探针对AFM阳极氧化加工的影响研究

利用原子力显微镜AFM进行阳极氧化纳米刻蚀加工的实质是电场作用下发生下的电化学反应,探针是影响氧化加工重要的因素。在氧化加工过程中,探针曲率半径的大小和与样品表面的相对位置影响了表面电场的分布,从而影响了氧化物的结构。由于氧化及磨损的影响,探针会失效,而碳纳米管针尖的氧化加工可以获得更高精度的纳米结构。     

STM针尖-样品相互作用实验研究

研究了大气状态下应用扫描隧道显微镜(STM)对金薄膜和单晶硅材料进行了纳米级电场加工实验。分析了针尖和样品表面的相互作用机理,以及隧道间隙、隧道电流反馈、脉冲个数等因素对纳米点结构的加工产生的影响,并探讨了针尖磨损对纳米结构一致性的影响。     

环境气氛对钛合金微动磨损特性的影响

本文研究了TC11钛合金在氩气和空气环境中的微动磨损特性及其与主要试验参量(正压力、振动幅度与频率)的关系。同时,根据X射线衍射、能谱分析、离子探针及扫描电镜观察结果对TC11-TC11及TC11-GCr15摩擦副之间的微动磨损机理进行了较深入的探讨。结果表明,微动磨损随振幅及频率的增加而加剧。氩气中的微动磨损过程由两个阶段构成,即初期的粘着和后期的疲劳损伤,后者是由于作用在基体金属表层的交变剪切应力造成的。对于空气中的微动磨损,金属转移及脱层起着更为重要的作用。     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具磨损形貌及机理分析

针对难加工镍基高温合金GH4169切削过程中刀具磨损严重、加工效率低下、成本高等问题,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具高速铣削GH4169,获得了刀具的磨损形貌.采用电子扫描显微镜(SEM)观测了刀具的磨损形貌,通过能谱分析仪(EDS)分析了磨损刀具表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.结果表明:TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169时,刀具的磨损形态主要表现为微崩刃、微裂纹和剥落,刀具的磨损机理主要为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.     

基于等强度设计的发动机畸变试验径向多点探针研制

在分析发动机进气畸变试验环境复杂性的基础上,提出了探针强度失效的概念。根据对失效表现、失效机理的系统分析,构建了探针强度设计考核流程。依此流程,通过多轮强度迭代模拟与考核试验,设计了近似等强度径向6点总压探针,得出了探针强度失效动应力监视限值。利用所设计探针,顺利完成了发动机进气畸变试验测试,成功解决了因探针强度储备不足造成的径向测点被动删减问题,确保了畸变流场径向数据的全面性,为发动机畸变性能的准确评定提供了依据。     

接触疲劳磨损试验中球形磨损微粒形成机理研究

在接触疲劳磨损试验中，应用铁谱分析技术对整个试验过程进行工况监测，通过对监测结果的分析，阐明了接触疲劳磨损试验中球形磨损微粒形成的机理。     

钛合金砂带磨削磨粒磨损研究

探讨了砂带磨削钛合金的砂带磨粒磨损过程及磨损机理.验证了砂带磨损的初期磨损阶段和定常磨损阶段,并分析了切深和进给速度对砂带磨损过程的影响规律.结果表明,砂带等高性是决定砂带寿命与加工精度稳定性的决定性因素.     

基于微量润滑的钛合金高速切削涂层刀具磨损机理

使用TiAlN-F、AlTiN-ML和(nc-AlTiN)/(a-Si_3N_4)3种硬质合金涂层刀具,分别在干切削和微量润滑(MQL)条件下高速切削TC4钛合金,对比刀具寿命,分析刀具磨损形态和失效形式,研究刀具磨损机理。试验结果表明,在干切削条件下,不同涂层对刀具寿命影响不大。在微量润滑(MQL)条件下,涂层材料显著减缓刀具磨损,提高刀具寿命,其中(nc-AlTiN)/(a-Si_3N_4)涂层性能最优。在高速切削TC4钛合金时,粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损、磨料磨损相互作用,磨损机理较为复杂,刀具失效形式主要为崩刃、涂层剥落和磨钝。     

涂层硬质合金刀具加工镍基合金的应用

本文在对镍基合金进行系统车削实验基础上，研究了多种先进硬质合金刀片的切削性能。并对涂层硬质合金刀片独特的优良性能进行了论述。文中从抗磨料磨损、抗扩散磨损及抗氧化磨损几方面，对涂层刀具的切削机理进行了分析研究。     

某型机动力轴微动磨损分析与处理

在振动环境下,螺纹、花键等联接形式易产生微动磨损。本文对某型直升机科研试飞过程中出现的动力轴花键微动磨损现象进行了机理分析并给出了处理措施。     

Investigation of high-speed abrasion behavior of an abradable seal rubber in aero-engine fan application

Abradable seal rubber has been widely used in aero-engine fans to improve their efficiency by reducing the clearance between rotating and stationary components. To investigate the high-speed scraping behavior between a vulcanized silicone rubber and a Ti-6Al-4V fan blade and evaluate the abradable performance of seal rubber, abrasion tests were conducted at a blade tip velocity of 50–300 m/s with an incursion rate of 100 lm/s. The influences of the blade tip velocity on the wear mechanism and interaction forces were specially analyzed. It is shown that abrasive wear and pattern wear are the predominant wear mechanisms, and pattern wear can be seen as the emergence and propagation of cracks. With an increase of the blade tip velocity, both of the final incursion depth and wear mass loss of seal rubber exhibit growth trends. The gradual changes of rubbing forces with an increase of rubbing time are the characteristic of abrasive wear, and force curves with unstable mutations are a reflection of pattern wear. At a constant incursion rate of 100 lm/s, the maximum values of interaction forces decrease first and then grow with an increase of the blade tip velocity, and the blade tip velocity of 150 m/s becomes the cut-off point between abrasive wear and pattern wear.     

机匣转静刮磨后轴流压气机气动性能评估研究

为揭示机匣可磨耗涂层磨损造成的叶尖间隙和粗糙度变化对压气机气动性能的影响规律,针对不同刮磨形貌下Rotor 37转子性能进行了数值模拟研究。结果表明,压气机等熵效率和出口流量对刮磨间隙和粗糙度的变化较为敏感,降幅最高可达1.78%和0.83%,而压比变化不大;刮磨间隙深度增加,刮磨最深位置前移时,叶尖泄漏增强,泄漏流与上端壁附面层及主流相互作用演变为泄漏涡,与激波相互干涉,造成较大的叶尖损失;压气机气动性能受磨损区域粗糙度影响较小,虽然等熵效率对粗糙度变化较为敏感,但最大降幅也仅为0.38%。磨损区域粗糙度增加时,近壁区湍流波动加强且气流更易分离,引起叶尖泄漏流和叶片尾迹区域的流动结构变化,使压气机气动特性向低流量方向偏移。     

AFM电场诱导氧化加工技术制备微纳米结构

大气状态下利用接触模式原子力显微镜(AFM)动态电场和静态电场及轻敲模式AFM静态电场制备了一维纳米光栅,对纳米光栅结构的特征进行了比较并对电场诱导阳极氧化加工的机理作了相应的理论分析。     

过滤式阴极电弧沉积类金刚石薄膜的特性分析

利用自行研制的过滤式阴极电弧沉积装置,在硅片和高速钢基体材料上获得了类金刚石薄膜,分别采用扫描电镜、原子力显微镜、喇曼光谱以及磨损实验等手段对薄膜进行了分析研究。结果表明,所获得的类金刚石薄膜为非晶态,sp3含量最高达70%;基体材料对成膜质量影响较大,在硅片上薄膜的摩擦系数可达0.08;同时偏压的变化会引起喇曼谱线中D峰和G峰位置向低频移动,半高宽σG增大、σD减小。     

航空煤油泵轴尾机械密封副材料特性

为选择适合在航空煤油介质中工作的机械密封副材料,对材料的摩擦特性进行了研究,利用摩擦磨损试验机得到不同工况条件与表面粗糙度下材料的摩擦因数、温升,在原子力显微镜(AFM)下对3组典型配对材料的微观磨损形貌进行观测,分析磨粒磨损和黏着磨损的行为差异,计算磨损的关键参数。研究发现:聚四氟乙烯（PTFE)在既定条件下为性能最佳的软材料;硬材料表面粗糙度值为0.05时的摩擦性能最佳,不同硬材料间性能差异不大。研究发现PTFE在配磨材料上产生的犁沟效应最轻微,黏附的元素颗粒最少;黏着磨损会造成表面高度分布函数的偏移,利用离散化求解公式得到了黏着体积与平均黏着厚度。      

金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展

 简要报道本实验室目前在先进航空金属材料激光表面改性及高性能金属零件激光快速成形技术研究与应用的新进展。主要内容包括 :(1 )钛合金耐磨阻燃激光表面合金化与激光熔覆表面改性技术;(2 )刷式密封及指尖密封跑道高温自润滑耐磨涂层新材料及其激光熔覆制备新技术;(3 )难熔金属硅化物复合材料高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及激光熔覆涂层技术;(4 )高性能 /梯度性能钛合金及高温合金结构件激光快速成形技术。     

宽弦风扇叶片造型对碰摩振动的影响规律

基于造型叠加建立了参数化的宽弦风扇叶片模型,利用碰摩动力学研究了叶片造型对于机匣碰摩振动的影响规律。宽弦风扇叶片的复杂几何造型可能会增大碰摩的非线性程度,因此有必要研究叶片几何外型对于碰摩响应的影响。在圆柱坐标系下建立了叶片造型和几何参数间的关系,得到了风扇叶片的参数化模型。利用三次样条拟合简化了叶顶间隙的计算,研究了偏心碰摩工况下基准叶片的振动问题,分析了振动响应、涂层磨损、叶片应力三者间的关联性。基于涂层磨损程度判断不同造型叶片的碰摩特性,实现了针对碰摩-造型相关性的快速分析。计算结果表明:叶根通流角可以显著影响叶身长度,进而改变了叶片固有频率调整碰摩共振的中心频率;叶顶扭转角通过改变最小抗弯刚度方向,可有效减小碰摩共振转速区间;相较于前倾叶片,后倾叶片有着更好的碰摩稳定性。      

基于故障树分析法的压气机振动故障分析

为了研究某型压气机在部件试验过程中发生的振动异常故障,基于Isograph的故障树分析法,对33项底事件主要从流体激振、机械激振和测试系统复查等3方面进行定性分析。结合试验中的气动数据和监测数据,利用排除法(设计排查和实物排查)逐级确定各底事件的不可用度大小,选取其中不可用度最高的底事件再进行详细分析,确定了故障原因:有3片压气机第1级转子叶片的叶尖与对应的机匣发生偏摩,其转子不平衡量发生了较大变化。通过采取对磨损的叶尖部位进行抛修,重新对压气机转子进行动平衡的方法排除了该故障,使试验顺利开展。