PS–PVD制备YSZ热障涂层的CMAS腐蚀行为研究

热障涂层（TBCs）广泛应用于先进航空发动机热端部件,有效延长了发动机热端部件的服役寿命,成为先进航空发动机必不可少的热防护材料。但在服役过程中一些大气沉积物CMAS加热后变为熔融体吸附在热障涂层表面,并沿着孔隙和裂纹等缺陷渗透至涂层内部,诱导涂层过早失效。采用等离子–物理气相沉积技术（PS–PVD）制备YSZ热障涂层,利用XRD、SEM等表征手段,对不同腐蚀时间的涂层物相成分、微观结构进行了表征。研究结果表明,YSZ涂层在1250℃下经过CMAS腐蚀后发生了相变;随着腐蚀时间的增加,CMAS沉积物会沿着热障涂层类柱状晶间隙渗透至内部,导致涂层结构出现疏松,并且在陶瓷层上部区域出现了类柱状晶断裂现象,涂层宏观表现为部分陶瓷层剥落;腐蚀8 h后陶瓷层部分区域出现了类柱状晶从粘结层上整体剥离;CMAS渗透深度随腐蚀时间的增加不断加大,在腐蚀3 h内其渗透速度相对较快,腐蚀3 h以后其渗透速度会相对变得缓慢。     

熔融沉积成型制备致密氮化硅陶瓷

创新地采用基于螺杆挤出和颗粒喂料的熔融沉积模型制备了致密氮化硅陶瓷。研究了喂料的打印性能、脱脂工艺,以及典型的打印缺陷的存在形式。结果表明,氮化硅颗粒喂料具有优异的打印性能,适合打印无支撑的小倾角、薄壁和复杂曲面的部件。本文研究开发的有机黏结剂体系结合溶剂+热两步脱脂工艺在厚截面部件制备中有突出优势,可以实现9 mm厚度的坯体安全脱脂。研究发现FDM的典型工艺缺陷有层间裂隙和路径间孔隙两种。结合气压烧结,制备了抗弯强度(774.5±70) MPa、密度3.25 g/cm³的致密氮化硅陶瓷,并成功制备了形状复杂和维形良好的氮化硅陶瓷零件。     

基于增材制造的异种金属一体化成形关键问题

随着航空航天技术的发展关键部件性能需求逐渐提高,单一材料部件已经无法满足严苛服役条件下的性能需求,而异种金属材料的直接近净成形制备是航空航天、国防及军工等关键领域研究的重点方向。目前传统异种金属材料制备面临加工工艺与材料物性匹配问题、界面缺陷控制以及一体化成形困难等诸多瓶颈,利用增材制造技术制备异种金属部件成为材料成形及增材制造领域的重要发展方向。本文介绍了定向能量沉积、激光选区熔化和电子束熔化在异种金属增材制造中的研究现状,对粉末铺放工艺、高能束与粉层适配性、全互溶合金析出相控制、非互溶材料高能束连接问题及界面成分分布控制进行了梳理与总结,并提出了解决方法。最后,对异种金属增材制造在航空航天领域的未来发展方向进行了展望。     

机载设备轻量化结构件力学性能3D打印质量提升研究

在复杂热循环（瞬时加热与冷却）的影响下,3D打印工艺会表现出与铸造、锻造、焊接等状态下截然不同的组织特征;同时,由于温度场的不均匀分布,可能会产生较大的残余应力,这往往使得沉积态金属的力学性能恶化,难以满足质量要求。因此,针对提升机载设备轻量化结构件力学性能要求,采用选区激光熔化成形法获取3组试棒和试块,然后对其中两组试棒和试块,分别进行空冷、冲氩气冷却退火热处理,并对沉积态和两种热处理态的内部质量和力学性能进行了研究分析,最终提出最适合的加工工艺方法。     

超高速激光熔化扫描速度对Al-Mg-Sc高强铝合金性能的影响

为了明确超高速激光熔化沉积Al-Mg-Sc高强铝合金的沉积态组织及力学性能特征,以7075铝合金为基体,采用自主开发的LDF3000-40型激光熔化沉积设备制备Al-Mg-Sc高强铝合金,探究激光扫描速度对材料微观组织与室温拉伸性能的影响。结果表明：超高速激光熔化沉积样品均无明显裂纹,但含有少量小尺寸气孔。沉积态组织由细小的α-Al等轴晶及弥散分布的Al₃(Sc,Zr)颗粒构成。利用数值模拟进一步研究扫描速度对力学性能的影响,发现在0.1～1 m/s范围内,较高的激光扫描速度能减少粉末材料的堆积,降低沉积层表面的孔隙率,因此可以提高力学性能。沉积态样品最大抗拉强度为303 MPa,断裂伸长率为22.5%。     

PVD强化涂层在辊轧模具上的应用

为了解决冷辊轧模具寿命短、人工修复周期长、修复一致性差等问题,提高了模具耐磨性,延长模具使用寿命,在辊轧模 具表面涂敷了PVD强化涂层。采用真空阴极多弧离子镀技术,在不同材质模具钢表面制备AlCrN多元纳米硬质涂层。试验样品 基材选用Cr8W1Mo2V2SiNb、W6、Cr12MoVCo及V-4E工具钢作为样品基体,采用2种工艺制备硬质PVD涂层,V-4E基材AlCrN涂 层的晶粒尺寸最小,沉积的AlCrN涂层结构更致密。V4E+CrAlSiN强化体系获得最优的综合测试性能。验证结果表明：涂敷PVD 强化涂层可使模具寿命提高20倍以上。     

空间金属增材制造技术应用

高能束流金属增材制造技术以激光和电子束作为热源,通过选区熔化粉末或熔丝沉积成型来实现金属零部件的制造.根据金属增材制造技术在空间领域的发展,结合空间站和深空探测强约束条件对在轨制造设备尺寸、重量、功耗、寿命提出的更高要求,对比激光与电子束两种热源的工作模式,进行在轨可行性分析,提出未来空间金属增材制造技术发展所面临的问题与解决途径.      

飞行器风洞模型的快速制造技术

基于快速成型技术,提出了飞行器风洞模型的快速制造技术方案.通过研究测压风洞模型的尺寸补偿、孔道设计及结构布置规律,发展了孔道一体化测压模型的快速制造技术;发展了结构相似气动弹性模型的设计与制造方法,并通过模态实验校核了精度;通过快速成型技术与电化学沉积技术的结合,发展了金属-树脂复合测力模型的快速制造方法,提高了模型的强度和刚度;论证了该技术在周期和成本等方面的优越性.该技术克服了传统加工的局限,提供轻质风洞模型制造的高精度、短周期、低成本的整体解决方案,为发展新型试验技术等提供基础,这能够提升风洞模型设计与制造的自动化水平,有助于该领域传统技术的革新,对新型飞行器的研制具有重要意义.     

特种加工技术在某新型微叠层复合材料中的应用

目前航空航天领域采用的微叠层复合材料主要集中在Fe、Ni、Ti和Al的合金或金属间化合物上。这类金属的金属间化合物具有熔点高、密度低、热导率好及抗高温性能好等优点,可被用作航空飞行器或航空发动机的高温结构材料。但是这类金属间化合物具有其本征脆性,导致其室温下的断裂韧性很差,因而应用受到限制。为解决这一问题,采用特种加工技术制备出具备微叠层结构的金属/金属间化合物复合材料是理想的手段之一。     

Twaron纤维的新型化学活化方法

以傅瑞德-克拉夫茨(Friedel-Crafts)反应为基础,活化处理Twaron纤维的惰性表面。对经过活化处理的Twaron纤维进行了单丝拔出(SFP)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外图谱(FTIR)、表面电子能谱(XPS),以及表面自由能等测试。测试结果显示,经过活化处理后,Twaron纤维表面因环氧基团的接枝而使表面自由能显著增加;纤维表面的结晶结构未发生显著改变,纤维的本体强度未降低;相对应的环氧树脂基复合材料的单丝拔出强度提高了约50%。