蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展

综述了有关铝蜂窝芯、芳纶纸蜂窝芯及其复合材料在制造工艺上的研究成果;蜂窝夹层结构复合材料在隔音、隔热、耐老化、冲击性能等方面的最新研究进展,并对蜂窝夹层结构复合材料的研究方向提出了几点建议.     

片状粉末冶金的石墨烯/铝基复合材料制备过程控制与力学性能

石墨烯/铝复合材料具有强化效率高、强塑性协同提升、综合性能优异的特点,有望突破现有金属基复合材料强塑性匹配性差的瓶颈问题,但石墨烯的难于分散是困扰材料制备的重要问题。基于机械球磨工艺的片状粉末冶金技术可以将球状铝粉变成片状,实现石墨烯的均匀分散。本研究通过添加过程控制剂PDMS调控机械球磨过程,制备片状铝粉,结合压力浸渗技术制备0.6%(质量分数)GNPs/6061Al复合材料。结果表明:随着球磨时间延长,片状铝粉直径呈先上升后稳定的状态;随过程控制剂黏度上升,片状铝粉直径上升,铝粉片状化效果更明显,同时石墨烯缺陷含量先降低后上升。结合组织表征和力学性能测试,讨论了材料性能与组织结构间的关系。     

Mg-6Gd-3Y-0.5Zr镁合金和ZL114A铝合金阻尼性能

航天结构飞行过程中,温度、应变振幅等会有大幅的变化,为了研究服役环境对阻尼的影响,采用DMA测试仪研究了Mg-6Gd-3Y-0.5Zr镁合金和ZL114A铝合金材料内部阻尼随服役环境的变化。结果表明：两种材料阻尼都随应变振幅的增大而增大,且同样应变振幅下Mg-6Gd-3Y-0.5Zr阻尼性能优于ZL114A;两种材料阻尼都随温度的升高而增大,Mg-6Gd-3Y-0.5Zr和ZL114A合金330℃时阻尼均值分别是30℃时2.1倍和1.3倍,可知Mg-6Gd-3Y-0.5Zr合金对温升更敏感,当结构温升较大时,其阻尼应作为变量进行考虑。     

航空发动机供油管裂纹失效分析

针对某航空发动机供油管钎焊焊缝边缘出现裂纹而导致的供油管渗油故障,对其断口及源区附近表面进行宏、微观检查,明确了供油管裂纹性质为高周疲劳裂纹,疲劳源区呈沿晶开裂特征。利用能谱分析手段发现裂纹源区存在外来Cu元素,通过对焊缝及开裂部位进行金相分析,发现钎焊料中的Cu元素沿基体晶界发生扩散,导致晶界粗化,在拉应力作用下,Cu与基体形成的脆性相开裂形成沿晶裂纹。晶界粗化和沿晶裂纹是供油管过早发生疲劳开裂的主要原因。建议将Cu基钎料更换为Ag焊料。     

2198铝合金硫酸-己二酸阳极氧化膜耐蚀性

以2198铝-锂合金为研究对象,在硫酸-己二酸电解质溶液中进行阳极氧化,并对氧化后的试样进行沸水封闭处理。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)对氧化膜的表面和截面的形貌进行观察。通过电化学阻抗谱(EIS)、塔菲尔(Tafel)曲线和浸泡实验来分析阳极氧化膜的耐蚀性能。结果表明铝-锂合金在阳极氧化过程中由于含铜合金相的影响,形成的氧化膜孔洞不完整出现连通现象;电化学测试结果表明封闭之后的氧化膜的耐蚀性明显提高,并且随着浸泡时间的延长拟合等效电路发生改变,同时多孔层和阻挡层的阻抗值在降低,说明在浸泡的过程中氧化膜的结构发生改变,耐蚀性降低。      

铝锂合金的钎焊性研究

通过试验研究,探讨了铝锂合金的钎焊性。试验结果表明,铝锂合金具有良好的高温软钎焊性和硬钎焊性,在钎料中添加微量稀土,可进一步提高钎焊接头的性能。     

铝锂合金氩弧焊与激光焊研究

研究了Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｇ－Ｃｕ－Ｚｒ系国产铝锂合金的焊接性。研究表明，用净化的氩气保护并带拖罩的氩弧焊接铝锂合金，焊接接头及其热影响区表面仅有轻微的氧化色。金相分析表明，焊接接头结合良好，且有相当的机械性能。电子探针微区域分析表明，焊缝与热影响区及母材成分除锂未能分析，其余成分变化甚微，厚度３．５０ｍｍ试样均焊透。用ＹＡＧ激光焊，氩气保护，单面焊能焊透≤０．７０ｍｍ厚的铝锂合金板，而双面焊能焊≤１．５０ｍｍ厚的板，焊件的接头及其热影响区保持原金属光泽，焊缝窄。微区域成分分析表明，焊缝、热影响区与母材几乎无变化。     

铜/镍箔中间层对铝/钢激光焊接接头组织与力学性能的影响

研究以Ni、Ni/Cu箔片为中间层的铝/钢异种金属激光焊接行为,系统考察Cu/Ni箔片复合中间层的添加对铝/钢异种激光焊接接头组织与性能的影响。利用扫描电子显微镜和能谱仪对焊缝横截面的组织形貌和各区域的元素分布进行观察分析,利用X射线衍射仪对焊接接头的主要物相进行分析,并利用电子万能试验机对焊接接头进行拉伸实验以表征其力学性能,结果表明:Cu/Ni箔片做复合中间层加入时,其中加入0.02 mm厚Cu箔片时焊接接头的最大剪切力提高至1754.72 N;加入0.05 mm厚Cu箔片时的最大剪切力为734.97 N,相比只添加Ni箔片时焊接接头的最大剪切力反而下降。Cu箔片的添加使得铝/钢界面的物相组成、元素分布和微观组织形态发生改变,同时增加了熔池的流动性。在靠近不锈钢侧的Fe-Al脆性相中的部分Fe原子被Cu原子取代生成新的二元韧性相,从而抑制Fe-Al二元脆性金属间化合物的生成,有效改善铝/钢的焊接性。因此,Cu/Ni箔片复合中间层的加入,可以有效地改善铝/钢异种激光焊接过程中的冶金反应,进而提高焊接接头的力学性能。     

铝锂合金与钛合金压印接头的力学性能

采用试验方法研究了铝锂合金(1420)和钛合金(TA1)同种压印接头及这两种材料组合的异种压印接头的力学性能,以接头的承载以及缓冲抗震能力作为评价接头质量的两个主要标准,经实验得到每组接头的载荷-位移曲线和能量吸收直方图间接得出压印接头的承载以及缓冲抗震能力。由实验结果可知,表征接头的承载以及缓冲抗震能力的载荷-位移曲线和能量吸收直方图均表明TA1-1420接头的力学性能相较于其他接头好,且与TA1-TA1接头相比,作为下板的1420密度较小,TA1-1420组的压印接头质量更轻。TA1-1420接头更适用于对于承载和缓冲抗震要求较高的部件。     

基金档案

[项目编号]2008ZE52054[项目负责人]苏宏华[依托单位]南京航空航天大学高温结构陶瓷磨削加工表面完整性自主控制技术的基础研究完成情况简介:通过开展适于控制磨粒切削厚度一致性的砂轮技术、磨削过程可控条件下的高温结构陶瓷无损伤延性磨削机理及高温结构陶瓷无损伤高效延性精密磨削工艺