激光加工非金属复合材料的研究与应用进展

非金属复合材料是一种低密度、高强度、高模量的高性能材料，目前已经成为航天卫星上不可或缺的关键结构材料。但与此同时，该类材料也是一种极难加工的各向异性非均质材料，采用传统的接触式方法加工易产生崩边、分层、起毛、撕裂等问题。激光制造技术作为一种开始逐步走向实用化的先进制造技术，具有材料去除能力强、加工精度高、损伤可控等一系列优点，是一种实现非金属复合材料高性能加工、满足现有和未来需求的理想方法。本文围绕航空航天领域应用较为广泛的碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料和陶瓷基复合材料，系统地综述了国内外激光加工非金属复合材料的研究与应用进展。其中技术分支涉及切割、制孔、铣削刻蚀、清洗等实体减材制造技术。最后对非金属复合材料激光加工方法的未来研究重点和工程应用前景进行了总结与展望。     

国产5056铝蜂窝芯的制备与性能评价

针对太阳翼基板用高性能低密度5056铝蜂窝芯的需求，开展了国产5056超薄铝箔制备及配套阳极氧化表面处理、国产5056铝蜂窝的制备和性能评价。研制的国产5056铝蜂窝芯公称密度17.28 kg/m³，节点强度为1.87 kN/m，蜂窝芯裸压缩、平面压缩、L向剪切、W向剪切强度分别达到了0.29、0.31、0.38、0.27 MPa，力学性能均达到了进口蜂窝芯的水平。蜂窝芯胶膜热破工艺性能较好，网格夹层结构节点无脱开，弯曲刚度和强度测试值均达到了进口蜂窝测试值的水平，可以满足使用需求。试验结果可为后续高性能低密度铝蜂窝芯的型号应用及原材料国内自主保障提供数据基础及技术基础。     

国产高模碳纤维/环氧复合材料在太阳翼基板上的应用研究

基板是空间太阳电池阵电池电路的安装基础，“上下碳纤维复合材料网格面板+铝蜂窝芯+聚酰亚胺膜”是基板的典型结构。高模量碳纤维作为太阳翼核心关键原材料，必须实现自主可控，避免受制于人。为此，开展了国产高模碳纤维CCM40J-6K/环氧复合材料在太阳翼基板上的应用试验研究，提出了CCM40J-6K/环氧复合材料在产品应用上的宏观力学、微观网格抗拉脱、聚酰亚胺膜粘贴等三个关键环节，针对性地设计并实施了常温和高低温交变力学性能、网格面板节点结合力、聚酰亚胺膜粘贴性能以及基板结构热循环性能等5个方面的测试验证。验证结果表明：CCM40J-6K太阳翼基板各项力学性能与进口M40JB-6K相当，可以沿用原M40JB-6K相关基板成型工艺，单层及多层铺层基板试验件能够经受高低温交变及热循环恶劣环境，试验件试验前后力学性能无明显变化，且聚酰亚胺膜无脱粘现象，网格节点拉伸强度国产碳纤维网格面板相比进口碳纤维网格面板高18.9%。说明国产碳纤维CCM40J-6K能够应用于太阳翼基板结构研制。     

残余应力超声测量技术影响因素研究

针对大型空间站寿命和质量进一步提高带来的残余应力精确测量问题，开展了影响残余应力测量准确性的因素和校正方法研究，在对温度、工件表面粗糙度、换能器耦合状态等原因分析的基础上，对主要影响因素引起的测量误差进行试验测定。试验结果表明：温度变化、工件表面粗糙度、换能器耦合状态等因素都可能引起较大的测量偏差，需引入温度补偿系数、表面粗糙度试块校正、优选耦合剂等修正与控制方法；有效控制影响因素，能够提高超声波检测残余应力的精准度，减小测量误差。该研究可为超声波残余应力测试技术在航天器舱体结构的应用发展提供技术参考。     

航天器用钛合金表面镀覆技术

介绍了改进的钛合金镀覆前处理工艺,采用二次酸性浸锌的方法对钛合金进行活化,克服了钛合金表面易氧化造成的镀覆层结合不良的问题,并对比了不同磷含量对化学镀镍层结合性能的影响,在TC4及TA1钛合金表面制备得到了结合强度高的化学镀镍、镀金、镀银层。通过热震和划格法测试钛合金表面镀覆层与基体的结合强度;利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、3D显微镜、金相显微镜等方法对镀层微观形貌和组成进行测试;并测试了镀层的电化学性能、镀银层的导电性以及镀金层的热辐射性能。实验结果表明:采用酸性浸锌溶液对钛合金进行活化,并以中磷镍作为底镀层,能够显著提高钛合金表面镀覆层的结合强度。化学镀镍层的腐蚀电位相对于钛合金基体提高了60 mV,镀金层的腐蚀电位则提高了600 mV。镀层的导电性、热控性能等都较基体钛合金有明显的提高。     

5B70合金大尺寸锻环成形工艺及组织性能

针对大尺寸5B70锻环性能提高需求，通过对5B70均匀化铸锭进行不同温度和应变速率下的热压缩模拟，获得应力应变数据并拟合了该合金的热加工图，以指导大尺寸锻环成形。从热加工图中得到该合金合适的热变形温度为400~450 ℃，变形速率为0.1/s左右最为合适。根据该加工图，采用相同条件的环锻工艺，制备了5B70铝镁钪合金试验件和尺寸为Ф2 900 mm×Ф2 600 mm×700 mm成品环件，并讨论了热变形工艺对成形件组织和性能的影响。结果表明，铝镁钪合金在该热变形条件下进行塑性变形，没有出现加工失稳等变形缺陷，可获得力学性能和塑性综合表现良好的铝镁钪合金成形件。     

基于湿热老化试验的航天器用丁腈橡胶贮存寿命预测

采用湿热加速老化试验的方法对航天器用丁腈橡胶材料的老化性能进行研究。以拉伸强度作为性能评价指标，结合Arrhenius模型与Eyring模型，建立航天器用丁腈橡胶材料的湿热老化寿命预测模型，并利用该模型预测丁腈橡胶材料的贮存寿命。结果表明，在湿热老化试验过程中，温度和湿度对丁腈橡胶材料的力学性能产生了较大影响；温度升高和湿度增加有利于丁腈橡胶材料老化反应速率的提高；以拉伸强度作为考察指标推算出丁腈橡胶材料在温度20 ℃、相对湿度60%的环境条件下贮存寿命为5.71年。     

纤维复合材料激光加工进展及航天应用展望

纤维增强复合材料(FRPs)因其优异的力、热、电磁、化学等性质被广泛应用于航天、航空等领域。作为一种各向异性、非均质的难加工材料，纤维复合材料的传统加工方式存在精度、损伤及效率等问题，为其激光加工技术的快速发展提供了机遇。综述了激光加工技术在实验研究、理论与仿真等基础研究方面的进展，分析研究热点和发展趋势，指出纤维复合材料超快激光加工存在的问题及挑战；报告了纤维复合材料在激光切割与制孔、激光铣削、激光表面处理和连接技术、激光辅助成形等方面的研究及应用进展；针对航天器(特别是空间飞行器)先进制造应用，提出了纤维复合材料产品激光宏观加工和激光微细制造技术的潜在应用方向，展望了实现应用所需发展的工艺装备，以期为后续该类材料产品的激光加工应用提供参考。     

聚酰亚胺泡沫夹层结构胶接工艺

新型卫星平台对具有较低热导率和较高尺寸稳定性的聚酰亚胺泡沫提出应用需求，为保证聚酰亚胺泡沫夹层结构胶接质量可靠性及工艺可实施性，需要对胶黏剂进行选型与性能评价。本文对硅橡胶（RTV-X，GD414）进行试验和讨论，通过胶黏剂力学性能、耐温性能、流变性能、90°剥离性能对比，确认RTV-X胶黏剂适用于聚酰亚胺泡沫夹层结构胶接工艺。通过分析验证确定胶接加压方式和胶接压力，并对试样进行高低温力学性能、温度冲击后力学性能考核，总结出以RTV-X为胶黏剂采取正压力≥1 kPa制备出的聚酰亚胺泡沫夹层结构胶接工艺可靠，制品胶接质量良好。所得结果可为深空探测等更多型号任务需求提供工艺参考。     

铝锂合金曲面件超低温成形工艺

针对铝锂合金室温成形性差和热成形性能弱化的难题,利用发现的超低温下伸长率与硬化指数同时提高的双增效应,提出铝锂合金曲面件超低温成形新工艺。通过2195铝锂合金板材在不同温度和热处理状态下的超低温变形行为研究,确定发生双增效应的临界温度为低于-140℃,伸长率可提高至40%以上、硬化指数达到0.44;利用建立的超低温成形工艺实验装置,首次试制出直径200 mm的2195铝锂合金球底曲面件,深径比达到0.55、成形极限提高104%;阐明超低温成形试件壁厚分布规律与回弹规律,最大减薄率为10.3%。