殚精竭虑,培育年轻人在历练中成长

担任徐院士的科研助手20余年,我深刻体会他老人家在年轻人培养方面的良苦用心。徐院士以其勤奋拼搏、勇于开拓的工作精神及求真务实、谦虚严谨的科学品质,带领年轻人在科技攻坚的道路上砥砺前行,并用他的言传身教,对年轻人进行全方位的培养,呵护年轻人在不断砺练中成长,使得年轻人在潜移默化中得以提升。

高速列车制动盘设计中若干问题的研究现状

高速列车制动盘是列车制动系统的核心工作零件,通过制动盘与制动闸片间的摩擦接触将动能转化为热能以实现紧急制动,进而保证列车安全,因此制动盘的性能直接影响列车的制动效果。随着列车提速,制动过程需要吸收更多的能量,从而导致制动盘温度快速升高甚至超出材料的安全使用范围,这将使现有制动盘设计无法满足工程需求,因此必须研制性能更优的制动盘产品。制动盘的设计是一个系统性问题,涉及制动盘的材料、结构、成形方法、热处理等多方面内容且各因素互相影响。其中,新材料的研发是制动盘研究的重要内容,其发展方向为工程陶瓷基复合材料和复合纤维基材料,但材料自身缺陷及制备工艺不成熟导致其仍处于实验室阶段,而工业生产中多使用铸钢和锻钢。目前对制动盘的结构设计仅考虑了结构成形性,导致其结构设计冗余、散热能力有限,本文在结构设计部分重点介绍了制动盘散热特性和应力分布两方面的研究,并分析了现有研究方法的特点和存在的问题,指出试验-仿真方法对新型制动盘的设计及性能评估意义重大。在制备工艺方面,表面强化、增材制造等新技术的引入增大了制动盘的设计自由度,有利于产品性能的提升。本文从材料性能、结构设计和制备工艺三个重要方面详细阐述了制动盘的研究现状,对高速列车制动盘的研究内容和发展方向进行了展望,为制动盘的精细化、轻量化设计提供了研究思路和理论支持。

激光熔覆材料研究现状

综述了目前制备激光熔覆涂层所采用的主要材料体系及激光熔覆材料应用中存在的主要问题及解决途径,给出了设计和开发激光熔覆材料应遵循的一般原则。指出激光熔覆材料是决定熔覆层工艺性能和应用性能优劣的重要因素,激光熔覆专用粉末的研究开发是激光熔覆技术研究的重要方向。

激光熔覆铜基自生复合材料设计及其涂层研究

为了提高铝合金的耐磨性 ,利用铜合金体系存在液相分离现象等冶金性质 ,在铝合金表面设计了自生铜基复合材料体系 ,并采用激光熔覆技术对其进行了验证和优化 .设计的较理想材料体系为Cu - 16Ni-6Fe - 8Co - 7Mo - 4Cr - 3Si,由其得到的激光熔覆复合材料中存在大量的自生硬质颗粒增强体 ,其熔覆涂层具有良好耐磨性 。

金属磁记忆检测技术用于再制造毛坯寿命预测的试验研究

为探讨金属磁记忆无损检测技术预测再制造毛坯的剩余寿命,采用金属磁记忆技术检测了拉-拉疲劳过程中45钢光滑试件和预制缺陷试件表面的磁记忆信号变化规律。结果表明:45钢光滑试件疲劳试验过程中,在试件断裂之前,随疲劳载荷作用循环次数的增加,试件表面磁信号的分布规律变化不大,试件断裂后断口处磁信号发生激变;表面预制槽型缺陷的45钢试件在疲劳试验过程中,其表面磁信号在预制缺陷扩展后发生变化,且缺陷部位磁信号峰峰值随裂纹长度增加而持续增大。研究分析认为,金属磁记忆检测技术对疲劳裂纹的扩展情况有较好的反映,有望通过建立磁记忆信号峰峰值——疲劳裂纹长度a的关系模型,实现金属磁记忆技术对再制造毛坯剩余寿命的定量方法。但是,采用金属磁记忆技术预测疲劳裂纹萌生前铁磁材料的损伤程度尚需进一步探索。

纳米颗粒复合刷镀层性能研究及其强化机制探讨

制备了分别含有氧化铝、氧化硅、碳化硅、氧化钛和金刚石5种不同纳米颗粒的复合刷镀层,测试了各复合刷镀层的硬度、耐磨性、抗接触疲劳性能及高温性能,并探讨了纳米颗粒复合刷镀层的强化机制.结果表明:纳米颗粒复合刷镀层的硬度是不含纳米颗粒的快速镍刷镀层的1.5～1.7倍、耐磨性是1.6~2.5倍,抗接触疲劳寿命提高到106周次、可服役温度提高到400 oC;纳米颗粒复合刷镀层的强化机制主要为细晶强化、弥散强化和位错强化.

铝合金表面激光熔覆铜合金层中的裂纹及其有限元分析

采用激光熔覆方法在铝合金表面得到了铜合金熔覆层,试验观察到在熔覆层与基体表面交界区域易于产生宏观裂纹,在熔覆层顶层易于产生微观裂纹。利用MSC/NASTRAN有限元分析软件对熔覆层横断面内平面残余热应力进行了模拟分析,得出了其残余热应力分布,解释了涂层中的裂纹现象。

Fe90合金激光熔覆工艺优化及性能研究

针对以18Cr2Ni4WA渗碳钢为材质的车辆典型零件磨损面激光再制造问题,采用Fe90合金粉末进行了失效零件的激光熔覆再制造工艺研究;以熔覆层为分析对象,通过SN比和方差分析获得影响熔覆层稀释率的显著因素为激光功率和送粉量,并给出了工艺参数与稀释率关系的定量表征关系范围,综合组织、相组成分析了熔覆层具有较高硬度的原因。结果显示,采用Fe90合金粉末激光熔覆再制造失效零件在恢复表面尺寸的同时,又可大幅提高表面的硬度,具有良好的工艺适用性。

激光熔敷铜合金的组织特征及结晶过程分析

在ZL1 0 4铝合金表面激光熔敷铜基混合粉末体系 (质量分数ω(% ) :1 6 2Ni,8.0Co,6 .0Fe,6 .0Mo ,3.5Si,1 .5Cr ,余为Cu)制得了高硬度铜基涂层。激光熔敷快速凝固过程中 ,合金中富Mo、Fe、Co等元素的高熔点相通过偏晶或胞晶反应首先析出 ,使得铜基合金背散射电子像明显地分为白色区和灰色区。部分残余合金元素在随后的快速凝固过程中析出 ,形成大量弥散分布的细小颗粒。铜基合金涂层的组织具有快速凝固组织特征 ,由涂层界面处逆热流方向生长的粗大枝晶逐步过渡为涂层中上部无明显方向性的细小枝晶和胞晶。铜基合金涂层的显微硬度达 35 0～ 40 0HV ,较基材的表面硬度 (90～ 1 1 0HV)有显著提高。

石墨烯制备和应用中的表面科学与技术

石墨烯自2004年被成功制备以来,引起了世界范围的研究热潮,物理、化学和材料等领域的学者对其制备方法、性能表征和应用研发投入了极大兴趣。文中在简要综述石墨烯制备和应用研发现状的基础上,探讨了石墨烯制备和应用中涉及的表面科学和表面技术问题。文中指出,为促进石墨烯工程化应用,在石墨烯制备方法和应用研发中,应围绕石墨烯表面改性理论与方法、石墨烯材料及其产品制备表面工程技术方法等方面,多领域学者和工程师合作研究、协同创新。

铝合金表面激光熔覆Cu基复合涂层的组织及摩擦磨损性能

利用铜基熔体的液相分离作用 ,采用激光熔覆工艺 ,在 ZL10 4合金表面成功获得了球形颗粒体增强的过饱和(Cu,Ni)固溶体基复合材料涂层。 (Cu,Ni)固溶体的组织形态为胞状和树枝状 ,球形增强体内亚组织形态为颗粒状、穗状或树叶状。干滑动摩擦磨损试验表明复合材料熔覆层对 ZL 10 4合金表面耐磨性的提高作用很大。磨损过程中 ,ZL10 4合金主要发生了粘附磨损 ,出现了脱层现象 ;

n-Al_2O_3/N i复合电刷镀层的接触疲劳行为

为研究纳米颗粒复合电刷镀层的接触疲劳行为,通过在镍盐溶液中加入纳米氧化铝(n-A l2O3)颗粒,采用电刷镀技术制备了含n-A l2O3颗粒的镍基复合镀层(n-A l2O3/N i),采用接触疲劳试验机评价了镀态和热处理态的n-A l2O3/N i复合镀层的抗接触疲劳性能,并与纯镍刷镀层进行了性能对比.借助SEM和TEM对复合刷镀层的组织进行了分析,探讨了复合刷镀层的接触疲劳失效过程以及纳米颗粒等对刷镀层疲劳失效过程的影响.研究表明:n-A l2O3/N i复合镀层在镀态下的接触疲劳寿命超过100万周次,明显高于纯镍镀层;退火后n-A l2O3/N i复合镀层接触疲劳寿命为45.9万次,为纯镍镀层的1.62倍;复合镀层的接触疲劳失效过程分为裂纹萌生、裂纹扩展和镀层断裂3个阶段;纳米颗粒在复合镀层接触疲劳失效过程中起到阻碍位错滑移的作用,从而抑制塑性变形和裂纹扩展,使复合镀层具有较高的接触疲劳寿命.

铸铁表面电刷镀/激光熔覆复合涂层制备与性能评价

为了解决铸铁零件激光熔覆易出现裂纹的问题,采用电刷镀与激光熔覆技术复合方法对铸铁零件进行再制造。采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和往复摩擦磨损试验机分析了涂层的显微组织、测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能。实验结果表明:电刷镀/激光熔覆复合处理所制备的涂层组织致密、无裂纹、气孔等缺陷,涂层主要由Fe和Ni3Si两相组成,涂层显微硬度达422～436 HV0.3,复合处理显著改善了铸铁在干摩擦条件下的耐磨性能。

微观组织及残余应力对瑞利波评价激光熔覆层应力的影响

采用瑞利波评价激光熔覆层表面应力,结合静载拉伸试验,建立Fe314激光熔覆层中瑞利波的声弹关系曲线;通过对声弹关系曲线拟合实现对激光熔覆材料声弹系数的标定,在此基础上建立声弹公式;通过试验验证声弹公式评价激光熔覆层表面应力的可行性。分析激光熔覆层微观组织及残余应力对应力评价结果的影响,试验结果表明,这两种因素会显著影响熔覆层表面应力评价结果,采用声弹公式计算出的初始应力校准之后,理论计算结果与实际加载值更为接近,并且误差保持在可接受的范围之内。此外,由于静载拉伸过程中各向异性激光熔覆层变形不均匀,瑞利波检测应力试验中高应力阶段的误差明显大于低应力阶段误差。

铝合金表面激光熔敷铜基复合材料涂层的工艺和组织

在ＺＬ１０４ 铝合金表面激光熔敷铜基混合粉末（ ｗ （Ｂ）／ ％ ：２０Ｎｉ，８．０Ｃｏ，５ ．０Ｆｅ，６ ．８Ｍｏ，１．５Ｃｒ，３ ．５Ｓｉ，０．２ＲＥ，其余为Ｃｕ） ，制备了高硬度铜基复合材料涂层．研究发现，熔敷层稀释率随光斑宽度和扫描速度增大而减小，随激光束功率增大而显著增大；熔敷比能量是获得质量优良涂层的关键因素．涂层组织在宏观上具有分层现象．球状硬质颗粒弥散分布在细小枝状晶基体中，球状硬质颗粒富含Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｉ 等元素，而贫Ｃｕ ，基相中贫Ｍｏ．

纳米颗粒复合电刷镀镀层的微/纳观结构特征

在45钢表面制备了n-Al2O3/Ni和n-SiO2/Ni纳米颗粒复合电刷镀层,借助SEM、TEM、HREM等分析手段,在微观和纳观尺度上研究了纳米颗粒复合电刷镀层微观组织特征,分析了纳米颗粒分布、纳米颗粒/基质Ni金属界面结合等微/纳观现象。结果发现:纳米颗粒在基质Ni金属中均匀弥散分布,纳米颗粒与基质Ni金属之间达到了原子尺度的良好结合;基质Ni金属晶格发生了畸变,存在大量原子空位和位错等结构缺陷。这使得纳米颗粒复合电刷镀层具有优良的力学性能。

重型汽车发动机曲轴断裂分析

某重型汽车在正常行驶过程中,发动机曲轴突然发生断裂。对失效曲轴进行硬度测试、金相组织检查及断口宏微观观察等综合分析,结果表明:该曲轴断裂性质为弯曲-扭转疲劳断裂,其断口明显分为3个区域,即疲劳源区、扩展区和瞬断区;曲轴表面硬度比规定硬度值低,同时,材料表层和内部存在较多弥散分布的气孔及Al2O3、MnS等氧化物和硫化物夹杂,在弯矩和扭矩的共同作用下,疲劳裂纹从曲轴轴径油孔下方过渡圆角处等应力集中区域开始萌生,并沿与轴径约呈45°的方向扩展,最终导致曲轴断裂失效。

激光熔覆铜基自生复合材料涂层及其耐磨性能

采用激光熔覆工艺 ,利用铜合金体系的熔体分离性质 ,在ZL10 4合金表面成功地制备出了LCC Cu自生复合材料涂层。LCC Cu复合材料的基体组织是呈枝晶或枝状胞晶的过饱和 (Cu ,Ni)固溶体 ,以由Laves相、金属间化合物或固溶体等亚组织所构成的球形颗粒为增强体 ,球形颗粒增强体的亚组织形态呈颗粒状和穗状。在空气中的干滑动摩擦磨损试验结果表明 ,LCC Cu复合材料的耐磨性能比QZ5合金铸铁的稍好 ,远远优于ZL10

发动机旧连杆缺陷超声检测研究

连杆是传递发动机曲轴和活塞动力的重要零部件之一。对旧连杆进行再制造可以降低生产成本,提高企业竞争力。根据超声检测方法的优点,针对连杆材料及易损伤部位制作了相应的超声波探头,并采用小波分析方法对检测结果进行降噪处理。结果表明:连杆大头与杆身过渡处是易损伤部位,通过横波斜探头可实现该区域缺陷的检测;以sym4小波为母小波,对检测信号进行降噪处理,可在一定程度上抑制"噪声",从而提高试验结果精度;建立降噪前后回波幅值与声程的关系式,并采用指数函数对其进行拟合可初步实现缺陷定量的无损评价;根据试验验证结果可知,采用该方法对旧连杆能否进行再制造进行评价是可行的。

纳米硬度计测定电刷镀纳米颗粒复合镀层的弹性模量

采用电刷镀技术在钢基体表面制备了n-Al2O3/Ni纳米颗粒复合镀层,借助纳米硬度计的纳米压痕法测定了复合镀层的弹性模量及其分布。测试结果表明:n-Al2O3/Ni纳米颗粒复合刷镀层的杨氏模量约为200 GPa;复合刷镀层中存在的气孔、裂纹等缺陷处具有较低的弹性模量,除这些缺陷微区外,复合刷镀层具有均一的弹性模量等力学性能。指出优化和严格控制复合刷镀层制备工艺、减少或消除镀层缺陷,是纳米颗粒复合刷镀层具有均匀性能、提高宏观力学性能的有效途径。