Cr对ZrO2/Ni热障涂层界面结合的影响

热障涂层广泛用于航空、航天领域,涂层与基体的界面结合强弱是决定涂层寿命的一个关键因素.为了提高其使用寿命,必须要求涂层与基体的界面有较好的结合.利用密度泛函理论框架下的第一性原理离散变分(DV)方法研究了ZrO₂Ni热障涂层界面的能量学和电子结构,讨论了替位型掺杂的Cr在ZrO₂Ni热障涂层界面中的作用.结果表明:Cr容易偏聚于界面处(偏聚能达6.03eV),Cr使得体系结合能增加,体系更稳定,有利于界面的结合;界面处原子电荷占据数和电荷密度计算表明:加入Cr后跨界面方向的电荷密度增加,同时也使得界面内电荷密度增加,这有利于跨界面方向的以及沿界面方向的成键,从而加强了涂层与基体材料的结合.     

循环湿热环境下碳纤维复合材料的界面性能

针对CCF300/5428复合材料在循环湿热环境下的吸湿-脱湿行为和层间剪切性能进行了研究,并结合扫描电镜观察了循环湿热处理的不同阶段纤维/基体界面结合状态.研究结果表明:经过反复吸湿后,水分的初始扩散速率和饱和吸湿率增加;脱湿后水对复合材料层间剪切性能的影响大部分可以消除;复合材料吸湿后室温环境下性能下降较少,但在高温高湿环境下,复合材料的性能会显著降低.     

AZ91D镁合金表面热扩散渗锌膜层研究

为了提高AZ91D镁合金的耐腐蚀性能和表面硬度,对其进行了表面热处理扩散渗锌处理,并对其得到的膜层表面和断面形貌、结构组成、耐腐蚀性能、显微硬度等性能进行了探讨,测量了该合金热扩散渗锌前后试样的阳极极化曲线和交流阻抗图,这些试验结果都表明在AZ91D镁合金材料表面进行热扩散渗锌获得的表面膜层均匀细致,膜层由Mg₇Zn₃、Mg和Zn构成,而且该膜层与基体相比耐腐蚀性和对镁合金基体的防护性能有了显著提高,并具有较高的表面显微硬度.     

PP/活化炭黑复合材料磁致伸缩与交流电性能

炭黑微粒子进行活化处理后,以10％(质量分数)的比例填加到聚丙烯基体中制备了复合材料,对其进行交流电性能和磁致伸缩性能测试.测试结果表明,聚丙烯/活化炭黑复合材料同时具有导电性能和磁致伸缩性能.复合材料交流电性能参数随频率的变化规律表明活化炭黑在聚丙烯基体中已形成导电网络.复合材料磁致伸缩性能测试过程中发现了3个现象:这种复合材料具有较大的磁致伸缩应变,最大的磁致伸缩应变为1.15×10-4(115ppm);复合材料的磁致伸缩应变与磁场强度有关,这与传统的无机磁致伸缩材料相似,与之不同的是,此复合材料的磁致伸缩性能还与时间间隔有密切的关系;复合材料的磁致伸缩性能具有非常明显的滞后效应,而通常被认为是典型磁致伸缩材料的无机物Tb_xDy_1-xFe_2-y则不具有这种效应.      

经编织物增强聚丙烯复合材料

采用2种不同编织形式的经编织物经过热压成型制备了连续玻纤增强聚丙烯(GF/PP)复合材料,并利用扫描电子显微镜对该复合材料的浸渍状态微观形貌和空隙率进行了分析.同时研究了织物结构对复合材料浸渍性能的影响,讨论了影响复合材料力学性能的因素及其变化规律,比较了2种织物的编织形式.结果表明,经编织物法是制备热塑性复合材料的可行途径;不同织物形式具有不同的浸渍性能,直接影响复合材料的力学性能.      

复合材料结构三维有限元分析的材料参数

在调研现有文献复合材料结构三维数值分析中材料参数的基础上,阐述了基于单层板材料性能数据建立复合材料三维材料参数的方法.通过对复合材料π接头结构的三维数值模拟和试验,研究了三维材料参数中不确定参数对结构刚度预测的影响;分别采用三维修正的最大应力准则、最大应变准则、蔡-胡准则和Hashin准则评价π接头的初始破坏,结合试验数据,研究不同失效准则对复合材料π接头结构的适用范围以及材料参数对初始破坏强度预测的影响.研究工作可为一般层合复合材料结构的三维建模提供参考,并为深入理解复合材料π接头结构力学性能、准确预测其破坏强度提供理论支持.     

复合材料层板低速冲击损伤有限元模拟

利用三维动态有限元模拟计算复合材料层板的低速冲击损伤的过程,采用了基体开裂判据和分层扩展判据,分类考虑不同的损伤形式,通过修正损伤铺层材料的常数来模拟层板损伤所造成的局部刚度下降对冲击过程的影响,讨论了接触定律在冲击损伤问题中的适用性,并结合实验结果给出适于严重冲击损伤层板的卸载定理,模拟计算结果得到的低速冲击后各界面的分层损伤面积与实验结果吻合较好。     

基于理想界面的均匀化方法

评述了分析单向纤维增强复合材料及纺织复合材料宏观等效弹性性能的有代表性的力学模型,指出了各力学模型的特点.针对经典力学模型分析结构复杂的纺织复合材料的力学性能的局限性,直接从组分相的本构方程出发,分别将应力、应变张量在相间界面分解成互相正交的2个部分:面内分量和面外分量. 在理想界面条件下,考虑了纤维与基体的相互作用,建立了基于理想界面的均匀化方法.选取CCA模型分析了单向纤维增强复合材料的弹性性能,得到了满意的结果.     

复合材料低速冲击损伤分析方法

为了研究复合材料层间损伤,建立了一种新型零厚度界面单元模型,可以准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的分层损伤.模型包括本构关系建立、损伤准则和损伤演化引入,并在大型商用有限元软件ABAQUS用户单元子程序VUEL中实现.层内使用三维实体单元,采用三维Hashin准则作为纤维与基体损伤的判据,并在用户子程序VUSDFLD中实现.将该模型应用于国产碳纤维增强树脂基复合材料(CCF300/5428)低速冲击与冲击后压缩的模拟分析中.结果表明:此方法能够准确预测复合材料低速冲击与冲击后压缩过程中的损伤,为复合材料低速冲击损伤分析提供了一种有效的方法.     

A100钢表面粗糙度与HVOF碳化钨涂层结合强度

采用超音速火焰喷涂方法在AerMet100钢(A100钢)基体上制备了WC10Co4Cr涂层,研究了不同喷砂条件对AerMet100钢表面粗糙度变化及对涂层与基体结合强度的影响.之后将涂层使用化学方法退除,观察涂层制备对AerMet100钢基体表面状态的影响,分析了粗糙度与涂层结合强度之间的关系.结果表明:AerMet100钢基体不同吹砂工艺产生的表面粗糙度 S_a=0.994~4.983 μm时,超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层的结合强度均不低于72 MPa.喷涂涂层过程对基体表面状态没有较大影响:基体粗糙度 S_a<2 μm时,喷涂后,基体表面的粗糙度略有降低;基体粗糙度 S_a>3 μm时,喷涂后,基体粗糙度略有升高.超音速火焰喷涂的碳化钨钴涂层与AerMet100钢基体的结合同时存在物理与机械力结合,以前者为主要结合力.     

Melting and solidification of metallic composites in space

Metallic matrix composites are a relatively new type of strengthened metals. Other properties such as wear resistance or thermal and electrical conductivity can also be modified. One can distinguish solid phase and liquid phase fabrication methods. The latter need only a relatively simple equipment and are particularly suited for complex shapes. The interfacial phenomena, the arrangement of the dispersed particles or fibres and the solidification behaviour of the matrix have to be understood in order to enhance the properties of the composite. The microgravity environment of space drastically influences several phenomena occurring during fabrication such as the fluid motion in the liquid matrix and the transport of the solid particles or fibres. The results of our space experiments in SL1, D1, TEXUS 6,7 and 9 on copper and aluminium based composites are summarized in this context. Two topics are treated more in detail, namely the role of interfacial energies and the expulsion of particles by the solidification front. Further, the relevance of space processing is illustrated for oxide dispersion strengthened metals. Finally the constraints of previous experiments and suggestions for future research are mentioned.     

Zn-Cr2AlC复合材料的制备与摩擦磨损性能

为改善金属Zn的摩擦磨损性能,采用热压法制备Cr₂AlC陶瓷颗粒增强Zn基复合材料,并研究了Cr₂AlC质量分数对复合材料的金相组织、维氏硬度、相对密度及摩擦磨损性能的影响。结果表明,复合材料的硬度随着Cr₂AlC质量分数的适量增加而明显升高。当Cr₂AlC的质量分数达到20%时,复合材料的硬度是纯Zn的1.52倍。摩擦磨损实验表明,Cr₂AlC颗粒的引入,可显著改善复合材料的摩擦磨损性能,摩擦系数由纯Zn的0.75降到Zn-20%Cr₂AlC的0.65,Zn-30%Cr₂AlC的磨损率相比纯Zn下降了80.54%。分析磨损表面形貌,得出其磨损类型为磨粒磨损和剥层磨损。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料弹性常数测量

为研究粉末冶金制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)中SiCp含量对材料机械性能的影响,使用弹性波法测量了SiCp含量不同的标准试样的弹性常数矩阵.利用Christoffel方程建立了横观各向同性材料波速与弹性常数之间的关系,介绍了水浸斜入射法测量准横波和准纵波波速的基本原理和测量过程,基于上述原理进行了试验,计算出了被测试件的弹性常数.结果表明,SiCp/Al沿挤压方向的机械性能最高,并且随着SiCp含量的增加,弹性常数变大,材料的强度升高.     

防弹芳纶复合材料实验研究

研究以Ｔｗａｒｏｎ纤维织物为增强材料的复合材料的防弹特性，通过大量实弹试验，初步优化了树脂基体体系，并着重分析了不同树脂基体，不同树脂含量，不同固体压力等对其芳纶复合材料弹道性能的影响，揭示出了一定的规律，所得结果对防弹芳纶复合材料的进一步研究与开发应用有参考价值。     

Solidification and Crystal Growth on the SJ-10 Recoverable Scientific Experiment Satellite

The low-gravity environment aboard the space provides a unique platform for understanding crystal-growth-related phenomena that are masked by gravity on the Earth and for exploring new crystal growth techniques. We have characterized the wetting behavior of metal alloys and carried out melt growth of compound semiconductors under the support of materials science program in the SJ-10 recoverable satellite. We found that interfacial reaction plays a significant role in the interfacial evolution of Sn-based alloys. Detached growth of InAsSb was realized under microgravity, whereas during the terrestrial experiment the crystal and the crucible wall contact with each other. Moreover, the suppression of buoyancy-driven convection results in a more uniform composition distribution in the InGaSb and Bi₂Te₃-based semiconductor alloys.      

Space Materials Science in China: I. Experiment Studies under Microgravity

The virtual absence of gravity-dependent phenomena in microgravity allows an in-depth understanding of fundamental events that are normally obscured and therefore are difficult to study quantitatively on Earth. Of particular interest is that the low-gravity environment aboard space provides a unique platform to synthesize alloys of semiconductors with homogeneous composition distributions, on both the macroscopic and microscopic scales, due to the much reduced buoyancy-driven convection. On the other hand, the easy realization of detached solidification in microgravity suppresses the formation of defects such as dislocations and twins, and thereby the crystallographic perfection is greatly increased. Moreover, the microgravity condition offers the possibilities to elucidate the liquid/solid interfacial structures, as well as clarify the microstructure evolution path of the metal alloys (or composites) during the solidification process. Motivated by these facts, growths of compound semiconductors and metal alloys were carried out under microgravity by using the drop tube, or on the scientific platforms of Tiangong-2 and SJ-10. The following illustrates the main results.      

航空用国产碳纤维/双马树脂复合材料湿热特性

针对1种航空用国产T700级碳纤维和4种双马树脂（QY9611、5429、QY9512、QY8911-4）,采用3种湿热条件（100℃水煮、70℃水浸、70℃/85%相对湿度）对其复合材料单向层板进行湿热处理,通过研究吸湿量、扩散系数、显微结构、化学成分、耐热温度及力学性能,分析了复合材料的湿热特性。结果表明,4种复合材料在3种湿热条件下的吸湿行为均符合Fick第二扩散定律,100℃水煮时平衡吸湿量和扩散系数最大,70℃/85%相对湿度时两者最小。4种复合材料吸湿速度有明显区别,这与其原材料形式和成型工艺不同有关。湿热处理未导致复合材料内部产生损伤和化学变化,主要引起增塑效应,导致玻璃化转变温度降低。复合材料的90°拉伸性能测试结果表明,高温和吸湿耦合作用下复合材料力学性能衰减更为明显,破坏模式由基体开裂转变为界面脱黏和开裂。      

单向纤维集束的树脂浸润影响因素

运用自行研制的浸润特性测试系统,研究了环氧树脂对单向纤维集束的浸润行为,分析了纤维体积含量、树脂温度、纤维种类及纤维表面浸润剂等因素对浸润的影响规律.研究表明,增加纤维体积含量、升高树脂温度、去除纤维表面浸润剂均可加快环氧树脂对纤维集束的平均浸润速率.研究结果对指导复合材料成型工艺的合理设计、开发浸润特性表征新方法具有重要的意义.      

Enhanced Landsat and HCMM imagery for mineral exploration in contrasting areas of subtropical humid and semi-arid terrain

The role of multispectral and thermal imagery in mineral exploration is evaluated for two areas with favourable geological conditions within contrasting physical environments — one in the semi-arid low tree and shrub savannas of western Queensland and northern South Australia, the other in the humid subtropical forest zone of western Yunnan, China.For both areas Landsat imagery was used to identify structures and lithologies favourable for mineralization and locate ironstones/gossans indicative of mineralized bedrock. HCMM imagery was used alongside Landsat imagery to identify former and ephemeral drainage patterns important for the interpretation of geochemical data over covered ground in Australia. Interpretations were made of enhanced colour composites, outputs of MSS band ratios and colour rotated images generated from both NASA film products and CCTs. These were checked by field studies during which plant, soil and rock chip samples for subsequent metals analyses were collected from areas of anomalous vegetation and from barren ironstones. Some rock chip samples from Australia contained concentrations of copper or lead or small amounts of other metals. In China geobotanical anomalies over ironstones from which soil and rock samples yielded copper, lead, zinc, tin and silver suggest the presence of a major belt of potential multi-metal mineralization.