低温微磨料气射流加工的硬脆材料耐冲蚀性能对比

低温微磨料气射流加工硬脆材料时,其变脆易被冲蚀去除。对碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、钇稳定氧化锆(YSZ)、99氧化铝(99 Al2O3)、石英玻璃5种硬脆材料进行低温微磨料气射流加工对比实验,探究加工压力、冲击加工角度及加工次数等工艺参数对5种硬脆材料的冲蚀去除率、低温冲蚀槽三维形貌及表面轮廓的影响,优选出低温下耐冲蚀性能良好的硬脆材料。结果表明:随着加工压力和加工次数增加,5种材料的冲蚀去除率都不断增大;随着冲击加工角度变化,5种材料的低温冲蚀槽体积也在变化,并在加工角度为90°的垂直加工角度附近时达到最大;在相同的加工工艺参数下,Si_(3)N_(4)材料的冲蚀去除率最小,其最大低温冲蚀槽深度只有20μm,SiC材料的与其相差不大,YSZ和99 Al_(2)O_(3)的冲蚀去除率依次增大,但石英玻璃材料的冲蚀去除率最大且远大于其他4种材料的。同时,Si3N4的低温冲蚀槽槽形不明显,且其表面较平整,去除量最小,因而耐冲蚀性能最佳。

MoS_(2)涂层螺栓连接的摩擦界面失效机制研究

在螺栓表面进行MoS_(2)涂层涂覆处理可提高其减摩性能进而减缓磨损,但也导致螺栓连接时螺纹表面磨损机制更为复杂。通过仿真与实验研究探究MoS_(2)涂层螺栓连接的摩擦界面失效机制,通过ABAQUS仿真软件将MoS_(2)涂层引入螺栓连接结构有限元模型中,得到在不同预紧力和界面摩擦因数下涂层螺栓螺纹处的应力分布及相对滑移幅值,并通过实验验证模型的准确性。结果表明:增大预紧力有助于MoS_(2)涂层螺栓连接防松,但预紧力过大会使螺栓连接界面的应力应变增大进而产生塑性变形,导致螺栓连接的防松效果降低;增大界面摩擦因数将使得螺栓连接界面的应力应变增大,导致其磨损程度也相应增加,并且第一圈工作螺纹磨损程度最严重;螺栓表面有无涂覆MoS_(2)涂层的应力分布规律和相对滑移幅值变化趋势基本相同,且在螺纹牙底均出现应力集中现象;但涂覆MoS_(2)涂层后的应力值相对较小,且螺纹表面的磨损程度降低,其摩擦界面失效机制主要为疲劳磨损。

基于双路并行卷积信息融合的刀具磨损识别

针对机械加工现场环境复杂多变,使用单一信号进行刀具磨损识别难以获取全面的刀具磨损特征信息的问题,提出一种同时利用声音信号和工件表面图像信息结合深度学习网络识别刀具磨损状态的方法。首先采集铣削加工过程中声音信号和工件表面图像数据,然后使用双路并行卷积神经网络对声音信号和工件表面图像进行特征提取及融合,最后进行刀具磨损识别。结果表明,和单一信号识别结果相比,采用信息融合方法能获取更全面的刀具磨损特征信息,有利于增强刀具磨损识别效果,且刀具磨损识别准确率和F1-score均在95%以上,能有效识别刀具磨损状况。

喷涂角度对螺栓表面涂层厚度均匀性的影响

针对工程中采用铝涂料涂覆螺栓时螺栓表面铝涂层易出现的厚度不均匀问题,研究喷涂角度对螺栓表面涂层均匀性的影响规律。对喷涂系统的喷嘴和螺栓进行建模,通过计算流体动力学仿真软件Fluent建立了雾化流场的气液两相流物理模型,使用离散相模型(discrete phase model, DPM)分析了流场中气相和液相的相互作用,获得了在不同角度下的喷涂流场,预测了螺栓表面液膜沉积厚度。搭建了喷涂试验系统并与模拟结果进行了验证,模拟和试验研究均表明在喷涂角度为30°时螺栓表面涂层均匀性最佳。

冲蚀角对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)蒙皮涂层去除及重涂附着力的影响

为解决飞机CFRP蒙皮涂层高效去除问题,改善重涂涂层附着力,采用塑性磨料射流加工方法对CFRP蒙皮损伤涂层去除,通过分析单颗磨料的速度和冲击力,研究不同冲蚀角度下磨料对涂层的冲蚀行为,探究塑性磨料射流冲蚀角对表面形貌、去除机制、材料去除率、接触角与表面自由能及重涂涂层的附着力方面的影响。结果表明:塑性磨料对涂层的冲蚀机理为塑性变形去除,在30°~70°冲蚀角下,磨料对涂层的冲蚀模式为滑擦、耕犁和切削。随着冲蚀角的增加,颗粒的切向分力减小,法向分力增加,法向冲蚀的冲蚀模式为剪切和挤压变形去除材料去除率递减。在所选冲蚀角范围内,当冲蚀角为30°时,聚氨酯涂层的材料去除率最大。随着冲蚀角的改变,表面粗糙度、润湿性和表面自由能发生变化,当冲蚀角为70°时,重涂后的涂层附着力较好,较初始涂层附着力提高28%左右。研究成果可为飞机CFRP蒙皮涂层的高效去除及附着力的改善提供参考。

基于改进一维卷积神经网络和通道注意机制的刀具磨损预测研究

对刀具磨损状态的准确预测有利于提高产品质量和降低生产成本,而现有预测模型多采用人工提取特征,存在费时费力等问题。提出一种结合通道注意机制的改进一维卷积神经网络的刀具磨损预测模型。该模型将卷积神经网络中的全连接层替换为卷积、池化层来增强模型的特征提取能力;最后一层采用1×1卷积和全局平均池化整合全局信息来提高预测精度;同时引入通道注意机制来增强重要特征通道的权重,进一步提高预测精度。实验结果表明,该预测模型的MAE为6.89μm,比预测模型MLP和SVR分别降低了15.54μm,12.27μm,比CNN降低了8.78μm。

磁控溅射法制备氧化锆涂层及其绝缘性能研究

电机轴承的绝缘对于提高电动汽车的电机寿命具有重要意义。采用直流反应磁控溅射方法和正交试验设计,研究了工作气压、氧气流量和沉积温度对ZrO_(2)绝缘涂层的影响。采用扫描电镜、X射线衍射仪及数字兆欧表对ZrO_(2)涂层进行截面形貌、表面形貌、涂层厚度、物相结构及绝缘性能进行分析。结果表明:绝缘电阻与涂层厚度的比值R/t最低为635 MΩ/μm时,涂层厚度为1.639μm,绝缘电阻值为1041 MΩ;制备的ZrO_(2)涂层结构较为致密,呈现非晶态或单斜相,随着沉积温度和氧气流量的增加,ZrO_(2)涂层结晶明显,且有M-ZrO_(2)(‒111)晶面择优取向;氧气流量对涂层厚度影响最大,沉积温度对R/t的影响最大;涂层内部缺陷的增加和结构的疏松使得涂层绝缘性能降低,而涂层结晶度的增高及M-ZrO_(2)(‒111)晶面的择优取向会使涂层绝缘性能增强。

大面积B掺杂CVD金刚石膜的制备研究

研究了采用B2O3作为掺杂源以EACVD法沉积大面积掺杂VCD金刚石膜,用SEM、Raman、二次离子质谱仪、四探针电阻仪等对B掺杂金刚石膜进行了分析。结果表明直径达100mm的大面积B掺杂金刚石膜的晶粒分布均匀,非金刚石碳含量较少,生长速率达到10μm／h以上;B掺杂改变了金刚石膜的成分和结构,高浓度掺杂可以细化晶粒,在高浓度掺杂的膜中存在一定的非晶态碳;金刚石膜中B的含量在一定范围内随着掺杂源浓度的增加而正比增加;金刚石膜的电阻率随着掺杂源B2O3的浓度的增加而下降,当掺杂达到一定浓度时,金刚石膜的电阻率逐渐趋向稳定。

应用CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石

通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备了具有球状晶结构、棱锥形晶结构和棱柱形晶结构等3种不同表面特征的化学气相沉积(CVD)金刚石涂层工具,以提高其研磨效率。通过正交实验法研究了金刚石涂层晶粒形态、载荷、工作台转速、研磨时间等4个工艺参数对蓝宝石材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明:金刚石涂层的晶粒形态对材料去除率和表面粗糙度影响较大;球状晶结构金刚石涂层切向力较小,棱柱形晶结构金刚石涂层切向力较大;选择棱柱形晶CVD金刚石涂层工具研磨蓝宝石,在研磨加工参数为载荷0.15 MPa、转速100 r/min、研磨时间3 min时,其材料去除率为0.397μm/min,表面粗糙度为0.354μm。结果表明:提出的CVD金刚石涂层工具可用于进一步加工、研磨蓝宝石切片,去除其表面划痕,从而改善工件表面质量。

基于电沉积过渡层沉积CVD金刚石薄膜的研究

在硬质合金的Cu、Ni、Cr电沉积过渡层上采用热丝CVD法沉积出金刚石薄膜。利用SEM和Raman对金刚石薄膜进行了研究,对影响膜基结合强度的因素进行了分析,利用压痕法对金刚石薄膜与基体的结合强度进行了检验。结果表明,在Cr过渡层上沉积的金刚石薄膜的质量和膜基结合性能较好,优于在Cu、Ni过渡层上沉积的金刚石薄膜的质量和膜基结合性能。

大面积EACVD金刚石沉积设备的研究

详细介绍了EACVD法沉积大面积金刚石膜的设备的原理和设计,设备包括机械系统和电气系统。设备的运行情况表明,该设备可以用于沉积高质量的大面积金刚石膜,沉积的金刚石厚膜直径达Φ200mm,涂层面积达(330×330)mm2,膜沉积速率为(4～20)μm/h。

Cr过渡层沉积粘附型CVD金刚石膜的机理研究

研究了电沉积层作为过渡层沉积CVD金刚石膜的工艺 ,在硬质合金的Cr电沉积层上用热丝法沉积出CVD金刚石膜。利用SEM分析了电沉积层的形貌 ,利用EPMA分析了H等离子处理后电沉积层的断面 ,利用SEM和Ra man分析了金刚石膜的表面形貌、成分 ,利用XRD分析了过渡层和CVD金刚石膜的结合面 ,利用压痕法研究了金刚石薄膜与基体的结合力。结果表明 ,H等离子处理使得硬质合金与Cr镀层成为冶金结合 ,提高了电沉积层的结合强度 ;在Cr过渡层与金刚石膜之间形成的Cr3C2

金刚石涂层的纳米压痕力学性能研究

用HFCVD法在硬质合金刀具上制备了CVD金刚石涂层,利用纳米压痕仪研究了CVD金刚石涂层的硬度和弹性模量等力学性能。结果表明,反应室气压、衬底温度、反应气体中CH4含量、沉积时间等参数改变了CVD金刚石膜中sp2成分含量、晶界数量及晶界上缺陷,从而影响CVD金刚石涂层的纳米硬度和弹性模量。较高或较低的衬底温度都会导致硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量降低;随着反应室气压、反应气体中CH4含量的增加,硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量降低;沉积时间低于6 h时,沉积时间对硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量影响显著,沉积时间超过6 h后,沉积时间对硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量逐渐趋向稳定。

基于Cr过渡层沉积CVD金刚石涂层的试验研究

研究了在硬质合金上基于 Cr过渡层沉积 CVD( Chemical vapor deposition)金刚石涂层的工艺 ,利用自制的 CVD金刚石沉积设备制备出晶形完整、晶粒大小均匀、分布连续的金刚石涂层。用 SEM和 Raman光谱对CVD金刚石涂层进行了分析。结果表明 ,沉积工艺对金刚石的形态和成分有显著影响 ,基体温度在 80 0℃左右时 ,可以得到晶形完整 ,非金刚石成分较少 ,与基体结合紧密的 CVD金刚石涂层。

掺硼金刚石膜的电火花加工研究

由于金刚石膜的加工极其困难,提出了一种通过在制备过程中掺杂使金刚石膜导电的金刚石膜精加工新工艺,利用电火花对掺杂金刚石膜进行电加工。研究了电参数对金刚石膜加工性能的影响,用SEM和Raman分析了金刚石膜电火花加工表面的形貌和成分。研究了掺硼金刚石膜电火花加工的加工机理,建立了电火花加工模型。试验结果表明,电参数对金刚石膜的加工速度、表面粗糙度有较大影响,掺杂金刚石膜的电火花加工是汽化、熔化、氧化、石墨化等多种效应的综合作用结果,通过掺杂可以显著改善金刚石膜的可加工性。

硬质合金上镀铬的研究

为提高硬质合金与金刚石膜层的结合力 ,在硬质合金上电沉积铬过渡层。介绍了硬质合金的镀前处理及镀铬工艺 ,利用扫描电镜观察了镀层表面及断面形貌 ,研究了H等离子处理对镀层表面、断面形貌及镀层与硬质合金结合强度的影响。结果表明 ,H等离子处理使得镀层与硬质合金基体相互扩散 ,从而明显提高了镀层与合金基体的结合强度。

B掺杂CVD金刚石厚膜的应力研究

在HFCVD系统中采用B2O3作为掺杂源制备了B掺杂CVD金刚石厚膜,利用X-射线衍射仪研究了B掺杂对CVD金刚石厚膜应力的影响。结果显示,B元素的掺杂改变了金刚石膜的成分和结构,膜中非晶态碳含量随着掺杂浓度的增加而增加。在低掺杂时CVD金刚石厚膜成核面上的应力状态为压应力,在高掺杂时应力状态为张应力,张应力值随着掺杂浓度的增加而增加。掺杂CVD金刚石厚膜生长面的应力为张应力,在高掺杂时的张应力值较高。

硬质合金镀镍层结合性能的研究

研究了在YT5硬质合金上镀镍工艺和镀层的氢等离子体处理工艺 ,在YT5上得到了质量较好的镍镀层。试验表明 :镀前预处理对提高镀层质量起重要作用 ,氢等离子体处理改变了镀层的表面形态 ,在镀层和基体之间形成扩散层 ,使基体与镀层之间的结合由机械结合变成冶金结合 ,提高了镀层与硬质合金的结合强度。

大面积自支撑CVD金刚石厚膜的应力研究

在HFCVD系统中制备了直径为100mm的自支撑CVD金刚石厚膜,利用XRD研究了自支撑CVD金刚石厚膜的应力。结果显示制备的大面积自支撑CVD金刚石厚膜处于较低的应力水平,应力分布较均匀,生长面应力状态为压应力,成核面应力状态为张应力。

CVD金刚石刀具的制备工艺研究

详细介绍了CVD金刚石厚膜刀具和涂层刀具的制备工艺,分析了目前制约CVD金刚石刀具制造和工业化过程的关键技术问题,制备出的CVD金刚石刀具满足了高硅铝合金等难加工材料的加工需求。