激光金属沉积技术研究现状与应用进展

增材制造是融合材料科学、机械自动化及信息技术的先进制造技术,在近30年的发展中,发挥着越来越重要的作用。激光金属沉积(Laser metal deposition,LMD)是基于定向能量沉积(Directed energy deposition,DED)的一种增材制造技术,在近年来受到广泛关注和研究。阐述了LMD技术的基本工作原理及系统组成,重点介绍LMD技术国内外研究进展及应用现状,列举了一些基于LMD的工艺技术开发及装备研发制造,指出了LMD技术在成形效率和成形精度、工艺稳定性及性能一致性等方面的不足。最后,总结了LMD技术未来的5个发展趋势:材料体系集约化、工艺参数系统化、成形过程高效化、设备集成智能化和应用领域广泛化。     

热铁盘法高速抛光CVD金刚石

利用高速热铁盘抛光设备对化学气相沉积(CVD,Chemical Vapor Deposition)金刚石进行抛光,分别进行温度、转速、压力以及抛光时间的实验.采用光学天平对抛光前后金刚石称重对比,采用工具显微镜和原子力显微镜对抛光后表面进行研究.结果表明:较高的抛光速度对提高表面质量以及抛光效率均比较有利.在抛光温度850 ℃,速度164 mm/s,压力24.892 N的条件下,抛光120 min后,金刚石表面的粗糙度由原来的R_a=9.67 μm下降到R_a=0.016 μm.原子力显微镜显示,抛光表面存在少数高度在60~70 nm之间的突峰,其高度是普通峰高的2~3倍,且峰的形状呈现出一定的方向性.这种表面微观规律与抛光时采用的直压式运动方式有关.      

Zn／纳米CeO2复合镀层的制备及其性能研究

采用电镀方法制备了Zn/纳米CeO2复合镀层,分析了镀液中CeO2颗粒悬浮量、阴极电流密度和镀液温度等因素对复合镀层中纳米CeO2复合量和膜层质量的影响,用正交试验法优选了各工艺参数。采用电化学方法和浸泡法研究了Zn/纳米CeO2复合镀层的耐蚀性。结果表明,相对于纯镀锌镀层,复合镀层晶粒细小,平整光滑,显微组织均匀、致密,并且镀层耐蚀性能有提高。     

油滴与铝合金壁面的碰撞试验

机械零部件喷油或滴油润滑方式下油滴与零件表面碰撞后形成的沉积油膜流动特性决定着零件表面润滑油膜的分布特征和零件的润滑状态,对于这一润滑现象的深入理解需要对油滴与金属固体壁面碰撞及其后沉积油膜的流动铺展行为进行研究。建立了油滴与铝合金壁面碰撞的试验装置,采用高速相机拍摄了油滴与铝合金壁面碰撞及其后沉积油膜的流动铺展与形貌演化过程,分析了碰撞油滴的变形及沉积油膜的铺展与回缩历程,探讨了碰撞条件和润滑油黏度对沉积油膜流动铺展特性的影响。结果表明:与铝合金壁面碰撞后形成的沉积油膜铺展较快而回缩较为缓慢,没有明显的整体回缩现象和振荡过程。较小碰撞角度下,铺展初期油滴与壁面之间存在轻微滑移现象,受重力和铺展能量的作用,铺展后期油膜发生断裂并溅射离开壁面,但没有二次油滴生成。前铺展因子随着碰撞角度的减小和碰撞速度的增加而增大,后铺展因子则随着两者的增大而增大。油滴直径对前、后铺展因子的影响不太明显。      

含硼碳氢燃料在超燃冲压发动机中的燃烧试验研究

为提高碳氢燃料的能量密度,针对在高密度液体碳氢燃料中添加纳米硼颗粒的燃料方案,在超燃冲压发动机试验台上开展了点火燃烧性能试验验证。试验当量比为0.56～0.94,评估了硼颗粒添加对燃料喷注特性、比冲性能和固相沉积的影响。基于本文所用液体碳氢燃料,添加质量分数16%的硼颗粒可使超燃冲压发动机燃烧室平均密度比冲提升6.05%;硼颗粒添加会造成明显的壁面固相沉积问题,干扰压力测量系统获得有效数据。本试验初步评估了含硼碳氢燃料典型方案的喷注特性,获得了硼颗粒添加对燃料性能提升的定量结果。     

新型薄膜材料在电子倍增器中的应用研究

为了提高核探测、航空航天、国防和精密科学仪器等领域中传统电子倍增器的性能,使其在较低的工作电压和入射电子能量下实现高增益、低噪声、长寿命的目标,在材料制备、二次电子发射测试和电子倍增器性能优化等方面开展了大量研究工作。利用原子层沉积(atomic layer deposition, ALD)技术研制了具有较高二次电子产额(secondary electron yield, SEY)的新型薄膜材料,研究了元素掺杂和表面修饰改善材料二次电子发射特性的方法,详细测试了薄膜材料的二次电子发射特性参数。利用ALD技术将新型薄膜材料成功应用于微通道板(microchannel plate, MCP)和单通道电子倍增器(channeltron electron multiplier, CEM)中,测试结果如下：相同工作电压下,镀膜后MCP组件的增益、单电子分辨率、峰谷比分别改善了约166%、17%和260%;对于单个CEM,镀膜前工作电压为2700V时增益才能达到10⁸,而镀膜后1600V下即可达到相同增益(工作电压降低了1100V),并且其它各项参数(分辨率≤26%,累计拾取...     

高能电子辐照下介质材料内沉积电荷分布试验研究

深层带电是影响航天器在轨安全和正常运行的重要空间环境效应,而高能电子在介质材料内部的沉积电荷分布特性是深层带电效应的重要考量因素。文章采用脉冲电声（pulsed electro-acoustic, PEA）法测试了0.3～1.0 MeV电子辐照下聚酰亚胺（PI）材料内部的沉积电荷分布特性,研究了电子能量和入射电子数对材料内部沉积电荷分布的影响规律。结果表明：高能电子主要沉积在辐照区的后端,随着入射电子数的增加,材料内部沉积的电荷量将不断增加,最终达到稳定状态;能量越高的电子穿透能力越强,并在材料内部形成分布范围更广的电荷沉积峰。     

不同电流密度对304不锈钢表面多孔铜层影响

在304不锈钢表面采用电沉积方法制备了多孔结构铜层,研究了不同电流密度对镀层微观形貌、厚度、孔隙率以及比表面积的影响。结果表明通过控制沉积电流密度能在304不锈钢表面获得颗粒状、树枝状和针状形貌的不同镀层;随着电流密度的提高而镀层厚度增大,但彼此不是线性关系,随着电流增加,镀层厚度增速变缓;镀层孔隙率随电流密度增加而增加,当电流密度达到6 A/dm~2后,镀层孔隙率维持在93%～96%之间;镀层比表面积随着电流密度的增加呈现先快速增加,然后缓慢增加趋势,10 A/dm~2条件下的镀层比表面积是4 A/dm~2的10倍。     

金属粉末燃料冲压发动机初步试验研究

为了检验金属粉末燃料冲压发动机的点火及燃烧特性,对设计的发动机进行了初步的直连式试验研究。初步试验结果表明,目前设计的燃料供应系统能将粉末燃料有效输送到发动机燃烧室;在火炬作用下粉末燃料能实现快速点火启动;火炬工作结束粉末燃料可自身维持燃烧;燃烧室壁面沉积较多,主要分为2层,其中表层为白色MgO,内层为Mg、MgO和Mg3N2的混合物。     

稀释气体流量对低压化学气相沉积硼掺碳涂层的影响

以BCl3-C3H6-H2为气相反应体系,采用低压化学气相沉积制备硼掺碳涂层.研究了Ar气稀释流量对硼掺碳涂层沉积速度、形貌、组成和键合状态的影响.结果表明,不同稀释气体流量作用下,硼掺碳的沉积速度没有明显变化,产物形貌由致密向层状转变,硼元素含量稍有减少而碳元素含量稍有增加.沉积产物中B元素的键合方式以B-sub-C和BC2O为主.结合化学反应和气体扩散,探讨了稀释气体的作用机制,表明PyC形成反应的主导作用导致稀释气体流量对沉积速度作用不明显,而BCl3和C3H6在Ar气中扩散系数的差异导致产物形貌和组成发生变化.