微弧等离子堆焊沉积Ni/硅藻土高温封严涂层的腐蚀磨损特性

高温封严涂层在腐蚀环境中的摩擦磨损是影响其服役寿命的主要问题之一。为此,研究了微弧等离子堆焊沉积Ni/硅藻土封严涂层的工艺规律与腐蚀摩擦学性能。对粉末和涂层的基本结构的表征显示:涂层呈现堆叠结构,含有大量孔隙,涂层主要由Ni,SiO_2和少量NiO组成。涂层的内聚强度平均达到8.78MPa,在拉伸应力作用下表现为以扁平化粒子边缘为主,沿着孔隙率方向应力集中的脆性断裂,以及在应力集中部位导致硅藻土粒子内部的穿晶断裂。当堆焊电流为40A时,微弧等离子堆焊制备的Ni/硅藻土封严涂层在盐环境和酸环境的摩擦系数和磨损率分别达到0.524,16.354wt.‰和0.5099,17.317wt.‰。Ni/硅藻土可磨耗封严涂层在酸性环境的腐蚀能力较低,其平衡电位达到-708m V。     

纳米Y-PSZ基材料高温封严涂层的研制

前期探讨高温环境使用的封严涂层。研制出可磨耗封严涂层材料,以纳米Y-PSZ为基相材料,添加定量的高温软相和造孔组分,获得一种添加相分布均匀,组织细小松软的团聚型封严涂层材料粉末。并成功采用APS在试验基体上制备出≥1.0mm厚的涂层。对涂层组织、表面洛氏硬度、附着强度进行检测,并初步讨论相关性能。结果表明,研制的涂层硬度保持在HR45Y 30~55,并且孔隙率控制在30%的涂层具有适宜的结合强度和硬度,能够满足使用时的硬度和结合强度要求。     

TC17钛合金超声喷丸强化均匀性表征分析

为探究TC17钛合金超声喷丸强化均匀性量化表征方式，分析了0.2A喷丸强度下超声喷丸与传统喷丸对TC17钛合金表面与截面形貌分布状态的影响，结果表明，传统喷丸弹丸冲击方向离散度较小，法向冲击较多，引起凹坑深度及凸起程度较高，出现堆叠、孔隙等特征，表面粗糙度较高。超声喷丸试样受离散冲击引起的切应力影响，表面形貌相对平坦，截面近表层区域晶粒尺寸呈梯度分布明显，表面与截面变形一致性程度高     

典型中温封严涂层的抗冲蚀性能

用喷射冲蚀法考核了三类典型中温封严涂层的抗冲蚀性，以确定能反映实际使用情况的抗冲蚀性试验方法。通过对试验结果的归纳、分析，探讨了涂层组织、成分和硬度与抗冲蚀性之间的联系以及系统参量对抗冲蚀性的影响规律。     

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。     

聚合物基复合材料中孔隙率及层间剪切性能的实验表征

在不同固化压力条件下制作孔隙含量不同的层合板.将层合板进行超声C扫描以识别孔隙率分布不同的区域,然后再将孔隙率分布相对均匀的区域进行超声波二次穿透反射法检测以精确测量孔隙的含量,并取试样测量孔隙的体积含量和测试层间剪切性能(ILSS).结果表明,在孔隙率低于4%时,孔隙率与层间剪切性能基本成线性关系,并且孔隙率每增加1%,层间剪切性能约下降8%.从而建立起层合板中孔隙率与层间剪切性能的定量表征关系.     

孔隙对热障涂层微压痕响应影响的数值模拟

微纳米压痕技术是表征陶瓷涂层系统力学性能和弹塑性响应行为的一项重要技术。通过Python二次开发在ABAQUS软件中建立含随机分布的圆形孔隙的热障涂层模型,研究孔隙对大气等离子法（APS）制备的热障涂层的微纳米压痕响应的影响,并在含随机圆形孔隙热障涂层模型的基础上,利用扩展有限元法（XFEM）模拟分析微纳米压痕试验过程中陶瓷层内的裂纹扩展,探究微裂纹和孔隙间的相互影响,以及涂层内裂纹萌生扩展的规律。模拟结果表明,孔隙的存在会在加载和卸载过程中释放一定的应力集中,从而改变涂层应力的分布特征;孔隙的存在会导致裂纹向孔隙的方向偏移扩展,并在一定程度上阻止裂纹扩展。将这些工作与微纳米压痕试验的试验数据联系起来,可以对热障涂层体系的力学性能进行有效预测。     

热障涂层喷涂质量微焦点CT检测

采用微焦点X射线源对热障涂层样品进行了高分辨率X射线成像研究,采用多尺度对比度增强算法提高了热障涂层与基体之间的对比度.X射线图像显示热障涂层各处厚度差异较大,热障涂层内部可能存在大量孔隙.通过微焦点计算机层析成像(CT)对样品进行了高分辨率CT扫描与重建,得到了样品的CT重建图像.从热障涂层CT图像观察到热障涂层内部存在大量孔隙,且不同层孔隙尺寸、数量不同.结合3个坐标方向的切片图像分析了热障涂层深度方向的热障涂层厚度,得到了热障涂层厚度的二维分布,测量得到热障涂层平均厚度约为40μm.对沿热障涂层深度方向850~1131层切片图像,利用可视化软件VGstudio MAX得到了热障涂层内部孔隙三维分布.研究结果表明:微焦点CT可用于热障涂层制备工艺质量检测.      

基于确定性和随机性原理的复合材料二维孔隙模型比较

在二维条件下,对比分析了经典的确定性模型和随机孔隙模型对含孔隙复合材料的物理模拟结果。确定性模型将含孔隙复合材料看做各向同性均匀介质,将孔隙假设为大小相同、离散均匀分布的规则形状;随机孔隙模型依据随机介质理论,采取统计学原理和方法,将孔隙看做是小尺度上的随机扰动,叠加于由基体构成的大尺度背景介质平均特性之上,可以利用空间平稳随机过程加以描述。研究发现,利用随机孔隙模型不但能够得到与真实孔隙几何相似性良好的孔隙形貌,而且基于此模型的超声衰减系数理论预测结果和实验测试结果之间的符合程度大大优于传统的确定性模型。     

多齿轮缘封严特性的实验

使用气体体积分数法得到了多齿轮缘封严的封严效率分布，获得封严效率随无量纲封严流量变化规律，最终拟合得出实验工况下的最小封严流量计算关联式（实验中主流雷诺数为1.42×105~3.20×105,旋转雷诺数为5.27×105~1.36×106）.通过对二氧化碳体积分数的测量结果表明:在盘腔内部高半径处封严效率较低，而低半径处封严效率一直处于较高的水平；封严效率随封严流量的变化与Owen封严效率方程有较好符合度，说明可以用封严效率方程对多齿轮缘封严进行预测，实验结果进一步扩展了其应用范围.      

基于多模式超声成像的CFRP冲击损伤无损表征与冲击后压缩强度预测

为实现含冲击损伤复合材料层板损伤特性和剩余强度的定量无损表征，提出了一种基于多模式超声成像的CFRP层板冲击损伤表征与冲击后压缩强度预测方法。首先，基于相控阵超声多模式成像技术获得了不同冲击载荷下AC631/CCF800H双马来酰亚胺树脂基复合材料层板分层损伤的位置、尺寸和分布信息，随后，以层析C扫描图像为基础，引入等效开孔体积对其冲击后压缩强度进行了预测。结果表明：相控阵超声B扫描、声程C扫描和层析C扫描等多种成像模式相结合，能够有效描述层板内部分层损伤的形貌、尺寸及三维空间分布特征；与凹坑深度拟合和最大开孔体积拟合等传统方法相比，基于层析C扫描图像的等效开孔体积与CFRP层板的冲击后压缩强度相关性更大，预测结果也更为精确。相关研究成果可为复合材料冲击损伤过程精细化分析和材料力学性能定量无损表征提供一定的借鉴和参考。     

等离子喷涂铜-石墨复合涂层结构与干摩擦磨损性能研究

以粒度为50～70μm的铜包石墨(Graphite-65%Cu质量分数,下同)复合粉体为原料,采用大气等离子喷涂设备在316不锈钢基体上制备了铜-石墨复合涂层。运用场发射、能谱、X射线衍射等手段对涂层显微结构进行了表征,并利用UMT球-盘式摩擦磨损试验机探讨了室温大气环境下铜-石墨复合涂层的摩擦学性能。结果表明,Graphite-65%Cu复合涂层结构致密,与不锈钢基材结合牢固;石墨在涂层中分布均匀;物相组成主要为C,Cu和Cu2O三相;摩擦副间石墨转移膜的形成是涂层低摩擦系数的主要原因。不同载荷和速率条件下所得涂层摩擦系数在0.03～0.15间。粘着磨损是主要磨损机制。     

MoSi2-YSZ高发射涂层对硅橡胶基防热材料的隔热及抗热振性能影响

制备了MoSi₂-YSZ复合硅橡胶基辐射型热防护涂层，并对其耐烧蚀性能和抗热振性能进行了表征。结果表明：与传统烧蚀型涂层相比，辐射型涂层在0.3～2.5μm波段发射率达到0.93以上，且静态热流测试背板温升降低60%，热振测试背板温升降低30%。辐射型涂层在热振测试中由于辐射散热机制表现出对温度响应的迟滞性，使得背板温度变化率的峰值降低40%。MoSi₂氧化形成的致密氧化层具有良好的保护性和自愈合性，从而提高了涂层的耐烧蚀和抗热振性能。     

蜂窝衬套对篦齿封严静力与动力特性影响机理研究

蜂窝衬套对篦齿封严的泄漏特性和动力特性有较大的影响。本文建立蜂窝衬套篦齿封严数值求解模型,在验证数值方法有效准确的基础上,研究了蜂窝衬套篦齿封严泄漏量随进口压力、封严间隙及转速的变化规律,构造泄漏量理论公式;运用非定常动网格技术,建立多频椭圆涡动模型,分析了蜂窝衬套对篦齿封严泄漏特性和转子动力特性的影响机理。结果表明：蜂窝衬套篦齿封严泄漏量随进口压力、封严间隙的增加而增大,随转速的增加略有减小;在大间隙工况下（封严间隙大于0.5 mm）,蜂窝衬套削弱气流的透气效应,减小泄漏量,对边距为0.8 mm蜂窝衬套篦齿封严的密封性能最佳。蜂窝衬套篦齿封严有着较大的直接阻尼和较小的交叉刚度,在高频涡动（频率大于120 Hz）时效果更明显;蜂窝衬套增大流场中的湍动能,增强气流能量的耗散速度,有利于提高封严性能;并且蜂窝衬套能够使周向压力分布更均匀,提高转子的稳定性。本文所构造的蜂窝衬套篦齿封严泄漏量理论公式,与数值仿真相对误差均在5%之内,能够准确地预测蜂窝衬套篦齿封严的泄漏量,满足工程实际需求。     

过盈配合应力分布超声测量与连接力预测

为了实现过盈配合应力分布的测量和连接力预测,以超声波脉冲反射法原理为基础,建立了超声测量系统及标定装置。首先,利用标定装置对反射系数的影响因素进行了分析。然后,用所搭建的超声测量系统测量了3种过盈量(6μm,12μm和18μm)的应力分布,并根据测量结果实现了连接力的预测。最后,通过压出实验对预测结果进行了验证。研究表明,耦合剂、粗糙度的大小和纹理方向及覆型边界是影响测量精度的关键因素。本文建立的覆型边界误差分析模型可以实现测量误差的预测及补偿。应力分布测量结果能够有效反应配合面间的接触状态及缺陷,连接力的相对误差小于16%。因此,本文所建立的分析方法和测量系统可以实现应力分布的准确测量与连接力的可靠预测,并为过盈组件配合质量与连接力的可靠评估提供了技术支撑。此外,本文的研究方法具有普遍的适用性,对实现不同接触面间应力的测量具有一定的指导意义。     

飞机超声速机动飞行条件声爆预测方法

针对飞机超声速机动飞行条件下的超声爆问题，基于广义Tricomi方程建立了表征焦散线附近压力波强非线性演化过程的空间模型，采用伪时间步推进和算子分裂算法，结合时域和频域方法开发了可求解超声爆问题的计算程序ARI＿Superboom。构建的求解方法可分为3个步骤：首先，应用航空工业气动院自主研制的CFD软件ARI＿Overset在三维空间求解N-S方程，得到作为声爆远场传播初始值的近场空间压力分布；其次，基于自主研发的ARI＿Boom声爆预测程序开展射线追踪和声爆远场传播计算，获得焦散线及指定高度处声爆信号；最后，通过ARI＿Superboom预测程序获得焦聚区的地面超声爆信息。通过飞机超声速匀加速状态下地面产生的超声爆预测算例，验证了基于广义Tricomi方程建立的超声爆预测方法的可行性和准确性。     

圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的切削力和表面质量研究

为了研究圆片刀加工参数对切削力和表面质量的影响,首先对圆片刀超声切削和普通切削的切削力进行了理论分析,在此基础上开展了圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯试验,获得了进给速度、刀具转速和超声振幅对切削力的影响规律。进一步以蜂窝芯孔壁撕裂数量和长度作为加工表面质量的表征参数,定量研究了加工参数对于蜂窝芯表面质量的影响。试验结果表明:普通切削条件下,增大刀具转速和减小进给速度可以有效降低切削力;随着超声振幅的增大,切削力显著减小,相比普通切削,当超声振幅为35μm时,进给方向的切削力和刀具轴向的切削力分别减小53.1%和33.9%;切削力试验结果与理论分析结果一致。此外,Nomex蜂窝芯孔壁撕裂数量随着刀具转速的增大和进给速度的降低而减少,超声振动作用可以有效减少蜂窝芯孔壁撕裂的数量和长度。研究为圆片刀超声切削Nomex蜂窝芯的加工参数的选择提供参考。     

孔隙对3D打印功能梯度材料验证轮盘破裂转速影响分析

目前多材料融合3D打印技术对于短寿命、低成本小型发动机的研发具有很好的应用前景,如3D打印功能梯度材料在新型涡轮盘典型热端关键部件上的应用。为探究3D打印技术产生的孔隙缺陷对涡轮盘破裂转速的影响,基于极限应变法开展了500℃测试均匀温度场及真实温度场下功能梯度材料验证轮盘的破裂转速分析。研究中主要考虑孔隙率、大孔隙所处区域、大孔隙个数、孔隙间距及孔隙与起裂位置的距离等孔隙缺陷表征参量及相关因素对验证轮盘破裂转速的影响。研究结果表明,对于3D打印轮盘的性能分析,不能只考虑孔隙缺陷的随机分布,分布于高应变区（危险截面）的大孔隙将导致验证轮盘破裂转速的显著下降,在3D打印时应严格控制距离预测起裂位置较近的高应变区域内的缺陷。     

TC4板材组织特征与超声检测信号对应关系研究

在大厚度板材在轧制过程中，由于工艺控制不当易引起材料组织分布不均匀、粗大晶粒等问题。本文针对TC4轧制板材，研究超声检测信号对材料内部组织分布的表征情况。结果表明，声波垂直于板材流线方向入射时，声衰减分布均匀；而平行入射时，声衰减分布极不均匀，呈条带状分布。为此，对引起不同声波衰减的截面进行组织分析，金相观察发现超声波衰减与材料内部α相的分布及形态有关：声衰减小的区域，材料内部等轴α相较多，晶粒细小，分布均匀；声衰减大的区域，α相被明显拉长。     

高速电弧喷涂FeNiCrAl涂层制备工艺对涂层性能影响

FeNiCrAl涂层是一种用作轴类零部件的表面耐磨防护材料,为深入研究高速电弧喷涂工艺对FeNiCrAl涂层性能的影响机理,对不同喷涂参数下制备的涂层的组织结构、结合强度、物相组成和显微硬度等性能进行分析表征,探究“喷涂电流-涂层组织结构-结合强度”之间的关系。结果表明：喷涂电流对涂层的组织致密性及结合强度影响较大;喷涂电流200 A、电压34 V、喷涂距离160 mm的工艺参数下制备的FeNiCrAl涂层组织致密,孔隙率约8.76%,结合强度52.3 MPa,涂层硬度约626 HV0.1,约为基体硬度的1.6倍;影响机理与Fe-Al金属间化合物和Cr0.19 Fe0.1 Ni0.11固溶体在涂层内部均匀弥散分布有关。