北京航空材料研究院在重型燃气轮机叶片材料和工艺方面的研究进展

一．国内外重型燃气轮机叶片发展状况 燃气轮机是20世纪40年代兴起的一种高效、节能、低污染的新型动力机械，具有功率大、质量轻、尺寸小、起动快、工程总投资少、可采用多种燃料、不用冷却水或少用水等优点，被广泛用于航空、航天、船舶、坦克、铁路机车的动力装置和天然气输送、油田注水、供热、矿井通风等重要领域。60多年来，燃气轮机的发展取得了引人注目的进步，燃机性能不断提高，

北京航空材料研究院树脂基复合材料专业SWOT分析

综述北京航空材料研究院复合材料专业的优、劣势和面临发展的机遇和威胁,并就未来发展提出了一些观点。指出复合材料的大发展既是对北京航空材料研究院的挑战,同样也是机遇,北京航空材料研究院在充分发挥自身技术优势的同时,正视并解决存在的劣势和不足,主动把握发展机遇,必将在未来取得更大的成功。

北京航空材料研究院铸造高温合金及工艺发展40年

简要介绍了航空材料研究院４０年来在铸造高温合金及工艺包括熔炼、铸造、定向凝固及细晶铸造等领域取得的成就。

航空发动机用新型高温钛合金材料研究进展

国外先进航空发动机中,高温钛合金用量已占到发动机总重量的25%~40%,如第三代发动机F100的钛合金用量为25%,第四代发动机F119的钛合金用量为40%。我国第二代航空发动机钛合金用量约13%~15%,使用温度一般不超过400℃。第三代航空发动机中钛用量达到25%。高温钛合金主要用于制造航空发动机压气机叶片、盘和机匣等零部件,这些零件要求材料在高温工作条件下(300~600℃)具有较高的比强度、高温蠕变抗力、疲劳强度、持久强度和组织稳定性。

航空典型金属材料增材制造组织、缺陷、表面、构型研究进展

增材制造是一种集激光、数字化、材料等学科为一体的新型制造技术,具有降维制造、复杂成型、材料利用率高等优点,是材料加工领域中最具应用前景的技术之一,金属增材制造技术已在航空领域得到广泛研究和应用,国内外学者在航空金属材料增材制造方面的研究不断深入。中国航发增材制造技术创新中心在金属增材制造结构四要素——组织、缺陷、表面、构型方面开展了大量研究并获得一些数据,发现了一些现象和规律,包括组织接续生长特征及其对力学性能的影响;典型材料增材制造常见缺陷(气孔、裂纹、未熔合)特征、形成原因及其对力学性能特别是疲劳性能的影响机制;零件表面粗糙度与成形角度的关系及对疲劳性能的影响;金属增材制造构型的影响因素。在此基础上,总结了金属增材制造发展中存在的问题,对下一步重点提出了建议,并对未来研究工作提出了展望。

纳米压痕法测量航空发动机关键材料残余应力的研究进展

随着航空发动机的需求日益增加,人们对合金性能的要求也越来越高。在制造和加工过程中引入的残余拉应力会严重影响合金的力学性能,从而缩短发动机的服役寿命。因此,残余应力的测量对发动机的可靠性和安全性起着关键性作用。本文系统归纳了纳米压痕技术的测量原理,包括接触深度、接触刚度、接触面积、硬度以及弹性模量的计算,介绍了纳米压痕测量残余应力计算模型(如Suresh、Lee、Xu、Wang、Kim以及Peng等模型)的分析过程,对比了计算模型之间的优缺点,详细综述了纳米压痕理论在航空发动机关键材料(如不锈钢、铝合金、钛合金、镍基高温合金)残余应力测量中的最新研究进展,总结了残余应力计算模型存在的不足,同时展望了纳米压痕法测量残余应力的发展方向。

军工院所市场营销及其组织体系建设探究——以北京航空材料研究院为样本

本文以中航工业北京航空材料研究院在转变市场营销模式、探索建立新的市场营销组织体系中所取得的经验与不足为研究对象,总结军工院所结合自身实际进行市场营销模式探索的合理方式,以期为军工院所建设市场营销组织体系提供借鉴。

机器学习在航空发动机钛合金研究中的应用进展

高性能航空发动机的不断发展对钛合金的综合性能提出更高要求,基于不同合金化元素作用机理的材料成分设计技术是实现钛合金改性的重要途径。对于日益复杂的航空发动机钛合金材料体系,不同元素的相互作用机理及精准设计难度极大。基于Mo当量和密度泛函等传统设计已不能满足未来需求,机器学习成为一种可行且高效的理论工具。本文在介绍钛合金机器学习基本原理和方法的基础上,综述通过机器学习实现航空发动机钛合金成分设计及工艺优化的最新研究成果,重点比较不同机器学习模型在预测力学性能及高温氧化性能上的特点及优势,最后对未来基于主动学习框架设计航空发动机钛合金成分的研究方法进行展望,指出Mo/Al当量设计与机器学习相结合、复杂多组元合金材料简化元素设计等是今后重要发展方向。

高熵碳化物材料研究进展

高熵陶瓷是近年来得到快速发展的新型材料,吸引了许多研究者的关注,具有的高熵效应赋予了其优异的性能。其中高熵碳化物具有优异的硬度、断裂韧性、隔热性能与抗腐蚀性能,在环境障涂层、热障涂层等领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了高熵碳化物的预测理论、合成方法,同时对其抗氧化性能、力学性能、耐腐蚀性能以及隔热性能等方面进行了综述,指出了高熵碳化物在制备应用方面面临的问题,最后展望了高熵碳化物的发展方向。

航空航天先进结构材料技术现状及发展趋势

先进材料技术是航空航天高新装备的发展先导,是支撑现代工业的关键基础技术,渗透到国防建设、国民经济和社会生活等方方面面,已成为世界各国争相发展的技术高地和国防重点。本文梳理分析航空航天先进结构材料近年来的技术现状及发展趋势,在高性能高分子材料及其复合材料、高温与特种金属结构材料、轻质高强金属及其复合材料、先进结构陶瓷及其复合材料四方面进行重点阐释,明确我国航空航天结构材料的研发与生产仍面临着跟踪研仿多、自主创新少、技术封锁严重、技术瓶颈亟待突破等困境。同时,本文对航空航天结构材料未来研究和发展提出展望,点明建立“产-学-研-用”完整技术体系的重要性。

增材制造镍基高温合金在航空发动机与燃气轮机中的研究应用进展

镍基高温合金具有良好的高温性能,被广泛用于航空发动机与燃气轮机热端部件的制造。增材制造逐点快速熔凝、逐层累积堆叠的工艺特点,不仅可实现高性能复杂结构零件的快速制造,还可用于损伤零件的高效率、高质量修复。目前,增材制造技术已逐渐成为镍基高温合金零件制备及修复的重要技术途径之一。本文综述了增材制造镍基高温合金在显微组织与冶金缺陷研究方面的进展,总结现有文献中GH3536、GH3625和GH4169三种常用镍基高温合金的拉伸性能,介绍增材制造镍基高温合金零件在航空发动机及燃气轮机中的典型应用案例。最后,针对现有研究存在的问题及制约增材制造镍基高温合金零件应用的困难,提出从设计增材制造专用镍基高温合金成分、建立增材制造镍基高温合金专用热处理/热等静压工艺、开发单晶镍基高温合金增材制造技术、发展增材制造实时监测控制技术、创新增材制造零件内表面处理技术等方面,进一步促进增材制造镍基高温合金零件的工程应用。

连续SiCf/TC17复合材料室温偏轴拉伸性能研究

采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiCf/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明:纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1960~1987 MPa;纤维偏轴角度再增大时(>2°),材料拉伸强度近似呈单调线性降低,由1870 MPa降至1797 MPa。纤维偏轴角度较小时(≤2°),平坦区基体与纤维断裂面平整,且两者的断裂面平行。纤维/基体界面没有明显的脱粘破碎迹象;纤维偏轴角度较大时(>2°),部分纤维存在“斜切断裂”,纤维拔出距离变长,且不再与基体的断裂面保持在同一平面,基体撕裂损伤严重。依据断口形貌结合局部承载模型,详细论述了SiCf/TC17复合材料两种拉伸失效的断裂过程。纤维偏轴角度较小时(≤2°),裂纹萌生于纤维间距较小的反应层,在界面处钝化或偏转进而形成不同截面的平坦区,当纤维超过承载能力极限,试样整体断裂;纤维偏轴角度较大时(>2°),“拉-剪”耦合效应导致C涂层与反应层间的界面脱粘破碎形成裂纹源,裂纹加速反应层受损或导致界面脱粘致使纤维断裂,当基体及剩余纤维超过承载能力极限,试样整体断裂。

航空发动机钛合金分子动力学计算技术研究进展

未来航空发动机推重比等性能不断提升,对钛合金部件的高温力学及结构稳定性等提出更高的需求。传统实物实验在时间、空间尺度的局限性日益凸显,对于微观瞬态现象及机理的深入研究存在一定难度。而分子动力学(molecular dynamics,MD)计算技术以原子/分子模型为计算对象,在引入牛顿经典力学与经验参数的基础上,较量子计算方法大幅度提高了计算效率,从而成为实现航空发动机钛合金工艺参数优化与组织性能计算的重要技术途径。本文在概述MD计算空间与时间尺度优势基本原理的基础上,重点介绍通过MD计算方法研究钛合金成形制造、微观组织与结构、力学与热力学性能、材料设计和力场开发等方面的研究进展,以及有助于航空发动机钛合金耐高温性能提升的代表性结论。最后结合航空发动机钛合金对MD计算技术的需求,展望未来研究方向,指出基于MD计算方法的钛合金高通量成分设计、训练针对成熟钛合金成分体系的分子力场和将新型ReaxFF(reactive force field)反应力场引入钛合金燃烧机理研究中面临的挑战。

高导热金刚石/Cu复合材料的研究进展

随着大数据、人工智能等信息技术的飞速发展,电子元器件逐渐向便携、轻量、高性能等方向发展。金刚石/Cu复合材料具有热导率高、热膨胀系数与电子元器件匹配度高等优点,目前已成为第三代先进电子封装材料。综述了国内外金刚石/Cu复合材料的制备方法、影响金刚石/Cu复合材料热导率的因素,尤其是界面改性对热导率的影响。此外,还对金刚石/Cu复合材料的未来发展方向进行了预测,为金刚石/Cu复合材料的研制提供参考。

铝质黏结剂型壳材料与制备工艺研究

在高温合金熔模精密铸造中,黏结剂的选择是一项最为关键的核心技术。常用的传统黏结剂为硅质黏结剂,然而这种黏结剂在高温下会化学分解,进而引起强度损失,限制了它的发展。铝质黏结剂具有熔点高、结构稳定的特点。本文通过对比铝质黏结剂型壳材料在不同条件下的工艺参数,初步确定了铝溶胶在精密铸造应用方面的技术指标及其匹配性。通过在铝溶胶涂料中加入质量分数为0.4%Cr+(III)离子溶液,初步解决了铝溶胶水溶可逆的问题,并研究了一种铝溶胶-硅溶胶复合壳型,其在1500℃时有8.4 MPa的高温抗弯强度。

“航空发动机传感器材料技术”专题序言

智能发动机概念重点关注通过主动控制技术打造航空发动机的自适应能力。航空发动机的主动控制决策由反馈的运行状态数据分析而来,反馈数据的实时性、可靠性决定主动控制的水平。传感器信号作为反馈数据的唯一直接来源,其性能水平从根本上决定了发动机的智能水平,也是当前航空发动机研制实验过程中必不可少的关键元器件。传感器一般由传感器材料、信号处理和传输系统组成,其中传感器材料技术水平直接决定传感器的性能,是传感器研制的关键核心技术。

连续纤维增强树脂基复合材料绿色化技术的研究进展

连续纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高强、性能可设计等特点,是航空装备轻量化不可或缺的重要结构材料。由于其主要采用热压罐成型技术制备,成型过程能耗高,热固性树脂回收利用难、成本高,难以满足低碳绿色发展的要求,因此开展可回收绿色复合材料、复合材料低能耗制造以及回收再利用等复合材料绿色化技术研究受到了越来越广泛的重视。笔者介绍了目前连续纤维增强复合材料绿色化技术的发展现状,并探讨了连续纤维增强复合材料绿色化技术的发展前景。

阻尼铝基复合材料的研究进展和应用前景

航空、航天、舰船和兵器等领域装备的减振对结构材料的阻尼性能具有较高的要求。但常用金属结构材料的阻尼性能较差,而传统阻尼合金的密度较大或强度偏低,需要研发轻质阻尼结构材料。在轻质阻尼结构材料中,阻尼铝基复合材料引起了广泛关注。迄今国内外阻尼铝基复合材料在材料制备、典型性能、验证试验等方面取得了较大进展,并显示出了良好的应用前景。目前已研制成功了铝合金/Gr(/SiC p)和铝合金/(Zn-Al)(/SiC p)等2种系列的阻尼铝基复合材料。这些复合材料的室温阻尼性能(Q-1)达到(6~15)×10^(-3),比传统铝合金提高约1~3倍,而其力学性能与2xxx系或7xxx系铝合金相当。同铝合金原结构相比,阻尼铝基复合材料零件可实现减振20%~40%。这些材料可应用于振源附近的结构件和光电设备的支撑构件,满足装备的减振要求。阻尼铝基复合材料的未来方向包括进一步改进性能、降低密度、增加产品品种、建立性能数据库、加强验证试验和降低成本等。