理性认识金属增材制造技术——访北京航空航天大学材料学院王华明博士

“增材制造”（3D打印）绝对是2013年的热门词语，从日常生活到高端制造业，人们部在憧憬增材制造的应用前景。在航空制造业，金属构件增材制造技术逐渐皿露出其独特的优贽。山北京航空航灭人学材料学院王华明教授带领的创新团队，旧绕C919人型飞机等同家运火专项及蘑大装备制造业发展的战略需求，

先进材料与高性能零件快速凝固激光加工研究进展

金属材料快速凝固激光表面加工与高性能金属零件快速凝固激光成形技术 ,是材料科学与工程及先进制造技术交叉学科前沿热点研究领域之一。本文介绍了作者所在实验室近年来在先进高温耐磨耐蚀金属间化合物多功能涂层新材料快速凝固激光熔覆合成 /制备技术、钛合金及高温合金等高性能金属零件快速凝固激光成形技术等领域的研究进展 ,主要内容包括 :激光熔覆高温耐磨耐蚀多功能金属间化合物涂层、钛合金及高温合金高性能零部件激光快速成形、难熔高活性金属材料及定向生长柱状晶钛合金激光约束熔铸成形技术等。

环境因素对复合材料力学性能的影响

以3234/G827碳纤维增强复合材料为研究对象,利用正交试验的方法,选定三因素三水平的试验条件对复合材料进行盐水浸泡腐蚀试验.根据所取的3个环境因素即盐水浓度、溶液温度和浸泡时间,确定对复合材料力学性能影响最显著的因素是溶液温度.

玄武岩纤维及其复合材料基本力学性能实验研究

本文对一种国产玄武岩纤维及其复合材料的基本力学性能进行了实验研究,并对纤维的化学组成和表面状态进行了分析。结果表明,所研究的玄武岩纤维丝束的拉伸性能低于S-2玻璃纤维,分散性较大;玄武岩纤维/环氧648复合材料的基本力学性能多数与S-2玻璃纤维/环氧648复合材料相近,部分性能甚至高于后者。

热氧、湿热和热水老化对T300/BHEP复合材料玻璃化转变温度的影响

通过对碳纤维/环氧复合材料(T300/BHEP)进行热氧、湿热和热水老化研究,得到了材料的质量变化率和Tg随老化条件的演变规律,分析了老化机理。结果表明:T300/BHEP复合材料在热氧老化条件下,因后固化和自由体积收缩,Tg升高;在湿热和热水老化条件下,因水分塑化作用和水对分子链间氢键的破坏,Tg降低。三种老化条件下,Tg与质量变化率均呈线性关系。对比80℃热氧、80℃/RH75%湿热和80℃热水老化条件下的结果,发现水分的塑化作用对Tg的影响要大于因热的作用产生的后固化,且湿度越大,Tg降低越明显。

激光熔敷Cr_3Si/Cr_2Ni_3Si复合材料涂层组织与耐磨性研究

以 Cr- Si- Ni合金粉末为原料、利用激光熔敷技术在 A 3低碳钢表面上制得了以金属硅化物 Cr3Si为增强相 ,以 Cr2 Ni3Si复杂金属硅化物为基体的快速凝固 Cr3Si/ Cr2 Ni3Si复合材料冶金涂层 ,分析了该涂层的显微组织 ,并分别在干滑动磨损及二体磨料磨损条件下测试了该涂层的耐磨性能。研究结果表明 ,由于激光熔敷 Cr3Si/Cr2 Ni3Si快速凝固复合材料涂层组织细小、均匀 ,在滑动磨损过程中不易与对偶件粘着、在磨料磨损过程中具有很高的抗切削抗剥落能力 。

激光熔敷Ti_5Si_3增强金属间化合物耐磨复合材料涂层组织及耐磨性研究

以 Ni- 5 9Ti- 2 1Si合金粉末为原料 ,利用激光熔敷技术在 BT9钛合金表面制备了含 Ti5Si3金属间化合物的耐磨复合材料涂层 .利用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、能量色散谱仪及 X射线衍射仪观察分析了复合材料涂层的显微组织结构 ;同时考察了复合材料涂层在室温滑动干摩擦条件下的耐磨性能 .结果表明 :复合材料涂层主要组织包括Ti5Si3增强相、金属间化合物 Ni Ti2 与少量β钛基固溶体及 Ti5Si3共晶 ;其组织结构均匀 ,与基体之间为完全冶金结合 ;复合材料涂层具有硬度高、抗粘着磨损能力强的特点 ,在滑动干摩擦试验条件下表现出优异的耐磨性及良好的承载能力 ;其磨损质量损失随载荷增大变化很小 .

激光熔覆Ni-Si金属硅化物复合材料涂层显微组织与耐蚀性

以Ni,Si,Cr元素粉末为原料 ,利用激光熔覆技术在A3钢表面制得了Ni Si金属硅化物复合材料涂层。分析了该涂层的显微组织 ,采用测定阳极极化曲线的方法评价了该涂层在 0 .5mol/LH2 SO4 及 3 .5 %NaCl水溶液中的耐蚀性能。结果表明 :激光熔覆Ni Si金属硅化物复合材料涂层组织由Ni2 Si初生胞状树枝晶及枝晶间少量FeNi/Ni31Si12 共晶组成 ,涂层表面平整、组织细小、与基体间为完全冶金结合 ;涂层组织显微硬度在HV80 0～ 95 0之间且沿层深分布均匀 ;由于涂层组织组成相Ni2 Si和Ni31Si12 等本身均具有很好的耐蚀性并具有快速凝固细小均匀的显微组织 ,激光熔覆Ni Si金属硅化物复合材料涂层在 0 .5mol/LH2 SO4 及 3.5 %NaCl水溶液中均表现出优良的耐蚀性能。激光熔覆Ni Si金属硅化物复合材料涂层可望成为一种很有发展前景的耐蚀涂层新材料。

特种功能材料中的固态相变及应用

固态相变已经从传统结构材料的增强增韧延伸到新型功能材料研究领域,引发多种奇特的物理效应。目前已经形成一批基于固态相变的新型功能材料。这些新型功能材料蕴含着丰富的固态相变理论。固态相变现已成为新型功能材料设计与功能特性实现的重要手段之一。文章结合作者在固态相变及特种功能材料方面的研究工作,重点介绍高温形状记忆合金、高阻尼形状记忆合金、磁致伸缩材料和热障涂层材料中的固态相变特征及其在这些特种功能材料设计与功能实现和调控中应用的研究进展。

不锈钢材料磷酸盐氧化处理及溶胶-凝胶膜层研究

通过试验在不锈钢材料表面得到了磷酸盐氧化膜层以及磷化膜上的溶胶 -凝胶膜层 ,研究了促进剂的加入对磷化膜层的影响 ,并通过盐雾试验、湿热试验、盐水浸泡试验、阳极极化曲线等评定了磷化膜和溶胶 -凝胶膜层的耐腐蚀性能 ,通过拉伸试验研究了磷化膜对力学性能的影响。结果表明 ,磷化后的不锈钢材料有较好的耐腐蚀能力 ,促进剂的加入使其耐腐蚀性能进一步提高 ,而且其力学性能不受影响 ;在磷化膜上刷涂溶胶 -凝胶膜层后 。

激光熔敷Mo_2Ni_3Si/NiSi金属硅化物耐磨复合材料涂层组织与抗磨性能

以Ni-42Mo-28Si和Ni-36Mo-24Si(质量分数计)合金粉末为原料,利用激光熔敷技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢基材表面制得由三元金属硅化物Mo2Ni3Si初生树枝晶和枝晶间Mo2Ni3Si/NiSi共晶组织组成的复合材料涂层,考察了涂层镍含量及Mo2Ni3Si初生相体积分数对涂层在滑动干摩擦下的耐磨性的影响.结果表明:激光熔敷Mo2Ni3Si/NiSi金属硅化物复合材料涂层在滑动干摩擦条件下具有优异的抗磨性能;随着涂层中三元金属硅化物Mo2Ni3Si初生相体积分数的增加,涂层的耐磨性提高,摩擦系数降低;激光熔敷Mo2Ni3Si/NiSi金属硅化物复合材料涂层具有良好的载荷特性.

用紫外光固化复合材料制备充气展开器件的研究

系统研究了 8种热固化剂的固化工艺条件对环氧树脂 /玻璃布预浸料经预热固化、紫外光固化的影响。研究结果表明 ,采用 70酸酐为预热固化剂、碘 盐为光引发剂 ,用玻璃布 /环氧树脂预浸料制成的空间充气展开器件 ,经预热固化后 ,具有较好的柔顺性 ,表面不发粘 ,有较长的贮存期 ,能堆叠成很小体积 ,在充气展开后经紫外光固化照射能迅速光固化 ,光固化后的复合材料具有较好的力学性能和尺寸稳定性 ,能满足空间充气展开技术的要求 ,从而为紫外固化复合材料在空间充气展开技术中的应用找到了一条新的途径。

激光熔覆Mo_2Ni_3Si/NiSi金属硅化物复合材料涂层组织与耐磨性

以39Mo-35Ni-26Si(w％)合金粉末为原料,采用激光熔覆技术,在1Cr18Ni9Ti不锈钢基材表面制得以Mo_2Ni_3Si金属硅化物为初生相,以Mo_2Ni_3Si/NiSi共晶相为基体的金属硅化物耐磨复合材料涂层。涂层的常温干滑动磨损试验结果表明,在磨损过程中,Mo_2Ni_3Si/NiSi共晶相轻微地优先磨损,Mo_2Ni_3Si金属硅化物微微凸出于磨损表面,起到抗磨的骨干作用。由于Mo_2Ni_3Si金属硅化物具有很高的硬度和很强的原子间键合力,在磨损过程中难于变形和粘着,激光熔覆Mo_2Ni_3Si/NiSi金属硅化物复合材料涂层具有优异的耐磨性,与1Cr18Ni9Ti标样相比,涂层的耐磨性提高了56倍。

大塑性变形材料晶界研究方法的新探索

为研究在大塑性变形过程中超细晶粒结构形成的机理 ,设计并熔铸了含微量Zr、B的Al合金Al 0 2 7wt%Zr 0 0 6 4wt%B合金 ,该合金中晶界上分布有大量的B2 Zr细小化合物颗粒 ,晶内则几乎没有B2 Zr分布。通过室温轧制及热锻后退火实验表明B2 Zr具有很高稳定性 ,而且再结晶后B2 Zr仍位于原变形后的位置 ,不随再结晶晶界的迁移而迁移 。

浸泡腐蚀对复合材料导电性能和力学性能的影响

对碳纤维/环氧树脂基复合材料进行浸泡腐蚀实验,并对腐蚀前后的试样进行电阻值测量、力学性能检测及试样形貌的显微观察。结果表明:浸泡腐蚀可显著影响试样的电阻值和短梁剪切强度。试样的电阻值随浸泡时间的延长,先增后减;同时浸泡使得试样短梁剪切强度明显降低,并且下降幅度与试样吸湿率相关。

用电化学方法研究碳纤维增强树脂基复合材料的腐蚀失效行为

尝试用电化学阻抗图谱和循环伏安曲线的方法研究电化学表征参数与复合材料腐蚀程度之间的相关性,用电化学方法研究了环境因素对碳纤维增强环氧树脂基复合材料内部结构的破坏机理。测试结果显示,碳纤维本身不会发生电化学反应,主要破坏机理为溶液离子逐渐渗入复合材料内部,导致复合材料内部结构受到破坏。用电化学方法可以在线获得复合材料内部溶液离子浓度及溶液离子在复合材料内部的渗透过程,据此可判断复合材料内部在环境因素作用下的变化。

Cr_(13)Ni_5Si_2/γ-Ni三元金属硅化物高温耐磨复合材料

采用激光熔化/连续沉积工艺制备出以Cr13Ni5Si2三元金属硅化物为初生相、以γ-Ni基固溶体为连续增韧相(基体)的三元金属硅化物耐磨复合材料(Cr13Ni5Si2/γ)。在高温滑动磨损条件下测试了Cr13Ni5Si2/γ复合材料的耐磨性能随温度的变化规律,并讨论了其磨损机理。结果表明,由于Cr13Ni5Si2三元金属硅化物具有原子结合力强和硬度-温度关系反常等特点,且Cr13Ni5Si2/γ复合材料具有优良的强韧性配合,以及Cr13Ni5Si2/γ复合材料在高温磨损过程中磨损表面能够形成转移覆盖层,Cr13Ni5Si2/γ材料在高温滑动磨损条件下具有非常优异的耐磨性能,较低的磨损温度敏感性和反常的磨损-温度关系。韧性基体γ-Ni的加入使Cr13Ni5Si2三元金属硅化物在600℃高温下滑动耐磨性能提高了3倍。

溶胶-凝胶法制备薄膜材料抗高温氧化性能研究

制备了SiO2 、ZrO2 和添加不同成分的SiO2 ZrO2 复合溶胶 ,研究了在Cu Ni上浸涂不同溶胶后形成膜层的抗高温氧化性能 ,探讨了不同膜层对Cu Ni在 80 0℃、90 0℃下高温氧化规律的影响。结果表明 ,这些膜层很好的改善了Cu Ni的抗高温氧化性能 ,而且向SiO2 ZrO2 复合溶胶中添加铈、钇等稀土元素以及ZrO2 纳米粉 ,可以进一步改善SiO2 ZrO2

聚醚醚酮/多壁碳纳米管复合材料的交流电性能及其等效电路分析

利用固体合金化方法,制备了不同质量比的聚醚醚酮(PEEK)多/壁碳纳米管(MWNT)复合材料,通过场发射扫描电镜观察了微观形貌;对比研究了缓冷和速冷模压成型复合材料的交流电性能参数;并基于等效电路模型进行了拟合分析。结果表明:固体合金化方法能实现MWNT在PEEK基体中的短切与良好分散,有利于导电网络的形成;PEEK/MWNT复合材料的交流电性能参数随频率和MWNT含量的变化而有规律地变化;速冷模压成型有效降低了材料的电阻和体系的逾渗阈值;PEEK/MWNT复合材料的导电性能越好,其拟合结果越理想。

激光熔敷NiTi/Ni_3Ti金属间化合物复合材料涂层组织及耐磨性

以Ni79Ti21(wt%)合金粉末为原料,采用同步送粉激光熔敷技术在BT20钛合金表面制备出NiTi/Ni3Ti金属间化合物复合材料涂层,分析了该涂层的显微组织,测试了该涂层的室温干滑动磨损性能。结果表明,激光熔敷涂层组织均匀致密,与基材呈良好的冶金结合,具有优良的抗滑动磨损性能。