基于力信号的砂轮磨削状态在线监测研究

磨削过程监控是实现磨削加工智能化与保证制造质量的关键.磨削力是磨削加工过程中一个重要的伴随信号特征,它直接跟砂轮磨损程度、磨削热、砂轮与工件接触状态等事件之间有着密切联系.为了提升微晶刚玉砂轮磨削齿轮工艺的精密化、自动化与智能化水平,开展砂轮磨削状态在线监测与砂轮磨损机制研究,建立磨削力时频两域信号与砂轮–工件接触状态、砂轮磨损程度事件之间的内在关联,提出一种基于实时力信号的砂轮磨削状态的在线监测新方法.同时,采用激光共聚焦显微镜与扫描电镜表征分析了微晶刚玉砂轮形貌蕴含的磨损机理.研究表明,磨削力时域波谱的峭度、波形指标、峰值指标、脉冲指标等波形特征指标分布规律呈现为变切深磨削状态≥显著磨损砂轮的稳态磨削状态≥轻度磨损砂轮的稳态磨削状态>未接触状态的鲜明态势.然而,磨削力幅频谱的峭度、脉冲指标两项波形特征值在不同磨削状态下的变化规律却与时域信号截然相反.砂轮工作表面三维粗糙度随磨损演变呈现出先略微减小后增大的变化规律,而微晶刚玉磨粒的聚微晶结构使其拥有沿微晶界面呈现逐层解理剥落的更新自锐能力.

基于微纳结构设计的电磁性能调控研究进展

吸波材料通过吸收电磁波能量,减少或消除电磁波的反射,从而有效降低电磁波的干扰。材料的电磁参数决定其电磁波吸收性能,调整填充比例、改变宏观形态以及复合方式等传统的调控策略存在一定局限性,无法根本改变电磁参数,阻碍了吸波材料的进一步发展。微纳结构设计策略可以改变材料的电导率、电荷密度以及磁性等理化性质,进而根本性改变材料的电磁参数,在调控电磁波吸收能力上展现出巨大优势。由于精确设计微纳结构材料难度较大且批量生产较为困难,其发展受到限制。此外,确定微纳结构与电磁波响应和损失机制之间的结构-性质理论关系仍然是一个重大的挑战。基于此,本文分析了微纳结构与电磁性能的构效关系,阐明了微纳结构设计策略在调控电磁波吸收能力方面的绝对优势,并且梳理了元素掺杂设计、表面效应调控以及成核生长控制等微纳结构改变对电磁响应机制和损耗机制的影响,为研究者们提供了基于微纳结构调控电磁性能的策略和理论指导。最后,以量子点、纳米晶以及纳米线等典型微纳米材料作为范例,综述了其调控电磁参数的策略、优势以及在电磁波吸波领域的研究现状与应用前景,为微纳米材料在电磁波吸波领域的发展提供了理论基础和策略支撑。

透视/遮阳/控温/红外隐身多功能集成序构薄膜研究

为了解决光学材料多功能耦合与集成的光谱诉求及其材料设计冲突难题,本文提出一种基于[TiAlN/Ag]^(2)/TiAlN序构复合薄膜开展可见光透射诱导与红外辐射抑制的协同设计方法,诠释序构薄膜材料多功能耦合的新原理与新机制,并对其光学兼容性能测试表征。研究表明,构筑的[TiAlN(厚度为30 nm)/Ag(厚度为15 nm)]^(2)/TiAlN(厚度为30 nm)序构复合薄膜具备带通状选择性透射与中远红外低辐射的光学特性,可较好实现透视、遮阳、低辐射控温与红外隐身多功能兼容效果,在军用车辆、绿色建筑等特种玻璃的辐射控温与红外隐身领域有应用潜力。

CNTs-SiC/Al_2O_3-TiO_2复合涂层的制备及其性能

采用微弧等离子喷涂技术制备了CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合涂层,借助SEM、X射线衍射、仪热分析仪和网络分析仪对CNTs-SiC/Al2O3-TiO2涂层的组织结构、高温氧化性能、电磁特性进行了测试分析.结果表明:多功能微弧等离子喷涂枪内中心轴向送粉方式制备的CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合涂层的组织结构致密、孔隙率低,SiC和CNTs的物相也保留下来.CNTs-SiC/Al2O3-TiO2涂层的高温氧化性能有所提高,涂层在35～700℃升温阶段失重率为0.71wt%,700℃恒温氧化60min后失重率为0.41wt%.随着频率的增加,CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合粉末的介电常数的实部从17.3下降到10.3,而虚部在6.3～2.9之间,具有频散效应.制备的CNTs-SiC/Al2O3-TiO2复合涂层在一定的范围内随着涂层厚度的增加,吸波能力显著提高,其谐振频率不断向低频移动.

微弧等离子喷枪电热特性分析

等离子喷枪的电弧伏安特性和热效率等电热特性是影响等离子喷涂质量的重要因素,文中根据自行研制的微弧等离喷涂系统,开展等离子喷枪的电热特性研究,分析了不同进气方式下的电弧伏安特性以及微弧等离子喷枪的热效率.结果表明,等离子喷枪在不同进气方式下均呈现下降的伏安特性,在相同电流和气体流量条件下,直流和切向混合进气方式下喷枪的电弧电压要高于单独采用直流和切向进气时电弧电压,电弧具有更高的能量密度.微弧等离子喷枪热效率为56%～76%,喷枪射流热焓为3.28～11.16 kJ/g.

微弧等离子表面强化处理对45^#钢磨损性能的影响

采用微弧等离子作为热源对45#钢进行表面硬化改性处理,运用扫描电子显微镜,观察和分析了磨损试验后其磨损表面形貌,测试了45#钢基体和45#钢淬火硬化层的干滑动磨损性能,探讨了硬化层的磨损机制。结果表明:经微弧等离子表面强化处理,45#钢淬火硬化层晶粒细小,组织致密,为板条状和针状马氏体混合组织,硬度由45#钢基体的HV200提高到HV600以上,磨损体积由45#钢基体的743.44×10-11m3减小到81.86×10-11m3,耐磨性提高了9倍。硬化层滑动磨损机制主要为氧化磨损和轻微的磨粒磨损。

热喷涂技术的研究进展

从喷涂设备、涂层应用和质量监控方面综述热喷涂技术的发展现状,重点介绍了等离子喷涂、超音速电弧喷涂、超音速火焰喷涂以及冷喷涂技术的最新进展;提出了制备热障、纳米、非晶、超导及隐身功能涂层将成为研究热点;指出利用各种先进的声、光、电、磁无损检测技术,对涂层性能进行在线诊断、评估质量和预测寿命的研究方向;并对热喷涂技术的发展趋势进行了展望。

微弧等离子喷涂碳纳米管/纳米Al_2O_3-TiO_2复合涂层高温性能研究

采用等离子喷涂技术制备了5wt%CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层,借助SEM、热红联仪和RAM反射率测试系统对CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层的组织结构、高温氧化性能、电磁特性进行了分析.结果表明:CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层的组织结构致密、孔隙率低,CNTs分散均匀,碳纳米管与Al2O3-TiO2陶瓷粘结剂之间具有良好的界面相容性.在20～700℃高温氧化过程中,CNTs起始失重温度为471.29℃,CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层的高温氧化性能有一定提高,起始失重温度从471.29℃提高到507.8℃,而碳纳米管的失重率从100%下降到33.68%.CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层具有较好的高温吸波性能,25℃时复合涂层的反射率峰值为-7.86dB.随温度的升高,CNTs/Al2O3-TiO2复合涂层的反射率峰值不断减小,谐振频率向低频移动,300℃时复合涂层的反射率峰值为-12.88dB,小于-5dB频带宽为4.48GHz.

微弧等离子喷涂AT13纳米涂层的工艺优化

根据微弧等离子喷涂在不同工艺参数下制备的AT13纳米涂层结合强度和显微硬度的测试结果,运用遗传神经网络算法对喷涂工艺参数与涂层结合强度和显微硬度之间的非线性关系进行建模与仿真,并应用遗传算法和多目标优化理论对AT13纳米涂层的性能进行了优化．研究结果表明,仿真值与实验值相一致,相对误差<0．5％;喷涂电流、Ar流量和Ar压力分别为150A、0．64m3／h和0．38MPa．时,AT13纳米涂层综合性能最佳．

微弧等离子喷涂碳纳米管/纳米Al_2O_3–TiO_2复合涂层

根据"一专多能"的设计思想,研制了多功能微弧等离子喷涂系统。该系统除具有喷涂功能外,还具有焊接、切割、淬火等用途。所设计的微弧等离子喷枪采用了独特的气路结构、喷嘴结构和中心轴向送粉方式;设计的电源运用了IGBT高频逆变技术、微电脑控制技术和软开关变换技术等,具有体积小、质量轻、抗干扰强、可靠性高等特点。运用多功能微弧等离子喷涂系统制备了碳纳米管/纳米Al2O3–TiO2复合吸波涂层。结果表明,涂层厚度为1.5mm时,碳纳米管/纳米Al2O3–TiO2复合涂层的吸波能力最佳,最小反射率为-22.14dB,小于-10dB的频带宽为4.00GHz。

高载荷条件下石墨-石墨摩擦副的摩擦学特性研究

利用研制的高载荷条件下摩擦因数测试装置，研究了石墨／石墨摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦学特性。结果表明：在4～15MPa范围内，随着载荷的增加，摩擦副在空气、水和油介质中的摩擦因数都逐渐降低；在油介质中摩擦副的摩擦因数最小，在水介质中摩擦因数变化最平稳，在空气中摩擦因数最大，且随载荷的增加变化幅度最大。磨损表面原始形貌对比分析表明，在空气中，摩擦副表面处于边界润滑状态，主要磨损机制是粘着磨损和犁削；水润滑条件下为轻微犁削；油润滑条件下，摩擦副表面处于为边界润滑和流体润滑状态，油中的减摩剂对试样表面有抛光作用。

热喷涂镍-铬基涂层的高温氧化性能

为了提高钢体结构材料的高温氧化性能,采用超音速电弧喷涂技术和微弧等离子喷涂技术,在45钢基体上分别制备了Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层,对45钢基体、Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层进行了1100°C高温氧化实验,采用热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等方法研究了涂层的氧化性能。结果表明,Ni-Cr基涂层和Ni-Cr/ZrO2复合梯度涂层高温氧化后,表面组织结构致密,与45钢基体相比,具有更优良的抗高温氧化性能。

微弧等离子45钢表面淬火硬化层性能分析

运用均匀设计试验法,制定了以电弧电流、喷枪移动速度、气体流量、喷枪与工件间距为参数的淬火工艺试验方案,实现了微弧等离子45钢表面淬火强化.利用金相显微镜、电子扫描显微镜、显微硬度计、磨损试验机等试验手段,重点围绕淬火硬化层显微组织、力学性能以及硬化机理进行了较为系统的试验研究.结果表明,微弧等离子淬火热影响区小,试样冷却速度大,硬化层晶粒细小,组织致密,为板条状和针状马氏体混合组织,硬度由45钢基体的200HV0.2提高到600HV0.2左右,耐磨性提高了8.5～26.7倍.

镍-铬基及其复合涂层的冲蚀磨损性能研究

采用超音速电弧喷涂技术和微弧等离子喷涂技术,在45钢基体上分别制备了Ni-Cr基复合涂层和Ni-Cr/ZrO2梯度涂层。研究了涂层的冲蚀磨损性能,并对涂层的冲蚀磨损形貌及冲蚀磨损机理进行了分析。结果表明,随着冲蚀角度的增大,Ni-Cr基复合涂层与Ni-Cr/ZrO2梯度涂层的冲蚀率都呈现先增加后减小的趋势,并且大约在60°冲蚀角时,冲蚀率达到最大值。

多功能微弧等离子喷涂对改进涂层组织和性能的作用

分别采用自行研制的多功能微弧等离子喷涂和传统的Metco 9M等离子喷涂制备了Al2O3＋13％TiO2（简称AT13）涂层，利用扫描电镜、X射线衍射仪以及显微硬度计等分析测试了AT13涂层的组织结构和性能，探讨了枪内中心轴向送粉方式对AT13涂层性能的影响。结果表明，多功能微弧等离子喷涂枪内中心轴向送粉方式制备的AT13涂层粉末粒子熔化充分，涂层主要物相为α—Al2O3、γ-Al2O3、Al2TiO5、ZrO2和CeO2等，显微硬度分布范围为975～1441MPa，平均结合强度为42．7MPa；而Metco 9M等离子喷涂外送粉方式制备的AT13涂层中存在部分未熔纳米AT13粉末粒子，主要物相有α-Al2O3、γ—Al2O3、Al2TiO5、TiO2、ZrO2和CeO2等，显微硬度分布范围为655～946MPa，平均结合强度为19．7MPa。结果显示多功能微弧等离子喷涂采用枪内中心轴向送粉能够制备出更加优异性能的AT13涂层，有利于拓宽AT13涂层在工业领域中的应用。

不同管径碳纳米管电磁特性与吸波性能研究

采用HP-8510B微波矢量网络分析仪测试了种不同管径碳纳米管(CNTs)的电磁参数,并对三者的电磁参数进行比较。结果表明CNTs的管径不同,其电磁性能也有所变化,随着CNTs管径增加,其复介电常数虚部不断增加,在10～18GHz高频段,管径为30～50nm的CNTs介电损耗角正切较大。根据电磁波传输线理论计算了3种碳纳米管的反射率曲线,厚度为2.0mm时,管径为30～50nm的CNTs的吸波性能最佳,模拟反射率峰值为-26.24dB;管径为20～30nm的CNTs模拟反射率峰值为-12.52dB;管径50～80nm的CNTs模拟反射率峰值为-24.1dB。

液压制动轮缸活塞卡滞原因分析及预防措施

制动轮缸是汽车液压制动系统中的重要部件之一，他借助压缩空气的作用，为制动蹄提供必要的机械力量，以实现汽车的制动或减速。因此，其技术状况的好坏，直接影响汽车的制动性能和行驶中的安全。

SiC吸收剂电磁参数及吸波性能研究

采用HP-8510B微波矢量网络分析仪测试了超细SiC、SiC晶须和纳米SiC的电磁参数，并对三者的电磁参数进行了比较，结果表明粒径较小的纳米SiC的电磁参数在大部分所测试频段上均高于其余二者。根据电磁波传输线理论计算了3种SiC吸收剂的反射率曲线，发现纳米SiC的吸波性能明显优于超细SiC和SiC晶须。纳米SiC吸收剂的吸收峰随着厚度的增加而增大，谐振频率随着厚度的增加而向低频转移。纳米SiC吸收剂在涂层厚度为5．0mm时，吸收峰值可达8．45dB，谐振频率为7．12GHz，小于-5dB的频宽为1．8GHz。

Lightweight broadband microwave absorbing metamaterial with CB-ABS composites fabricated by 3D printing

The self-similarity,high geometric symmetry and spatial utilization properties of fractal structures provide new methods for the development of absorbing metamaterials.In this paper,the microwave absorption properties of the gradient dendritic fractal metamaterial structure(GDFMs)based on carbon black and acrylonitrile-butadiene-styrene composites were investigated.The optimal metamaterial structure has an effective absorption in the frequency range of 4.5-40 GHz.The rotational-symmetry GDFMs leads to the polarization independence,and the GDFMs exhibits a wide-angle absorption performance for both TE and TM waves.It is expected that the proposed GDFMs has good application prospects in electromagnetic wave absorption.

超材料吸波体及其3D打印制造研究进展

超材料吸波体由于其独特的电磁特性和较强的结构设计性等优点,成为电磁吸波领域的研究热点。而3D打印技术能够突破传统制造方式的缺陷,极大地提高设计自由度,因此利用其制备超材料能够实现结构与功能的一体化,逐渐成为超材料吸波体领域的重要发展方向。本文阐述了基于等效介质理论的超材料吸波体吸波机理,介绍了超材料吸波体在宽频吸波、极化和角度不敏感、动态可调性等方面的研究现状,进而归纳了3D打印超材料吸波体的研究进展以及现阶段3D打印超材料吸波体研究中存在的问题,并从吸波性能、结构设计、应用发展三个角度对3D打印超材料吸波体的未来发展进行了展望。