快速凝固Al-Ni-Cu-Nd金属玻璃的晶化行为及Al基纳米晶／非晶复合材料的结构特征研究

采用熔体旋甩法制备了快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃薄带,并以连续加热和等温加热两种模式对非晶态薄带进行退火处理。采用差示扫描量热分析、X 射线衍射分析和高分辨率电镜分析等手段研究了非晶态薄带的晶化过程,对非晶态和退火态薄带的微观结构进行了细致检测,研究重点放在形成α Al纳米晶体颗粒的初始晶化行为,以便了解Al基纳米晶/非晶复合材料的结构特征。结果表明,快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带为单一的非晶态结构。非晶态薄带的晶化过程包括两个主要转变:α Al晶体从非晶基体中析出的初始晶化以及有Al3Ni,Al11Nd3和Al8Cu3Nd形成的第二次晶化过程。初始晶化的速率控制过程可能是铝自扩散,而第二次晶化过程则受控于溶质原子Ni,Nd和Cu的扩散。90～160℃等温退火薄带由α Al晶体相加残余非晶相的两相组织构成,随着等温温度的提高,初始晶化过程速率增大,而随着退火时间的延长,α Al晶体相的相对含量增大。110℃等温热暴露130min退火薄带的显微组织可以描述为,在非晶基体上均匀弥散分布着体积分数约20%的α Al晶体纳米(10nm)颗粒。     

非晶晶化制备细晶TiAl基合金

采用X ray衍射,DTA以及扫描电镜分析了Ti 50at%Al元素混合粉末高能球磨和热压过程中的结构演变和致密TiAl基合金的显微结构。结果表明,Ti 50at%Al粉末经过100h的高能球磨后转化为无序非晶相,Ti和Al元素粉末在机械合金化过程中的结构演变为:Ti Al→Ti(Al)过饱和固溶体(hcp)→非晶相。Ti 50at%Al非晶粉末在随后的热压过程中发生晶化,得到晶粒尺寸约为0.5μm的细晶TiAl基合金。Ti 50at%Al非晶的晶化过程为:非晶相→无序α相(hcp)→γ TiAl相( α2 Ti3Al相),其中α相是由无序非晶相向有序γ TiAl相转化过程中的介稳相。根据热压后γ TiAl相的不规则块状形貌推测α→γ TiAl转变的机制可能为块型转变。     

电子束快速成形TC18钛合金的显微组织与硬度的关系

研究了电子束快速成形TC18钛合金(简称KTC 18)3种典型退火制度下显微组织演化规律及与显微硬度的关系.结果表明,在700～830℃单一退火条件下,合金相组成为初生α相与亚稳β相,随着温度升高,初生α相体积分数减少,基体显微硬度变化较小;在双重退火条件下,500～650℃之间低温退火过程中会析出细小、编织排列的条状α相,可显著提高基体硬度,随着低温退火温度升高,α析出相粗化且数量变少,导致基体硬度降低;三重退火条件下,高温炉冷和中温退火过程中会产生粗大的竹叶状一次α相,其数量随中温退火温度升高而减少,对显微硬度影响较小.低温退火析出的细小、弥散α相对KTC 18显微硬度影响最大,其数量和尺寸取决于其他类型α相的数量和低温退火制度.     

Al_2O_3-ZrO_2-MgAl_2O_4三元纳米复相陶瓷的微观组织和力学性能

采用溶胶-凝胶法制备Al2O3-ZrO2-MgAl2O4纳米复合粉体.利用真空热压烧结技术制备了Al2O3-30mol%ZrO2-30mol%MgAl2O4(AZ30S30)三元纳米复相陶瓷.微观组织研究表明:所得纳米复相陶瓷是一种典型的"晶间/晶内"复合型纳米结构,基体氧化铝和第二相均为等轴状,氧化铝晶间散布着氧化锆和尖晶石第二相晶粒,同时有大量的球形氧化锆小颗粒分散在基体氧化铝晶粒内.对不同晶粒尺度复相陶瓷的断裂韧性测试及纳米压痕实验表明:微米级复相陶瓷的最大硬度为22GPa,而纳米复相陶瓷具有更好的力学性能,其硬度随着晶粒尺寸的减小而增加,最大可达35GPa.微米级复相陶瓷的断裂韧性为8.9MPa·m1/2,而纳米复相陶瓷的断裂韧性为10.04MPa·m1/2,其增韧机理主要为ZrO2相变复合增韧、"内晶"型纳米颗粒韧化以及细晶韧化.     

放电等离子烧结Al2O3-ZrO2纳米复相陶瓷及其力学性能

采用醇 水溶液加热法制备两相分散良好的纳米复合粉体,通过放电等离子超快速烧结制备Al2O3 ZrO2纳米复相陶瓷。研究了纳米第二相ZrO2对复相陶瓷致密化、烧结行为、力学性能以及微观结构的影响。从烧结激活能的观点解释了纳米第二相阻止基体Al2O3致密化的原因。放电等离子烧结得到了典型的晶间/晶内混合型纳米陶瓷,其弯曲强度高达1070MPa,断裂韧性达10.42MPa·m1/2。微观组织分析表明其中大量的内晶纳米颗粒阻止位错运动,使得基体氧化铝晶粒内形成复杂的位错组态,其主要特点为穿晶断裂和多重界面。     

FeAlCrBSiNb非晶涂层形成机理和摩擦磨损行为

研发了一种FeAlCrBSiNb粉芯丝材,采用高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备相应涂层.通过SEM,TEM和XRD表征涂层微观组织和相成分,阐述FeAlCrBSiNb非晶涂层的形成机理,利用显微硬度计,万能拉伸试验机和环-块式摩擦磨损试验机,分析涂层力学性能和摩擦磨损行为.结果表明:涂层主要由非晶相和弥散分布其中的α-(Fe),(Fe,Cr),CrB和Fe3Al微晶纳米晶相组成,非晶相体积含量大于91.3％;涂层呈层状结构,结构致密,总体孔隙率约为2％;平均显微硬度值为850 HV0.1,是基体45钢的4倍;优良的磨损抗力使其相对耐磨性是45钢的5倍,其磨损机制主要为剥落引起的剥落磨损.     

快速凝固高温Al—Fe—Mo—Si—Zr—Ti合金凝固组织特征

研究了５～７４μｍ的快速凝固Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｓｉ－Ｚｒ－Ｔｉ合金粉末凝固组织特征，探讨了凝固组织形成机制。结果表明，合金粉末主要有四种基本组织：初生Ａｌ＿９（Ｆｅ，Ｍｏ）＿２，α－Ａｌ与Ａｌ＿６（Ｆｅ，Ｍｏ）共晶，胞晶及显微胞晶，出现这些组织的典型尺寸依次为５６μｍ、４０μｍ和８μｍ；合金元素Ｍｏ的加入，显著提高合金粉末凝固前过冷度，使１０～４０μｍ粉末的凝固机制发生了变化，由导热控制型转变成溶质扩散控制型，从而基本上消除了该尺寸范围内粉末凝固组织中共晶成分和初生相。通过理论分析，建立了快速凝固形核动力学模型并进行了模拟计算，从理论上证实了胞间准晶相为初生相，计算得出在二元Ａｌ－Ｆｅ合金中抑制该相形成所需的冷却速度高达１０￣（１３）Ｋ／ｓ。     

铝含量对铜镍电阻薄膜结构及电性能的影响

采用磁控溅射法制备了铝含量分别为 0wt% ,10wt% ,2 0wt% ,30wt %的CuNi系电阻薄膜 ,应用透射电镜(TEM )、X光衍射仪 (XRD)分析薄膜在热处理前后的晶化行为 ,结合X光电子能谱仪 (XPS)分析了膜层表面结构组成。结果表明 ,当未加入铝元素时 ,溅射态CuNi薄膜析出孤岛状分布的CuNi晶化相 ;随着铝元素加入到一定量 ,CuNi薄膜将相继分解出链状分布的细小有序相 (Cu ,Ni) 9Al4 以及呈均匀连续状态的有序相 (Cu ,Ni)Al。经大气中退火处理 ,薄膜具有与溅射态相似的晶化相结构类型 ;未加入铝元素的退火态CuNi薄膜表面主要由疏松的氧化铜构成 ,而铝含量在 10wt%以上的CuNi薄膜表面主要由致密的三氧化二铝构成。随着薄膜中铝元素增多 ,CuNi薄膜电阻率呈下降趋势 ;铝含量为 10wt%～ 2 0wt %范围的CuNi薄膜具有最小的电阻温度系数值。随热处理温度提高 ,未含铝元素CuNi薄膜电阻率有增大倾向 ,电阻温度系数变化无一定规律 ;加至一定量铝元素的CuNi系薄膜电阻率随热处理温度的提高而减少 ,电阻温度系数朝正向移动     

航空用B93铝合金均匀化显微组织分析

利用金相显微镜(OM),X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)观察了航空用高强B93铝合金铸态及均匀化过程中的显微组织演变,结合不同状态的DSC曲线,发现在均匀化过程中,合金中细长窄小的非平衡相富集区优先发生回溶。在均匀化温度低于350℃时主要是部分过饱和α(Al)固溶体分解析出平衡相η(MgZn2),少量的晶界非平衡低熔点共晶相溶解;均匀化温度高于460℃时平衡η(MgZn2)相、T(AlZnMgCu)相等大部分金属间化合物回溶到基体中,枝晶网络变稀,晶界细化;铸态组织中Cu元素偏析严重,随着均匀化温度的升高,网状连续的富Cu晶界相Al6(CuFe)部分溶解断开,但在均匀化过程并不能完全消除;航空用B93铝合金最佳均匀化工艺为460℃/24h。     

退火处理对Ti-55531 钛合金组织与性能的影响

对退火处理后的Ti-55531钛合金α片层宽度、β晶粒尺寸、晶界仅相不连续度和针状α相比例等特征进行了定量表征和统计分析,探讨了随着退火温度的升高,Ti-55531钛合金显微组织及其力学性能的相关性。结果表明,在β相区退火处理,退火温度的升高将引起晶内α片粗化长大,平均β晶粒尺寸从86μm增大到210μm,晶界不连续度降低,针状仪相的相比例先降低后升高。β晶粒尺寸与延伸率、静韧度、裂纹形成功负相关,与裂纹扩展功正相关;晶界不连续度与静韧度正相关;针状α相比例与屈服强度正相关。     

跨流域高超声速绕流Boltzmann模型方程并行算法

通过对Boltzmann方程碰撞积分进行模型化处理,提出了统一描述各流域复杂高超声速流动输运现象的气体分子速度分布函数控制方程,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖的速度空间离散降维,构造出直接求解分子速度分布函数的气体动理论耦合迭代数值格式,研制了复杂飞行器高超声速绕流气动热力学计算模型。基于对气体动理论数值计算方法内在并行性、变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性的分析研究,使用区域分解并行化方法提出了新型的气体动理论数值算法并行方案;研究了数据的并行分布与并行执行特征,开展了大规模的并行化程序设计,构造了可稳定运行于成千上万CPU的高性能并行算法,用以模拟各流域复杂飞行器的高超声速绕流问题。以稀薄流到连续流环境下不同Knudsen数、不同马赫数的可重复使用类球锥卫星体及翼身组合复杂飞行器等气动力、热绕流问题为研究对象展开大规模并行计算,并进行算法验证,所得计算结果与理论分析、直接模拟蒙特卡罗方法(DSMC)的模拟值及有关实验数据吻合较好,揭示了飞行器跨流域高超声速下的复杂流动机理与变化规律,提供了一条能够可靠模拟高超声速飞行器跨流域气动力及热问题的统一的算法应用研究途径。     

基于飞机油箱模型形状特征油量测量切片步长选择方法研究

 在分析飞机数字式油量测量过程中目前广泛使用的切片法油量测量原理的基础上,针对现有的定步长切片法无法得到准确、可靠的燃油质量特性数据库的缺陷,结合对飞机油箱模型形状特征的分析,提出了基于飞机油箱模型形状特征的油量测量切片步长选择方法。此方法包括切片步长整体和局部选择两个过程,整体选择以实现相邻两切片平面所夹油箱模型体积近似相等为目的来确定切片步长,以体现油箱模型截面整体变化规律;局部选择以设计切片平面与截面突变平面重合或尽可能接近的方式,突出油箱截面的局部变化特征。实验结果表明：该切片步长选择方法较定步长方法能够建立更为合理、可靠的燃油质量特性数据库,从而提高了油量测量精度。     

二维翼段颤振的μ控制

 采用超声电机作为作动器来实现含控制面的翼段颤振鲁棒抑制。针对作者设计的二维翼段颤振主动抑制系统，通过理论与实验相结合的方法，建立了考虑沉浮方向阻尼和作动器模型参数不确定性的控制系统模型，设计了μ控制器，并对控制器做了降阶处理。数值仿真和风洞试验表明，μ控制器可有效地抑制颤振的发生，将颤振临界速度提高23.4%。相对于H_∞控制器，μ控制器的控制效果和鲁棒性更好。     

Abnormal Shape Mould Winding

为解决网格化芯模的缠绕问题,本文提出了复合材料面片缠绕机理;接着详细分析了面片缠绕过程中的芯模凹曲面上纤维滑线和架空现象,应用微分几何曲面理论和空间几何理论,提出判据及其解决方案;最后,针对飞机发动机进气道的缠绕成型,编制缠绕控制程序并进行相应的实验,验证了面片缠绕方法的可行性。     

μ理论在电液负载模拟器中的应用

 研究μ理论在电液负载模拟器中的应用，提出电液负载模拟器的鲁棒控制策略。电液负载模拟器是一个复杂的机-电-液复合系统，且是一个强耦合、时变受控对象。综合考虑参数变化、模型变动和干扰等不确定性的影响，利用μ综合控制理论设计电液负载模拟器的鲁棒力控制器，并通过μ分析使用鲁棒力控制器时系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。给出使用鲁棒力控制器和经典力控制器时的实验结果，实验结果表明所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性。     

基于H∞性能指标的质量矩拦截弹鲁棒控制

 以所建立的质量矩拦截弹数学模型为基础，利用微分几何的反馈线性化理论，得到一个解耦线性系统，考虑到拦截弹的鲁棒性要求和3个滑块的协调控制问题，提出采用双回路的设计方法，内回路采用线性二次调节器（LQR），外回路采用考虑混合灵敏度问题的H_∞控制设计。仿真结果证明了该方法动态性能满足设计要求，同时对系统参数的不确定性具有较强的鲁棒性。     

航天器返回地球的气动特性综述

航天器返回地球的飞行过程中,气动特性是实现将宇宙飞行速度减到落地前速度、保证再入飞行得到有效控制以及再入防热安全可靠的关键因素。针对简单旋成体气动外形、半弹道式再入控制、烧蚀防热类返回航天器,综述了返回地球过程中变化的空气流域特性、航天器周围的气体绕流环境、空气与航天器作用产生的动力学与热效应等。系统地给出了该类航天器的再入气动特性参数与飞行性能的共性规律,包括:气动阻力与再入减速、气动升力与再入轨迹控制、配平攻角与飞行稳定性、气动加热与防热,以及再入过程中不同气动特性航天器、气象条件变化等对再入飞行性能的影响规律。为航天器开展返回飞行过程的跨流域气动性能工程研制提供设计参考。     

基于马赫数分布可控曲面外/内锥形基准流场的前体/进气道一体化设计

提出了一种高超声速飞行器乘波前体的外锥形基准流场设计方法,在锥面马赫数分布规律给定的条件下,通过有旋特征线法实现反设计,提高了基准流场设计的灵活性。该基准流场通过锥形"下凹"弯曲激波和波后等熵压缩波系压缩气流,可以在较短的长度内完成高效压缩。基于反正切马赫数分布外锥形基准流场设计的乘波前体具有较高的容积率,乘波特性良好且出口均匀,设计点时有黏升阻比为1.89。另外,基于该乘波前体和马赫数分布可控的内收缩进气道给出了一种双乘波的前体与进气道一体化设计方案,实现了内外流分别独立乘波,充分发挥了乘波前体和内收缩进气道的各自优势。     

Enhancing the efectiveness of film cooling

Advanced gas turbine stages are designed to operate at increasingly higher inlet temperatures to increase thermal efficiency and specific power output.To maintain durability and reasonable life,film cooling is needed in addition to internal cooling,especially for the first stage.Film cooling lowers material temperature by forced convection inside film-cooling holes and by forming a layer of coolant about component surfaces to insulate them from the hot gases.Unfortunately,each cooling jet forms a pair of counter-rotating vortices that entrains hot gas and causes the film-cooling jet to lift off from the surface that it is intended to protect.This paper gives an overview of efforts to enhance the effectiveness of film-cooling.This paper also describes two new design concepts.One design concept seeks to minimize the entrainment of hot gases underneath of film-cooling jets by using flow-aligned blockers.The other design concept shifts the interaction between the approaching hot gas and the cooling jet to occur further above the surface by using an upstream ramp.For both design concepts,computational fluid dynamics results are presented to examine their usefulness in enhancing film-cooling effectiveness.      

Potentials of manufacture and repair of nickel base turbine components used in aero engines and power plants by laser metal deposition and laser drilling

IntroductionExpensive turbine parts like HPT(HighPressure Turine)blades or vanes are replaced bynew parts in case of damage.For example theburn through of the inner side of a blade or vane(Figure 1)is a frequently appearing damage,which cannot be repaired…