航空航天用高强度Mg-RE系合金的研究进展

近年来,镁稀土合金由于其高强度、低密度和高温性能良好等特点,在追求轻量化的航空航天产业当中受到越来越多的关注。总结当前主流的2系高强度Mg-RE合金(Mg-Gd和Mg-Y系合金)的性能特点、强化机制和研究进展,简要介绍其他Mg-RE合金的研究情况,最后回顾镁稀土合金在航空航天领域的应用。     

镁合金新材料及制备加工新技术发展与应用

镁合金是国际公认的最有潜力的轻量化材料之一,被誉为\"21世纪绿色工程金属\",其突出的结构减重效果有望解决我国关键装备和重大工程中迫切的轻量化问题.本文综述了近年来镁合金新材料的发展、镁合金制备加工新技术进展以及镁合金的应用发展现状,对当前镁合金领域存在的缺点进行了总结,并对镁合金未来发展重点及主要任务进行了展望.     

Corrosion Resistance of Ni-P Composite Coating on Mg Alloy： Critical Role of the Intermediate Phosphate Conversion Coating Layer for Suppressing Galvanic Couple Formation

Electroless nickel (EN) plating can give rise to the severe galvanic corrosion of the magnesium (Mg) alloy matrix, owing to its nobler electrochemical potential than Mg alloy. To hinder the formation of galvanic couple, an intermediate phosphate conversion coating (PCC) layer is introduced between the EN layer and the Mg alloy matrix. Since the ceramic-like PCC layer cannot be catalyzed, a low-cost Ag-activation technique is used to process the PCC layer before electroless plating. The cross-section morphology and element distribution of the PCC-EN composite coating indicate that the PCC intermediate layer can effectively separate the Mg alloy from the EN layer. Moreover, the results of electrochemical tests suggest that the PCC-EN composite coating has a better corrosion resistance in comparison with the EN coating and AZ91D Mg alloy.     

基于应变量耦合的低成本Ti-Al-V-Fe合金本构关系

为了获取新型低成本Ti-Al-V-Fe合金热成形工艺窗口,研究了热加工参数为变形温度875~1100℃、应变速率0.001~1 s^-1、变形量70%的低成本Ti-Al-V-Fe合金热变形行为。结果表明:流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比,合金为典型负温度、正应变敏感材料。以热模拟实验数据为依据,运用多元线性回归方法,确定了材料常数与应变的函数关系,建立了基于应变量耦合的α+β两相区及β单相区Arrhennius本构方程,其耦合系数为0.98,表明建立的模型在给定任意应变量时可准确预测流变应力。根据热激活能,判别合金在不同相区软化机制,单相区为动态回复,两相区为动态再结晶。     

航空航天用镁合金的研究进展

基于航空航天结构轻量化发展的需求,对高性能镁合金的研究进展进行了回顾,重点介绍了AZ系、ZK系、Mg-RE系和Mg-Li系合金在航空航天领域的研究进展与应用现状。综述了先进镁合金研发的技术与应用瓶颈,以及目前最常用的合金化和热处理等合金性能改进方法,介绍了镁合金研究在未来航空航天领域的发展趋势。     

镁合金在航天器上的应用分析与实践

镁合金具有比强度、比刚度高,阻尼性好,电磁屏蔽能力、抗辐照能力强等优点,是特别适合航天器选用的轻质金属材料。文章针对航天器结构轻量化的发展需求,结合镁合金在航天器中的不同应用情况,分析了镁合金存在的耐腐蚀性、焊接和加工成型等工艺问题,给出了具体工艺方法和措施建议。     

高强耐热稀土镁合金研究进展

梳理了高强耐热镁合金的研究历程及现状。Mg-Gd(Y)-Ag和Mg-Gd(Y)-Zn系合金是目前强度最高的镁合金体系,铸造Mg-9.8Gd-2.7Y-2.0Ag-0.4Zr合金最优常温力学性能如下:抗拉强度(UTS),410 MPa;屈服强度(YS),300 MPa;延伸率(EL),2.3%。高强耐热稀土镁合金的大尺寸构件铸造工艺性亟需重点研究。总结了\"固溶强化增塑\"的合金设计、\"高、低稀土镁合金\"强韧性的设计与开发、\"低稀土总量、多元合金\"耦合强化设计、集成计算材料工程(ICME)等理念,对新型高强耐热铸造镁稀土合金的开发具有指导意义。     

轻质高性能镁合金开发及其在航天航空领域的应用

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,在航天航空、轨道交通、汽车、3C(computer,communication,consumer electronics)产品等领域具有广阔的应用前景。但镁合金材料强度偏低,尤其是高温强度,其抗蠕变性较差;镁合金铸件容易形成缩松和热裂纹,成品率低,镁合金变形件塑性加工条件控制困难,导致组织与力学性能不稳定。介绍了高性能镁合金材料(非稀土镁合金、含稀土镁合金、镁锂合金)及其成形技术(重力铸造、低压铸造、压铸、挤压铸造、半固态成形、塑性成形)的开发现状,综述了其在航天航空领域的应用状况,并展望了今后的发展趋势。     

镁合金铸件缺陷搅拌摩擦修复工艺方法

针对航天器铸件缺陷率高,修复难度大的现状,提出采用搅拌摩擦加工技术实现缺陷修复的新方法。首先制备了含缺陷的AZ91D镁合金试板,并以此作为实验材料进行了搅拌摩擦修复工艺实验,在旋转速度为500r/min,前进速度100mm/min,下压量为1.5mm的工艺参数下,修复区域成形良好。修复前后X射线照片表明,搅拌摩擦加工技术有效修复了镁合金试板中的铸造缺陷。最后对航天器铸件中常见的T形结构和角形结构开展了对应的实验研究,在现有条件下,采用自制简易夹具,可以完成T形结构和角形结构的搅拌摩擦加工。研究结果表明,采用搅拌摩擦方法修复航天器铸件缺陷从技术上是可行的。     

退火工艺对交叉轧制MB1镁合金组织及性能的影响

为解决镁合金塑性加工变形能力较差的问题,利用显微组织观察和力学性能测试方法,研究退火工艺对交叉轧制MB1合金组织和性能的影响。结果表明:晶粒一般随退火温度的升高和退火时间的延长,先细化后长大,且组织中的孪晶会消失;退火后,MB1合金抗拉强度下降,伸长率明显提高;在退火温度为330℃且退火时间为30 min的条件下性能最佳,此时合金抗拉强度为205 MPa,伸长率为24.1%。     

镁合金管材热挤压过程数值模拟研究

为了得到综合力学性能良好的AZ31镁合金管材,采用有限元软件DEFORM-3D对AZ31镁合金的挤压过程进行了模拟,定性分析了AZ31坯料温度场的变化及等效应力的分布规律,并计算了管材不同方向的最大拉应力曲线。结果表明热挤压的等效应力在模角拐弯处应力集中严重,温度场分布接近终了时进入等温挤压阶段,热挤压管材的横向裂纹产生的可能性较大,分析结果为工艺实验提供了指导作用。     

质子和离子辐照对镁稀土合金力学性能的影响

文章研究了质子和离子（氮离子）辐照对镁稀土（Mg-Zn-Y-Zr）合金拉伸性能、表面硬度及拉伸变形断裂行为的影响。经能量为170 keV,注量分别为5×1015 /cm2、1×1016 /cm2、2×1016 /cm2、1×1017 /cm2的质子或离子辐照后,合金的拉伸性能和拉伸断口形貌没有发生显著变化,表明质子和离子辐照对Mg-Zn-Y-Zr合金宏观力学性能的影响有限,这与辐照粒子（质子或离子）对合金的穿透深度浅有关。纳米显微硬度测试和扫描分析结果显示,经氮离子辐照后,Mg-Zn-Y-Zr合金被辐照面表层发生了一定程度的硬化,纳米显微硬度随着辐照注量的增加而逐渐增加,而质子辐照的硬化效果不明显。     

复合硅烷膜及双层硅烷膜对Mg-Gd-Y稀土镁合金耐蚀性的影响

针对镁合金耐蚀性方面的劣势,基于Mg-Gd-Y稀土镁合金的存储期及工序间腐蚀问题,利用硅烷化表面处理技术以提高镁合金耐蚀性。在传统单一硅烷膜的基础上,开发了多种硅烷复合而成的复合硅烷膜和双层硅烷膜,对其膜层结构做出了解释,并用电化学试验和浸泡试验进行耐蚀性试验验证。结果表明：复合及双层硅烷膜相较于单一硅烷膜,其自腐蚀电流密度降低了一个数量级,在质量分数为3.5% 的NaCl溶液中腐蚀时间由24 h提升到了168 h。     

运载火箭总体设计的MBSE模型装配方法

基于模型的系统工程(MBSE)方法的核心是建立高质量的一体化模型,单点模型难以保证支持与维护整个系统的功能及性能,因此模型装配是实现MBSE一体化建模的基础。围绕近年来构建的运载火箭系统的各单点MBSE模型,开展自顶向下的模型装配方法研究。搭建抽象级别高且可扩展的顶层模型树,明确各专业MBSE模型装配顺序和装配方法。最后以总体性能、弹道和气动3个专业为示例,实现运载火箭MBSE一体化模型建设,加速MBSE的转型落地工作。     

一种冷热交变环境下太阳帆应力保持方法

针对冷热交变环境导致太阳帆内部应力剧烈变化的问题,基于形状记忆合金(SMA)弹簧提出了太阳帆的张拉方案和薄膜应力保持恒定的方法,该方法利用形状记忆合金在高低温下的刚度非线性特性,有效补偿薄膜和支撑杆之间的间隙变化,以使薄膜内部应力基本保持恒定。针对六边形构型太阳帆开展了数值仿真,首先建立了太阳帆的热分析模型和力学分析模型,获取了高低温工况下的温度场。然后通过热致变形分析得到薄膜与支撑杆在高低温工况下的间隙变化,据此确定形状记忆合金弹簧的参数。最后对太阳帆在高低温工况下的薄膜内部应力进行了验证。     

超高强铝合金LC9的超塑性研究

工业牌号超高强铝合金LC9经过两种不同方式的预处理后,在一定的温度和应变速率范围内呈现出良好的超塑性。材料经过形变热处理(TMT)后,在最佳超塑性条件下拉伸(T_(TMT)=515℃,ε_(TMT)=1.66×10~(-3)s~(-1)),获得很高的延伸率δ_(TMT)=1300％,低的流变应力σ_(TMT)=1.7MPa和高的应变速率敏感性指数m_(TMT)=0.66。经过简单锻造预处理后,在最佳超塑条件下(T_f=405℃、ε_f=1.66×10~(-3)s~(-1)),材料仍能获得δ_(f)=380％、σ_(f)=16MPa、m_(f)=0.3。TMT预处理中,η相粒子分布状态对获取微细组织起着决定性作用,η相的回溶降低了材料的空洞敏感性,抑制试样早期断裂。经过两种方式预处理的试样超塑性断裂形式分别为空洞型失稳断裂和颈缩型稳定断裂。     

铌铪合金表面硅化物涂层的高温失效行为分析

铌铪合金为轨姿控液体火箭发动机推力室身部主要结构材料,在高温有氧的工作环境中易发生氧化粉化,必须在合金表面涂覆高温抗氧化涂层。通过分析铌铪合金表面硅化物涂层的高温氧化、高温热震、瞬时高温烧蚀和热试车行为,阐述高温条件下的氧化失效行为。试验结果为:涂层1 800℃以下氧化条件下,表面形成致密的二氧化硅氧化膜,使得涂层的氧化寿命大于2 h;1 800℃以上的超高温氧化条件下,高温热冲击作用,涂层内部形成大量的烧蚀型网格结构,表面未形成二氧化硅氧化膜,氧化寿命小于10 s;热试车考核中,涂层满足推力室外壁面温度1 350℃以下的使用工况,抗氧化能力较好,随着氧化温度升高,涂层高温抗氧化能力迅速衰减。