增材制造γ–TiAl合金超声喷丸表面完整性数值及试验分析

为探究超声喷丸对增材制造γ–TiAl合金表面完整性的影响特性,验证有限元数值模型的可行性,以电子束熔化制备的γ–TiAl合金试样为研究对象,建立超声喷丸三维有限元模型,对不同喷丸参数下试样表面粗糙度及应力场分布进行仿真分析。采用不同喷丸参数对试样表面进行0.15 A、0.25 A两种喷丸强度的超声喷丸试验,揭示喷丸工艺对电子束熔化γ–TiAl合金微观形貌、残余应力分布、表面粗糙度及显微硬度等表面完整性的影响规律,验证仿真模型的有效性。结果表明,超声喷丸处理后,试样表层晶粒尺寸得到细化,产生了由表层至深层的晶粒尺寸梯度变化,形成了约150～250μm深的残余压应力层;此外,相同弹丸直径下,提高喷丸强度可显著增加试样表面粗糙度均值的分布,相同喷丸强度下,增加弹丸直径可有效降低试样表面粗糙度;超声喷丸试样表面显微硬度相对未喷丸试样表面（305HV）提高显著,最大显微硬度均出现在距离表层最近的测量点位置,其影响层深度可达300～500μm。     

强流脉冲电子束金属材料表面改性处理

对典型金属材料,包括共析钢T8、模具钢D2和金属间化合物Fe-40Al进行强流脉冲电子束表面改性试验,分析了处理层显微组织和性能变化规律,明确"脉冲加热"与"脉冲熔化"处理模式,探讨强流脉冲电子束金属材料表面改性的工艺方法.     

CFRP表面纳米晶镀层的制备

文摘采用化学镀和脉冲电镀在CFRP表面制备纳米晶镀层;通过对镀层X射线衍射结果的分析得到,该工艺下脉冲电镀得到的晶粒为纳米晶,其尺寸为50~53 nm,并随着电镀时间的增加缓慢增加,平均增大速率为1 nm/h;试件粗化、化学镀、电镀后表面粗糙度呈现减小的趋势。化学镀后,粗糙度由1.55减小至1.34μm,脉冲电镀后,粗超度由1.34减小至0.96μm。总体粗糙度值减小了36%。     

激光重熔对喷射电沉积纳米结构镍涂层性能影响研究

采用喷射电沉积方法在45钢基体表面制备了纳米结构镍涂层,研究了激光重熔工艺对涂层性能的影响。用扫描电镜和X射线衍射仪对涂层表面形貌和晶粒尺寸进行分析,并对涂层做表面显微硬度测试和耐腐蚀性试验。结果表明:在优化的工艺参数下,喷射电沉积制备的镍涂层表面比较平整、结合较致密,由平均尺寸为13.7 nm的纳米晶颗粒组成,但涂层中仍存在一些孔隙及其它缺陷;经过激光重熔后,熔融区内的晶粒尺寸明显减小,涂层致密化程度有所提高并使涂层与基体由机械结合变为冶金结合,因此涂层的表面显微硬度和耐腐蚀性能得到明显的提高。     

激光熔覆沉积成形NbMoTaTi难熔高熵合金的组织与强度研究

通过激光熔覆沉积技术制备应用于航空航天工业的Nb Mo Ta Ti难熔高熵合金材料,通过X射线衍射判断出成形的合金晶体结构为体心立方的单相固溶体结构。高熵合金晶粒尺寸大多在2~12μm之间;平均显微硬度为397.6HV,室温抗压强度为1301.83MPa,1000℃高温抗压强度只达到347.28MPa,其原因可能与激光熔覆沉积成形Nb Mo Ta Ti高熵合金的过程中产生的气孔、未熔化/不完全熔化的Ta粉末粒子和裂纹有关,需进一步研究。     

纳米结构莫来石粉体喂料的制备与表征

环境障涂层（Environmental barrier coating,EBC）是设立在服役环境和发动机材料之间阻止或减小环境对发动机侵蚀的表面防护层。莫来石具有良好的耐高温性、化学兼容性、抗氧化性和导热性,被视为环境障涂层的重要材料。对纳米结构莫来石粉体喂料的制备工艺进行了研究,目的是制备出球形度好、表面光滑、流动性好、致密度高的纳米结构粉体喂料。以纳米Al2O3、SiO2粉体为原材料,采用湿法球磨、喷雾干燥、固相烧结的方法制备了用于环境障涂层的纳米结构莫来石粉体喂料。借助X射线衍射仪和扫描电镜研究了粉体喂料在不同热处理温度下的组织与形貌。结果显示,1300℃+150 min的固相烧结的球形度与喷雾干燥所得的球形度保持一致,表面也较为光滑,缺陷较少,莫来石粉体喂料的粒径在60μm左右,晶粒为纳米结构。     

沉积温度对碳芯SiC 纤维微观结构的影响

以沥青基碳单丝为基体,一甲基三氯硅烷为碳化硅前驱体,使用通电加热的冷壁CVD工艺,温度在1 473～1 773 K,制备了碳芯SiC纤维.采用扫描电子显微镜和拉曼光谱对纤维的表面形貌及结构进行了表征,研究了沉积温度对其结构的影响.结果表明,SiC涂层为β-SiC晶型.沉积温度的升高引起了沉积速率的增加以及SiC涂层晶粒尺寸的长大.同时,导致碳芯中心区域发生结构重排,引起了该区域取向度的提高以及晶粒尺寸的减小.     

电子束物理气相沉积La2Zr2O7热障涂层研究

为克服传统热障涂层材料YSZ耐温性能和隔热性能的不足,以ZrO2和La2O3为原料,采用无压烧结法合成了烧绿石结构化合物La2Zr2O7,用电子束物理气相沉积(EB-PVD)法在高温合金基体上制备了La2Zr2O7涂层,分析了涂层的成分,并对其显微结构、热物理性能与传统YSZ热障涂层进行了对比研究.结果表明,La2Zr2O7涂层成分处于P结构范围内,呈典型的柱状晶结构,柱状晶头部呈明显的金字塔形状.与传统YSZ柱状晶相比,La2Zr2O7涂层的柱状晶紊乱度更大,尺寸更加细小,并且柱状晶上的树枝状亚晶更多.在25～1200℃范围内,La2Zr2O7涂层的热导率最大为0.985W/(m·K),最小为0.796 W/(m·K),大大低于同条件下的YSZ涂层.低本征热导率、小柱状晶直径、大紊乱度、密度轻及高孔隙率是造成La2.Zr2O7涂层低热导率的主要因素.     

ZrO2陶瓷热障涂层显微结构及隔热性能研究

用电子束物理气相沉积法(EB-PVD)在DZ125高温合金上制备Y2O3部分稳定化的ZrO2(YSZ)陶瓷热障涂层,并用扫描电镜(SEM)观察涂层显微结构.采用激光脉冲法对EB-PVD热障涂层的热扩散系数进行测试.为防止热扩散系数测试时激光穿透ZrO2陶瓷层,在试样表面制备不同材料的遮挡层.结果表明,EB-PVD热障涂层呈明显的柱状晶结构,柱状晶垂直于涂层/基体界面.基体的热扩散系数随温度的升高而急剧增加,陶瓷热障涂层的热扩散系数随温度的升高呈下降趋势,但变化幅度不大.室温下陶瓷层的热扩散系数小于基体的1/3,1200℃时约为基体的1/67.试样的激光遮挡层很好解决了激光脉冲法测试涂层热扩散系数时的不稳定性和激光穿透问题.在满足遮挡要求的条件下,遮挡层材料种类对热扩散系数测试无明显影响.     

颗粒增强金属基纳米复合材料脉冲电沉积制备研究

采用脉冲电沉积,在普通碳钢表面制备了Ni-W-P／CeO2-SiO2颗粒增强金属基纳米复合材料,研究了脉冲峰值电流密度和脉冲占空比对电沉积过程的影响,采用纳米颗粒的质量百分含量、沉积速率、显微硬度和表面形貌进行表征。结果表明：增加脉冲峰值电流密度或脉冲占空比,Ni—W—P基质金属晶粒细化,CeO2和SiO2纳米颗粒的质量百分含量提高。当脉冲频率为1000Hz,脉冲峰值电流密度和脉冲占空比分别为40A／dm^2和50％时,沉积速率最快（56．24μm／h）,显微硬度最高（712Hv）。此时,Ni—W—P基质金属轮廓清晰,晶粒细小而均匀,CeO2和SiO2纳米颗粒以弥散态均匀分散在基质金属中。