新型高温/超高温热障涂层及制备技术研究进展

简单介绍了先进航空发动机高温/超高温热障涂层(TBCs)的研究背景、意义和现状;简述了近年来国际上在新一代超高温TBCs方面的研究进展。重点介绍了近年来北京航空航天大学在新型高温/超高温TBCs方面的研究成果,包括新型超高温、高隔热陶瓷隔热层材料,1 150℃以上新型抗高温氧化金属粘结层材料,以及电子束物理气相沉积(EB-PVD)、等离子体激活EB-PVD(PA EB-PVD)和等离子物理气相沉积(PS-PVD)等新型制备工艺。最后对TBCs在未来高性能航空发动机上的应用及发展趋势进行了展望。     

复合材料胶粘修复界面的载荷传递仿真优化

胶接修复工艺是飞机结构修理的重要工艺之一,为了研究胶黏工艺对修复效果的影响规律,探索最佳的工艺参数,本文建立胶粘修复的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元软件对胶粘修复界面载荷传递进行分析,讨论补片材料、补片厚度、胶层剪切模量和胶层厚度对胶接修复的影响。仿真结果证明补片材料为硼/环氧树脂时,胶粘失效风险最小;补片较厚时,胶接修复效果好,但补片过厚会削弱胶接修复的效果;胶黏剂剪切模量越大越有助于损伤区域的修复,工程应用中建议选用剪切模量较高的胶黏剂;胶层较厚时会增大胶层发生缺陷的概率从而减弱修复效果,建议合理选取厚度较小的胶层。最后提出修复界面的表面处理、复合材料端部的溢胶以及倒角处理均有益于修复结构的载荷传递,缓和胶粘界面应力水平,降低胶层失效的风险。     

扩散连接界面缺陷对Ti-6Al-4V合金力学性能的影响

研究了φ4mm与φ2mm的扩散连接界面缺陷对Ti-6Al-4V合金力学性能的影响。当拉伸载荷方向与缺陷平面平行时,材料的强度与塑性与无缺陷材料相当,这是由于此类缺陷对样品受力截面的面积几乎没有影响。含有φ4mm缺陷试样的拉压疲劳寿命展现出很大的分散性,界面缺陷并未成为裂纹萌生的唯一位置。从表面起裂的样品均处于高寿命区域,而绝大部分从缺陷处起裂的样品均落于低寿命区域。有限元分析表明,当缺陷位于中心位置时其引起的应力集中较小,应力分布梯度较小;缺陷位于边缘位置时,应力集中效应增大。     

TiAl/IN718合金过渡液相连接

采用过渡液相TLP(Transient Liquid Phase)连接技术,以金属Ti,Cu,Ni箔构成复合焊料连接TiAl和IN718合金.研究了保温时间对接头界面结构的影响.实验结果表明:采用Ti-Cu,Ti-Ni复合焊料可以制备无缺陷的接头,但2种焊料形成液相的过程和机理不同.由于在等温凝固过程中,从IN718合金中扩散过来的合金元素可在焊缝区聚集,从而在接头中形成亚层结构.通过对接头焊缝区的组织分析和硬度测试表明,在实验条件下Ti-Ni焊料的等温凝固过程持续时间比Ti-Cu的短.     

基于遗传优化算法的微通道紫铜热交换器扩散连接工艺

基于遗传优化算法,进行了T2紫铜同种材料扩散连接工艺研究。采用正交试验方法,结合BP神经网络和多目标遗传算法,以扩散连接时的温度、压力、保温时间为输入变量,以扩散连接后的试样焊合率和变形量为输出变量,对扩散连接工艺参数进行优化,并实施相应的扩散连接验证试验。结果表明:T2紫铜合适的扩散连接工艺参数为:温度780℃、压力7. 5 MPa、保温时间120 min,此条件下焊合率可达95. 26%,变形量为0. 166 mm。采用此工艺参数进行微通道热交换器零件制造,厚度方向变形量0. 162 mm,经超声C扫描后连接情况良好,经耐压防漏检测后满足密封性及设计要求。     

钨表面双辉等离子渗镍组织及机理

采用双辉等离子渗金属技术在钨表面进行渗镍实验,并采用XRD,SEM,EDX等分析手段对渗镍试样的微观组织进行了表征。结果表明,镍改性层与基体结合良好,无明显缺陷。改性层与基体表面之间存在明显的扩散层,扩散层中存在少量NiW和Ni4W中间相。利用划痕法研究了渗镍层与基体间的结合强度。结果表明:持续加载100 N未发生改性层剥落现象。对钨表面双辉等离子渗镍改性层的形成机制进行了探讨。     

Measurement of mass diffusion coefficients of O_2 in aviation fuel through digital holographic interferometry

The experimental apparatus to measure the mass diffusion coefficients of O2 in aviation fuel was constructed based on the digital holographic interferometry method. The theory of mass diffusion coefficient and interference image processing were introduced in detail. The accuracy of the experiment was verified by measuring the mass diffusion coefficient of 0.33 mol/L KCl in aqueous solution at 298.15 K. The mass diffusion coefficients of O_2 in RP3 and RP5 aviation fuels were measured at temperature from 278.15 K to 333.15 K, and the Arrhenius equation was employed to fit the experimental data. In terms of the Stokes-Einstein equation, the viscosities of these two aviation fuels were tested to estimate the correlation among mass diffusion coefficient, viscosity and temperature. A uniform polynomial calculation correlation was proposed to predict the mass diffusion coefficients of O_2 in both RP3 and RP5 aviation fuels, and its accuracy is considerably higher than that of the Stokes-Einstein equation.     

3D打印骨架增强石蜡燃料燃烧机理实验研究

针对固-液混合火箭发动机中石蜡基固体燃料机械性能差的问题,使用3D打印聚合物骨架镶嵌石蜡的方法增强了石蜡基燃料的结构强度,分析了骨架增强石蜡燃料在直/旋流喷注下的燃烧机理。通过对七种骨架材料进行SEM扫描、力学、热力学分析和纯氧条件下的燃烧试验,获得了不同骨架材料的微观表面结构、机械性能、热分解性能以及在纯氧环境下的燃烧性能;使用直/旋流固-气掺混燃烧试验系统,开展了螺旋型和六角型骨架增强石蜡燃料的燃烧试验,并与ABS固体燃料进行了对比。结果显示,在多种骨架材料中,ABS材料加工性能、机械性能及热分解性能良好;燃烧过程中,骨架增强石蜡燃料结构稳定性良好,石蜡液滴主要出现在石蜡-骨架交界处;旋流喷注和螺旋型骨架可促进石蜡液滴的夹带现象;在直流喷注工况中,骨架的凹槽结构增加了燃料与氧化剂的接触面积,尾部骨架结构具有稳焰作用,可促进后燃烧室的掺混燃烧;石蜡燃料和骨架燃速差异较大,发动机内弹道性能可能受此影响。     

国外固体推进剂及其粘结界面贮存老化研究进展

对国外固体推进剂及其粘结界面贮存老化性能的研究进展和最新研究成果进行了综述。介绍了国外在固体推进剂及其粘结界面老化与监测的情况,展望了该研究领域未来的发展趋势,认为以光谱学和埋入微型传感器等方法为代表的固体推进剂的无损评估技术将是今后研究的重点。     

改性Ca0.7La0.2TiO3陶瓷增强乙烯基含硅芳炔树脂复合材料的界面与性能

采用30% H₂O₂和乙烯基三甲氧基硅烷（VTMS）对Ca_0.7La_0.2TiO₃（CLT）进行了羟基化（CLT—OH）和硅烷化（CLT—VT）改性,分别在陶瓷表面获得了亲水和疏水层,两者分别与树脂间形成氢键作用和物理吸附。采用熔融浇铸法,将改性后的陶瓷和乙烯基含硅芳炔树脂树脂（PSAE）制备成具有系列化介电常数微波介质复合材料,研究了不同陶瓷/树脂界面作用力对复合材料性能的影响。结果表明,40vol%CLT—VT/PSAE获得了10 GHz下最优的介电性能,介电常数13.8,介电损耗3.16×10^-3;40vol%CLT—OH/PSAE获得了最优的综合性能,弯曲强度达50 MPa,介电常数14.77,介电损耗3.29×10^-3。