非晶合金超快激光去除行为和切割质量试验研究

采用脉冲宽度为250fs激光对厚度为70μm的Zr–21Cu–4Al–1Ti(ZT1)非晶态合金进行表面去除、切割加工等试验。结果表明,超快激光与ZT1非晶合金交互作用有非热熔性和热熔性两种去除机制,两种去除机制对应的去除阈值分别为0.17J/cm~2和2.15J/cm~2。切割质量与能量密度密切相关,在激光能量密度超过热熔性去除阈值的较大参数范围(2.2J/cm~2F_012.8J/cm~2),可以获得无附带损伤的切割边缘,这与超快激光高斯能量分布特征和去除材料的阈值密切相关。     

一种可提高工具使用寿命的水喷表面处理法

苏联近期试验表明,钢质模具和工具利用高速水流的喷射作用,进行表面处理,能显著提高使用寿命。用于表面处理的高速流水,是靠水内高压放电产生的。所用试验装置如图所示,有一盛水的耐压罐(2)连到高压脉冲发生器(1)上,用待处理的模具(3)封住罐口。脉冲发生器内含有一组电容器,总电容为45微法。工作电压为15千伏,电路电感为6～8微亨。耐压罐容积为400立方厘米,待处理的模具离水面的距离不超过40毫米。为压封罐口施予模具的力为25吨。产生的水流压力可达10,000公斤/厘米~2,但脉冲持续时间很短,只有0.5毫秒。试验中,当水流压力超过6,500公斤/厘米~2时,铬钒锰钢模具曾发生损坏;后来通     

一种利用水下激光冲击处理涡轮叶片残余应力的方法

为提高涡轮叶片疲劳寿命,探索了一种利用水下激光冲击强化方法处理涡轮叶片残余应力的技术。利用波长532 nm、脉宽10 ns、能量1.2～1.5 J、光斑直径1.0 mm的YAG激光器,对涡轮叶片榫齿部位进行了激光冲击强化处理。结果表明,水下激光冲击强化方法能有效消除、调整机械加工残余应力。当激光功率密度大于2.5 GW/cm~2且小于7.5 GW/cm~2时,随着功率密度的增加,表面残余应力也相应增加;当功率密度大于10.0 GW/cm~2后,表面残余压应力随功率密度的增加而明显降低;功率密度等于7.5G W/cm~2时,表面残余应力为-419.5 MPa,为最佳。     

超声波作用下常温磷化工艺的研究

介绍了一种不含任何有毒、污染环境的促进剂的碳钢表面超声波常温磷化工艺.探讨了超声波、及在超声波作用下磷化工艺参数,如温度、时间和pH值对所得磷化膜外观、膜重和耐蚀性的影响.结果表明:在超声波作用下,磷化液不加任何促进剂也能在碳钢表面实现常温磷化,而且所得磷化膜层均匀、致密,呈灰色;磷化膜层耐硫酸铜点滴时间可达到50～120 s,在3%NaCl溶液中产生锈蚀点的时间为4 h;磷化膜层与漆膜结合力好.     

低温等离子处理对PTFE表面性能的影响

采用He,O2为处理介质,对PTFE(聚四氟乙烯)薄膜进行了低温等离子体表面改性.分析了表面元素,测试了接触角和表面能,用原子力显微镜观察了PTFE表面形貌.研究表明:经等离子体表面处理后,PTFE接触角降低,表面能提高;经He处理后,水接触角由108°最低下降至82.4°,表面能由24.0mJ/m2到34.4mJ/m2;经O2处理,水接触角由108°下降到了80.6°,表面能为35.8mJ·m2.形貌观察表明,处理后的PTFE表面粗糙度明显增加,引入了含氧官能团.另外,得到较佳的处理参数:O2为处理介质、功率300 W.     

层状Ti3C2Tx/水性聚氨酯复合双层薄膜的制备及电磁屏蔽性能

采用交替真空抽滤制备Ti_3C_2T_x MXene/WPU复合双层薄膜,用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征了微观形貌,X射线衍射仪(XRD)测试了晶体结构,通过矢量网络分析仪测试了电磁屏蔽性能。结果表明,可以通过超声离心制备出少层Ti_3C_2T_x;复合双层薄膜具有高韧性、高导电性以及优异的电磁屏蔽性能,表面电阻为3.57Ω;电磁屏蔽性能结果表明,MWPU_(3:1)的复合薄膜屏蔽性能为37.9 dB。在X波段与K波段,MWPU_(3:1)复合薄膜性能较为优异,且复合薄膜是吸收型电磁屏蔽材料。     

10kV IGBT固态脉冲调制器技术研究

描述了一种用于材料表面改性的新技术--等离子体浸泡式离子注入,以及它的关键设备--高压脉冲调制器.我们研制了1台用于材料表面改性的光纤隔离同步控制的10 kV IGBT固态脉冲调制器.试验结果表明技术性能优良,输出电压幅值可在1～10 kV范围内调节,脉冲宽度可在2～100μs范围内改变,重复频率可在10 Hz～8.5 kHz范围内变化;在纯阻性负载时,注入电压波形的上升时间和下降时间分别为350 ns和1.64μs;在等离子体负载时,由于电缆电容和下拉电阻较大,上升时间增加到2μs,下降时间增加到30μs;如果减小电缆电容和下拉电阻,上升时间可以进一步减小,下降时间可以减小到15μs.     

钛合金低温脉冲微弧阳极氧化技术

为了防止钛合金与其它活泼金属接触时发生电偶腐蚀，防止粘结，提高其表面硬度，减少摩擦磨损而提出了脉冲微弧阳极氧化工艺。微弧阳极氧化在L(含硫化合物)、T(含磷化合物)及若干添加剂的混合电解液中进行。由脉冲电源供电。高压、高热的微弧使零件表面发生等离子体放电现象，形成2-15μm致密的、高绝缘的氧化膜层。它有抗腐蚀、防粘结的功能；同时，钛合金的表面硬度得到大幅度提高。     

高功率螺旋波等离子体诊断试验研究

高功率螺旋波等离子体源作为可变比冲磁等离子体发动机(Variable Specific Impulse Mag-netoplasma Rocket,VASIMR)的第一级,其参数直接影响发动机的性能。为提高螺旋波源的等离子体密度和工质电离率,以4kW螺旋波等离子体源为研究对象,利用射频补偿Langmuir探针诊断等离子体的离子密度和电子温度。试验结果表明,在强磁场条件下,随着功率的升高,螺旋波等离子体源内部共出现两次放电模式转换,最终进入了螺旋波放电模式。在达到螺旋波放电模式后,羽流区域的等离子体密度超过1×10~(12)cm~(-3),初步评估,放电天线区域的离子密度超过2×10~(14)cm~(-3),离子密度在放电管中心区域较高,沿径向逐渐降低。研究结果为30kW磁等离子体发动机的研制提供依据。     

等离子体用于飞翼布局模型增升减阻试验研究

在风速30m/s、40m/s条件下,通过风洞天平测力试验,研究了飞翼布局模型上布置纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体激励器后,等离子体激励电压、激励电极数目和激励位置变化对飞翼布局模型增升减阻的效果影响。研究表明,与激励电压和激励电极数目相比,激励位置对流动控制的效果有决定性的影响,同时相对于其他控制位置,等离子体激励抑制模型翼面前缘涡分离效果明显;等离子体激励启动后,通过向边界层内的流体注入能量,推迟了飞翼布局模型翼面大迎角时的流动分离,提高了模型的最大升力系数C_(Lmax)和失速迎角αs,降低了阻力系数C_D;在一定试验条件下,施加等离子体气动激励后,最大升力系数C_(Lmax)由0.97增大到1.1,增大13.2%,失速迎角αs由17.4增大到21.4,推迟了4°,阻力系数C_D最大减小量达到24.6%,且随等离子体激励器能量的增加,激励效果越显著。     

45号钢脉冲电子束熔凝处理及微结构研究

利用多极板赝火花放电装置产生的高功率脉冲电子束对45号钢进行轰击,通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)的观察,研究了电子束在金属表面和纵向深度上引起的组织结构的变化。结果表明轰击区表面瞬态骤熔急冷,形成了微晶或无序层;剖面组织区域分为熔凝区,马氏体区,热影响区和基体。熔凝区在极高的温度梯度下,具有自淬火效应。马氏体区和热影响区在多脉冲的作用下,相当于经历了多次退火和回火过程,材料组织明显细化。轰击后样品表面的显微硬度与耐腐蚀性测试结果表明,显微组织的细化,改善了金属材料表面的物化性能。采用适当的脉冲数对金属材料表面改性作用效果明显。     

2Cr13钢的全方位离子注入与离子束增强沉积复合表面强化处理

对 2Cr13不锈钢表面进行了等离子体浸没离子注入(PIII)与离子束增强沉积(IBED)复合强化处理。对强化后的试样进行了俄歇电子能谱(AES)、X光电子能谱(XPS)分析及显微硬度、摩擦磨损和耐腐蚀性能测试。结果表明,处理后的试样表面层中含有强化相TiN和CrN;与基体相比,被处理试样的显微硬度显著增大,最大增幅达80 4%;摩擦系数降至 0 2~0 3,磨痕宽度最大减少了近 4倍;腐蚀电位最大提高了 5倍,腐蚀电流密度减少了 26倍。磨损中粘着现象大大减轻,耐磨耐蚀性能得到了显著改善。     

基于电子束电离的磁流体力学进气道流动控制数值模拟

采用基于电子束电离的磁流体力学(MHD)控制系统,对高超声速流场附面层,以及非设计状态下的高超声速进气道流场的磁流体控制进行了深入研究.控制方程为低磁雷诺数Navier-Stokes方程,采用等离子体动力学模型与电子束模型模拟空气电离过程.研究结果表明:①电子束电离能有效提高流场的电导率,增强磁场对流场的控制效率;②基于电子束诱导电离的MHD控制系统能有效地控制高超声速流场的附面层,但其控制效率跟电子束能量大小相关;③基于电子束诱导电离的MHD控制系统能有效地改变非设计状态下高超声速飞行器的斜激波结构,使进气道重新满足Shock-on-lip(SOL)条件,但进气道的总压恢复系数以及流量将会降低.      

电弧加热发动机喷出等离子体静电单探针测量

应用静电单探针测量了kW级电弧加热发动机喷出等离子体参数分布。发动机以氮气为推进剂,测量范围为距离发动机喷口1.25～15cm,实验中真空舱压力为3～5Pa。实验获得了电子温度和电子数密度沿不同轴向位置和径向位置的变化规律,电子温度为0.4～0.8eV,电子数密度为1.2×1017～1.25×1018m-3。对比研究发现,N2为推进剂产生的等离子体的电子温度和电子数密度均大于N2-H2为推进剂的情况,但前者发散角较小。     

激光重熔等离子喷涂纳米氧化锆热障涂层组织与性能

采用等离子喷涂纳米氧化锆(ZrO_2-8%Y_2O_3)团聚粉末制备了纳米氧化锆热障涂层,利用连续CO_2激光对其进行重熔处理.以常规热障涂层作为比较对象,研究了纳米氧化锆热障涂层和激光重熔涂层的组织结构、硬度、抗热冲击性能.结果表明:纳米氧化锆热障涂层组织结构为独特的纳米-微米复合结构,主要有柱状晶和未熔融或部分熔融纳米颗粒组成;激光重熔热障涂层的组织结构为表面等轴晶+断面柱状晶.硬度试验和抗热冲击性能试验综合比较结果显示:相对于常规氧化锆热障涂层,纳米氧化锆热障涂层和激光重熔热障涂层拥有更好的性能.因此将纳米技术和激光重熔表面处理技术与等离子喷涂技术结合起来制备热障涂层是提高热障涂层性能的非常有前景的工艺方法.     

GH909电子束焊接温度场的有限元分析

采用MARC有限元分析软件对GH909电子束焊接热过程进行了数值模拟.针对电子束焊不同于普通电弧焊的特殊加热方式,提出了小孔内壁受热的能量输入模式.与工件表面高斯分布的能量输入模式相比,该模式考虑了小孔形成对能量吸收的影响,因此所得到的模拟结果更好地反映了电子束焊缝的形状特点.     

TC21钛合金稀土渗硼强化表面组织及性能

采用单体硼为供硼剂对TC21钛合金表面进行稀土催化表面强化热处理,对渗硼层组织形貌、硬度、磨痕形貌和磨损率进行了研究。结果表明单体硼渗剂中CeO2配比为7wt%左右的渗硼层连续致密,耐磨性较好;温度对于表层TiB2的厚度影响较大,提高温度可显著增大渗硼层厚度,随着保温时间的延长,表层TiB2层逐渐增厚并且更为连续,时间超过一定值后渗硼层厚度增加缓慢;渗硼层表层硬度随渗硼温度提高显著增大,随保温时间延长增加缓慢,渗硼温度在1 000℃时渗硼层近表层硬度可达3 200HV0.01左右,高硬度区域厚度可达20μm以上;TC21钛合金渗硼层表现出了良好的摩擦磨损性能,渗硼试样的比磨损率比未渗硼试样低50~60倍。     

高压脉冲圆柱形阳极层霍尔等离子体加速器实验

描述了一台大尺寸高压脉冲阳极层霍尔等离子体加速器。对其磁场分布进行了分析,并进行了初步实验,包括放电特征、离子流引出特征、离子束形貌等特性,以验证大尺寸的圆柱形阳极层霍尔等离子体加速器在高功率条件下的运行状况。实验发现此霍尔等离子体加速器工作稳定,可以在较高的功率上运行（大于3kW）,电流利用率较高,可超出90%,工作电压范围很宽,可在300～2kV工作,束流汇聚性良好。     

热障涂层的激光表面改性参数优化和结构设计

热障涂层是航空发动机涡轮叶片关键核心技术之一,但在服役条件下常受环境沉积物、熔盐等的腐蚀而过早失效。激光表面改性是一种提高涂层抗腐蚀性能的有效办法,但改性涂层的激光工艺优化和结构设计亟待研究。本文采用脉冲Nd：YAG激光系统对Y₂O₃部分稳定ZrO₂（YSZ）热障涂层进行表面改性,研究了激光功率、扫描速度以及光束长度对改性层厚度、微观结构的影响。结果表明,激光改性层呈致密的柱状晶结构,并有纵向裂纹贯穿其中。改性层的厚度与激光功率成正比,受扫描速度影响不大,与光束长度成反比。激光功率过高,则改性层裂纹增加明显;光束长度过大,则改性层与下方涂层的界面缺陷增多,不利于界面结合。优化的激光改性参数为：激光的功率为75~80 W,扫描速度8 mm/s,光束长度为160 mm。设计了双层激光改性层,每层中的纵向裂纹不连续,使得整个改性层中无贯穿的纵向裂纹,有助于抑制高温腐蚀熔体的内渗。     

赝火花脉冲电子束烧蚀制备纳米薄膜

类似于脉冲激光束烧蚀法制备薄膜 ,利用纳秒赝火花脉冲电子束与靶材料相互作用 ,通过靶材料的瞬间熔化、蒸发或以团簇抛出的方式 ,在低温衬底上重新成核、凝结 ,得到了与靶材的化学计量比相同的薄膜。讨论了材料烧蚀和沉积过程中出现的诸多现象 ,并给出高分辨电子显微镜、X射线衍射、光电子能谱分析等方法的测试结果。研究表明 ,由于赝火花脉冲电子束高功率密度 (10 9W cm2 )的瞬态烧蚀作用 ,为研究和制备多元素氧化物薄膜、难熔金属多层膜或氧化物 金属多层膜提供了一种新手段