试验结果表明：游离粒子辅助磨擦电铸技术能够获得表面光亮、平整电铸层;电铸层（200）晶面的衍射强度明显降低,（111）和（220）晶面的衍射强度显著提高;电铸层的机械性能也得到了明显的改善,显微硬度和抗拉强度比传统电铸工艺提高了一倍左右。以此为基础,成功制备了复杂型面叶片阴极,其显微硬度和表面粗糙度都得到了明显改善。     

不同类型多级等离子体激励器诱导气流的力学特性研究

等离子体激励器通过产生的等离子加速气流,可以实现对流动的控制。单级等离子体激励器由于受到等离子体放电的物理限制,其控制作用较小;为了提高等离子体流动控制的效果,关于多级等离子体激励器的研究得到发展。采用图像采集和粒子示踪测速系统(PIV),对传统多级等离子体激励器和多级双极性等离子体激励器的放电现象以及气流加速进行研究,并通过流场速度分布计算等离子体激励器对空气产生的推力和吸力。结果表明:随着电压的升高,传统多级等离子体激励器产生的推力和吸力会逐渐减弱;而多级双极性等离子体激励器产生的推力和吸力均呈逐渐增强的趋势。     

可磨耗封严涂层的冲蚀磨损特性及模型

抗冲蚀性是可磨耗封严涂层最重要的性能。在自制的真空自由落砂试样旋转式冲蚀磨损试验机上对几种中温封严涂层的冲蚀磨损特性及机理进行了研究。实验结果表明,冲蚀失重与冲蚀时间具有良好的线性关系;在60°时冲蚀率最大;冲蚀率与冲蚀速度有幂函数关系,速度指数随冲蚀角度增大而增大;90°冲蚀时,涂层的冲蚀机理为冲击粒子在涂层表面冲击挤压,产生凹坑和凹坑边缘凸起的唇片,随后的冲蚀使唇片流失;粒子的不断冲击使表层金属相松动,导致呈颗粒状剥落。30°冲蚀时涂层的冲蚀机理为切削、犁削并有孔洞、非金属相贯通效应。在此基础上提出了封严涂层的冲蚀磨损模型。     

孔径分布对电化学CO2浓缩器空气电极性能的影响

空气电极是电化学二氧化碳浓缩器（EDc）的核心组件，其极化性能的改进有利于CO2的转移和EDC电池稳定性的提高。通过改变门FE含量和乙炔黑含量改进了电极结构，一个组装有Pt／C空气电极和Hg／HgO参比电极的燃料电池被用于研究Cs2CO3电解液中的O2／CO2反应。孔径分布与阴极极化性能之间关系的分析结果表明：伴随着300～500nm孔径的比孔体积增加，空气电极的极化性能提高。此外，实验结果还表明：空气电极中町FE含量以15％为宜，乙炔黑的最佳含量为15％～20％。     

纤维方向角对超低温冷却石英纤维复合材料铣削性能的影响

石英增强聚酰亚胺树脂基复合材料是一种非均匀的各向异性材料,其加工性能高度依赖于纤维铺层方向与加工进给方向所成角度,即纤维方向角。本文通过一系列不同纤维方向角的干切削和超低温冷却铣削实验,研究了纤维方向角对表面形貌、表面粗糙度、铣削力及刀具磨损的影响。结果表明:不同纤维方向角,剪应力形式不同,切削断屑形式也不同。纤维方向角为锐角时铣削表面质量均良好,但当纤维方向角增大到90°时,切削表面质量下降,切削力变化幅度增大。相同铣削时间内,在干切削工况下,刀具磨损严重,涂层脱落面积约为测量面积的70%;而在低温切削工况下,涂层未遭到严重破坏,刀具仍处于稳定磨损阶段,刀具耐用度优于干切削工况。     

SDBD plasma enhanced aerodynamics: concepts,optimization and applications

This paper provides an overview of the physics and design of single dielectric barrier discharge (SDBD) plasma actuators for enhanced aerodynamics in a variety of applications. The actuators consist of two electrodes, one exposed to the air and the other covered by a dielectric material. The electrodes are supplied with an ac voltage that at high enough levels, causes the air over the covered electrode to ionize. The ionization of the air is a dynamic process within the ac cycle. The ionized air, in the presence of the electric field produced by the electrode geometry, results in a body force vector that acts on the ambient air. The body force is the mechanism for active aerodynamic control. The body force per unit volume of plasma has been derived from first principles and implemented in numerical flow simulations. This utilizes models for the time and space dependence of the air ionization on the input voltage amplitude, frequency, electrode geometry and dielectric properties that have been developed and bench-marked with experiments. The experiments and model suggest approaches that can maximize the performance of the plasma actuators. A sample implementation of an actuator model in a numerical flow simulation consisting of leading-edge separation control on an airfoil along with an experimental benchmark is then presented.     

两种不同成分NiAl涂层性能的对比研究

采用双丝电弧喷涂在6061-T6铝合金基底上制备NiAl-95/05和NiAl-80/20涂层,利用标准测试方法测量涂层的机械性能,并提出了NiAl涂层摩擦磨损机理的新理论。结果表明：NiAl-80/20涂层具有较高的结合强度和显微硬度。随磨损进行,NiAl-80/20涂层的静摩擦系数随磨损的继续一直单调下降,直至最后进入稳态阶段;NiAl-95/05涂层的静摩擦系数先缓慢下降,200个循环之后由于磨损形貌的进一步恶化,静摩擦系数呈缓慢上升的趋势。NiAl-95/05涂层的磨损机制主要为磨粒磨损,并且在磨损过程中伴随有犁削效应;NiAl-80/20涂层主要为粘着磨损机制,并且具有更好的耐磨性。     

石墨含量对PEEK基复合涂层性能的影响

利用石墨和聚四氟乙烯(PTFE)对聚醚醚酮(PEEK)进行混杂改性,控制PTFE和PEEK的质量比不变,通过冷压烧结的方法在不锈钢表面制备不同石墨质量分数的PEEK基复合涂层,研究石墨含量对涂层力学和摩擦性能的影响。结果表明:随着石墨质量分数的增多,PEEK基复合涂层的结晶度逐渐下降,涂层的硬度先增高后降低,摩擦因数不断降低,磨损率先降低后上升。在石墨质量分数为4%时,硬度最高21.78HV,摩擦因数为0.0461,磨损率最低为2.06×10~(-6)mm~3/(N·m),这与之前的研究相比,涂层的耐磨性得到大幅提高。但是过高的石墨质量分数会使分子链柔顺性下降、链段运动降低,涂层的耐磨性大大降低。     

气体介质中深小孔电火花加工技术研究

 深小孔加工一直是机械制造领域的难题之一。在分析和研究气体介质中电火花加工技术的基础上，就其在深小孔加工中的应用进行了深入的理论与实验研究。分别用管状圆柱电极和削边电极在通用电火花成形加工机床上成功地加工出直径为2 mm、深径比大于20、锥度小于0.5%的深小孔。研究表明，相对于传统的液中电火花加工，气体介质中电火花加工深小孔具有电极损耗率低、加工过程稳定等特点。而且由于无需庞大的工作液系统，该方法适合于大型零部件上深小孔加工。     

含稀土TiCx增强钛基激光熔覆层组织与耐磨性

采用同轴送粉激光熔覆技术在Ti6Al4V合金表面成功制备了含稀土CeO₂的碳化钛增强钛基激光熔覆层。运用渗透探伤、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪、电子探针、显微硬度计、摩擦磨损试验机等分析和测试方法研究了碳化钛增强钛基激光熔覆层的成形质量、微观组织、元素分布、硬度和摩擦磨损性能。结果表明,涂层内无裂纹缺陷,仅在层间过渡区分布有少量气孔（孔隙率为1.65%）。涂层中物相主要包括富Ti、Cr元素的β固溶体（CrTi₄）、缺位型碳化钛（TiC_x）和稀土氧化物（CeO₂）。熔覆层各微区的碳化钛形貌存在显著差异,熔覆层顶部和中部区域呈发达树枝晶状和针状,而结合区由针状和小尺寸不发达枝晶组成。碳化钛枝晶中碳元素分布不均匀,一次枝晶含碳量高于二次枝晶。基体相中Ni和Cr元素呈现明显偏析,而Al和V元素分布相对均匀。此外,稀土氧化物CeO₂主要分布于TiC_x与CrTi₄相界以及CrTi₄晶粒边界处。与基材相比,尽管TiC_x增强钛基复合涂层具有较高的摩擦系数,但其耐磨性显著增加（提高近52%）。熔覆层和基材磨损机制均为黏着磨损和磨粒磨损的复合磨损模式,但熔覆层的磨损程度较轻。     

基于电极切向旋转进给法的 低刚度锥杆类零件精密电火花加工

提出了基于圆盘电极切向旋转进给法的低刚度锥杆类零件的电火花精密加 工方法。首先介绍了基于等厚损耗原则的圆盘电极设计原理,进而通过电火花加工工艺 的三因素全因子实验考察了峰值电流、脉宽、占空比对工件材料去除率（MRR）、相对 电极损耗率（TWR） 和表面粗糙度（SR） 的影响, 并对电火花加工工艺参数进行优化 从而应用于锥杆类零件的加工。加工出的反馈杆性能一致性高、表面质量好,加工时间 短,试验结果表明基于圆盘电极切向旋转进给法的电火花加工工艺对提高低刚度锥杆的 加工工艺的可靠性和加工效率、提高电极利用率方面有较大优势。     

钛合金表面镍基喷焊涂层的组织和耐磨行为

采用火焰喷焊技术对钛合金表面进行耐磨改性,可以较好地解决实施工艺过程中的工程适应性问题,但对于任何一种表面耐磨处理技术,耐磨性能的改善和提高都是其最终目的。考察了钛合金表面上3种不同成分的镍基火焰喷焊涂层的组织和耐磨行为。研究发现,3种成分的镍基涂层都具有韧基体+硬质相的耐磨组织,其基体均为强韧性很好的镍基固溶体,但硬质相的差别较大。在相同试验条件下,100%的F102涂层、含4%La2O3的稀土复合涂层和含25%WC的N i-WC复合涂层的磨损失重仅为未处理钛合金的1/6,1/8和1/10。试验结果表明,采用火焰喷焊技术对钛合金表面进行耐磨处理,可以有效地改善表面的耐磨性。     

电火花铣削加工中工具电极损耗补偿策略研究

在电火花铣削加工中,由于工具电极作旋转运动,其损耗呈轴对称分布,使工具电极的补偿成为可能。本文对工具电极的损耗形状进行了研究,提出一种在线工具损耗补偿措施,从而避免了工具损耗形状的检测,极大地提高了生产效率和加工精度