TMF本构和寿命模型:从光棒到涡轮叶片

针对空心涡轮叶片,发展了考虑瞬态变温效应的热机械疲劳（TMF）本构模型和寿命预测方法。第一,以某涡轮叶片用定向凝固合金DZ125为对象,开展了光棒、缺口TMF试验,结合已有的高温疲劳试验数据,获得了相位、温度范围、应力集中等因素对TMF寿命影响规律;第二,利用材料微观组织分析手段,揭示了导致光棒和缺口TMF失效的疲劳裂纹萌生机理;第三,借助于Chaboche本构模型,进行了各向异性、变温、蠕变损伤修正,建立了考虑变温效应的循环-蠕变本构模型,实现了DZ125合金拉伸、等温循环、蠕变、疲劳-蠕变以及TMF应力应变响应的统一建模和预测;第四,发展了疲劳-蠕变-氧化损伤累积的TMF寿命模型,利用简单纯疲劳和蠕变基础数据获得了寿命模型参数,并进一步发展了名义应力法预测了缺口模拟件的TMF寿命;最后,以某涡轮叶片为对象,进行了模拟飞行载荷谱条件下的瞬态变形响应计算和叶片TMF寿命预测。     

氢氧化钠浓度对镁合金阳极氧化的影响

采用电压-时间曲线、全浸腐蚀实验、极化曲线法、X射线衍射法(XRD)、扫描电镜(SEM)和能量色散谱仪(EDS)等方法研究了AZ91D镁合金在含不同浓度氢氧化钠溶液中的阳极氧化行为和膜层的成分、结构。结果表明,在本研究给定工艺中,AZ91D镁合金的阳极氧化过程可分为三个阶段:电火花出现之前的致密层生成阶段,少量小电火花出现的多孔层生成阶段,出现较大电火花的多孔膜层稳定生长阶段。阳极氧化过程中,随着NaOH浓度的升高,出现电火花的时间缩短,出现电火花的电压值降低,阳极氧化膜表面的颗粒变小、孔隙率减小,膜层厚度减小;阳极氧化膜的主要组成是MgO,并含有少量的Mg3B2O6;NaOH浓度对阳极氧化膜耐蚀性影响较大,当NaOH浓度为40g/L时,膜层的耐蚀性能最好。     

沥青基炭纤维表面改性对炭／炭复合材料力学性能的影响

为了提高沥青基炭纤维表面活性,采用臭氧氧化法对沥青基炭纤维表面进行改性。采用AFM,XPS研究了臭氧改性后沥青基炭纤维表面结构的变化。利用浸润仪测定了改性前后沥青基炭纤维表面能的变化,并用SEM分析了炭/炭复合材料断口形貌。结果表明,臭氧氧化使沥青基炭纤维表面含氧官能团和表面粗糙度增加,提高了沥青基炭纤维的表面能。炭/炭复合材料力学性能得到明显提高。     

重整制氢反应器的种类和研制进展

介绍了重整制氢的方法和重整制氢反应器的种类及其特点.重整制氢的方法有3种:水蒸汽重整、部分氧化重整、自热重整.重整制氢反应器有3种:管式反应器、板式反应器和微通道反应器.管式反应器结构简单;板式反应器易于拆装和扩大规模,并且传热效率高,其研究受到了广泛关注;微通道反应器在传热、恒温等性能方面的表现明显优于管式反应器和板式反应器,有较好的发展前景.     

合金元素Y对高铌TiAl高温合金长期抗氧化性的影响

研究不同含Y量对高铌TiAl合金在900℃恒温条件下,1000h的抗氧化性的影响.结果发现,从长期看,氧化速率、氧化膜结构以及氧化膜抗剥落能力均与Y含量有关.在900℃等温氧化条件下,0.4 at%Y含量能有效提高高铌TiAl合金的抗氧化性,而高Y含量对与抗氧化性的负面影响在氧化初始阶段已经十分明显.通过对氧化后样品SEM和EDS分析发现,适量Y元素的加入可以细化氧化物颗粒,促使合金表面形成连续Al2O3保护膜,提高氧化膜与合金基体的粘附性,从而提高高铌TiAl合金的高温长期抗氧化性.     

TiAl合金高温循环氧化行为及其表面改性研究

研究了TiAl金属间化合物及表面涂层在空气中的高温循环氧化行为。结果表明:在800℃时TiAl合金具有较好的抗高温氧化行为,但当温度高于800℃时,TiAl合金表面未能形成单一的Al2O3保护层,而是形成外3层为疏松的TiO2层,内层为TiO2+Al2O3的混合氧化物层,因而使得TiAl合金的抗高温循环氧化性能严重蜕化。TiAl合金经过Cr改性铝化处理后,表面形成了具有立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7层,立方Ll2结构的Al67Ti26Cr7不仅具有较高的铝含量,而且具有优良的韧性,因而使得处理后的TiAl合金具有良好的抗高温循环氧化性能。铝化物涂层尽管有很高的铝含量,但由于铝化得到的TiAl3相具有四方形结构,涂层非常脆,故该涂层抗高温循环氧化性能有待进一步提高。     

碳基材料氧化烧蚀的双平台理论和反应控制机理

针对高超声速飞行器所到达的表面温度和压力范围,就碳基材料在氧化速率控制区、过渡区、扩散控制区的烧蚀特性开展了深入研究。发现CO2在烧蚀过程中扮演重要角色,是不能忽略的。无因次质量烧蚀率随温度变化的曲线应该存在两个平台,且都属于扩散控制区,而不是此前普遍认为的只有一个平台。从理论上阐明了双平台产生的机理,发现第一平台是由于生成CO2将氧消耗完产生的,另一个平台是生成CO引起的。文献中所谓的"快反应"和"慢反应"之说反映问题是不全面的,它们只是我们给出的新模型的两种极端情况,用一个统一的模型就可以将它们连接起来,而且随着温度的升高,会从所谓的"快反应"经过第一平台自动过渡到"慢反应"。双平台理论澄清了此前的一些争议,并且得到了试验证实,为准确预估烧蚀量奠定了基础。     

钛表面阳极氧化处理对TA2/聚醚醚酮（PEEK）粘结性能的影响

为了改善TA2/C_f/PEEK纤维金属混杂层板中TA2/PEEK的界面粘结性能,利用NaTESi恒压阳极氧化法对TA2板进行表面改性。首先通过正交试验对阳极氧化工艺进行优化,对不同处理工艺的TA2板表面进行了XRD、SEM分析以及粗糙度的表征;其次,研究了钛板表面改性对TA2/PEEK界面结合强度及断裂韧性的影响。结合扫描电镜图进行表面粗糙度及剪切强度的极差分析,发现随着阳极氧化时间的增长,表面粗糙度减小,TA2/PEEK接头的单搭剪切强度下降。对不同工艺下单搭接头的拉伸剪切强度进行比较后,确定了利于提高TA2/PEEK界面结合强度的最优工艺为恒压10 V、在35℃下阳极氧化10 min;该种工艺处理后的钛板表面粗糙度为1.34 μm,其表面形貌为纳米颗粒,粒径尺寸为100~200 nm,在阳极氧化时间为10 min、电压为10 V时,其表面纳米颗粒分布最为均匀,该种形貌下制备的TA2/PEEK界面剪切强度达到19 MPa,失效模式为混合破坏;通过载荷-位移曲线、R曲线,对此工艺下TA2/PEEK界面I型层间断裂韧性进行了表征,发现其平均能量释放率为188.1 J/m²,相比于未经表面处理的试样增加了103.1%,阳极氧化工艺处理后的TA2/PEEK界面抗分层能力更好。     

液体垫片的性能及工艺性的试验研究

通过试验研究了Epibond 1543A／B液体垫片和试验所用铝合金、钛合金与碳纤维复合材料的制备方法。进行了这些材料剪切性能和耐湿热、耐盐雾性能等基本性能的测试。结果表明液体垫片低温、常温下均具有较高的剪切强度和优良的耐环境性能。     

异种金属焊接技术

异种金属管冷挤压热扩散焊工艺是固体焊接方法之一，是采用冷挤压和在非真空条件下进行热扩散相结合的分步焊接工艺。连接管系采用锥套接结构，通过冷挤压使焊接件产生一定塑性变形，挤破两金属结合面上的氧化膜并使其紧密压合，然后进行热扩散，利用两被焊金属及附加箍压套三者之间热膨胀差所产生的热应力来保持扩散焊所需要的焊接压力，使两金属结合面间产生冶金结合。