热处理对激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金组织及性能影响

针对激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金强度提升以及与塑性合理匹配等问题,采用致密度最优工艺优化策略,获取了激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr最佳参数,并进行了时效与固溶热处理,研究了其对微观组织和力学性能的影响。结果表明:Al-Mg-Sc-Zr在激光功率为360~370 W、扫描速度为800~1000 mm/s、扫描间距为100μm及铺粉层厚为30μm时,致密度和组织缺陷最佳;时效或固溶热处理后,材料组织呈现交替分布细晶区和粗晶区,发生析出相增加强化,屈服与抗拉强度较沉积态得到提升;时效热处理相较固溶热处理,材料晶粒无明显长大,325℃/4 h时效热处理综合力学性能最佳,屈服强度为548 MPa、延伸率为11%;改变Al-Mg-Sc-Zr激光选区熔化成形材料热处理制度,可对其合金晶粒尺寸、析出相尺寸和密度进行控制,实现强度与塑性的合理匹配。

激光选区熔化成形镍钛基五模超材料力学响应研究

五模超材料(Pentamode metamaterials,PMs)具有解耦的相对密度和力学性能,在特种声学装备和生物植入物领域具有潜在应用价值。激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术具有成形复杂精细晶格超材料的能力,可实现定制刚度、单元尺寸和孔隙率。通过五模超材料结构优化设计,利用激光选区熔化成形镍钛形状记忆合金,实现了不同形态的五模超材料结构成形,并开展模拟和性能测试表征研究。微观形貌的观测结果显示,SLM成形的镍钛基五模超材料具有较好的制造保真度。有限元仿真预测结果发现应力集中于杆与杆的连接处。压缩力学试验结果显示,镍钛基五模超材料的强度随着相对密度的增大而增大。通过建立相对密度和相对模量与强度的数学模型,提出了不同相对密度五模超材料的力学性能预测方法。

基于BP-GIS的京津冀碳钢土壤腐蚀速率地图研究

针对京津冀地区碳钢土壤腐蚀问题,应用误差反向传播(BP)神经网络,以主影响因素为输入参数,分别构建了针对京津冀地区碳钢土壤腐蚀速率模型。根据各主要土壤腐蚀影响因素数值,对碳钢土壤腐蚀速率实现了预测。并基于地理信息系统(GIS)绘制了中国年均碳钢土壤腐蚀速率地图。研究表明:京津冀地区单年均碳钢土壤腐蚀速率西北高东南低,多年均碳钢土壤腐蚀速率基本均匀分布;pH、含盐总量、土壤温度、全氮量和有机质对碳钢土壤腐蚀较为显著;1、3、5和8年均碳钢土壤腐蚀速率分布最大为6.159、2.322、2.614和3.467 g/(dm^2·a)。

面向航空航天的增材制造超材料的研究现状及发展趋势

增材制造(Additive manufacturing,AM)由于分层制造特性,是实现复杂化、整体化、个性化高性能构件成形的有效手段,使设计由面向工艺转变为面向性能,提升了设计自由度,在航空航天等领域存在较大的应用空间。为满足高端装备对构件多性能的要求,结构设计从轻量化拓扑优化设计发展到多物理场耦合的功能结构设计和基于环境激励响应的智能结构设计。其中,多物理场耦合功能超材料的设计与增材制造是当前发展的重要方向。超材料是一种通过宏微跨尺度结构设计展现特殊力学、声学、热学或电磁特性的工程材料。从力学超材料、功能超材料和智能超材料构件等方面阐述了近期航空航天结构设计与增材制造领域的研究进展,对结构创新设计与增材制造的发展趋势进行了总结与展望,并描绘了广阔的应用前景。

基于MIV的碳钢大气腐蚀速率影响因子权重分析

通过平均影响值(MIV)影响因子权重分析算法,以碳钢Q235、Ste355、St12和Q450腐蚀速率的暴露时间、气候因素和环境因素数据为依据,以|MIV|值为评价依据,定量分析15种影响因子(暴露时间、平均温度、平均相对湿度、日照时数、降水量、平均风速、海盐粒子浓度、SO_2、HCl、NO_2、H_2S、硫酸盐化速率、NH3、降尘量-非水溶性、降尘量-水溶性)对碳钢腐蚀速率影响的权重大小。结果表明:当MIV调节率从5%逐步递增至25%时,同种影响因子对腐蚀速率的影响权重变化不大,但4种碳钢对各影响因子的敏感度略有不同;气候因素对腐蚀速率影响最大,其次为暴露时间,环境因素中SO_2和降尘量对腐蚀速率影响较大;平均相对湿度、日照时数、平均温度是影响腐蚀速率最主要的3个因子。

基于MIV的聚碳酸酯大气老化影响因子权重分析

采用MIV(mean impact value)影响因子权重分析方法,以聚碳酸酯老化性能(色差、拉伸强度、断裂伸长率和弯曲强度)及相应的暴露时间、气候因素和环境因素数据为基础,以|MIV|值为评价依据,定量分析15种影响因子(暴露时间、温度、湿度、日照时数、降水量、风速、海盐离子浓度、SO2、HCl、NO2、H2S、硫酸盐化速率、NH3、非水溶性降尘量、水溶性降尘量)对聚碳酸酯老化性能影响的权重大小。结果表明:当MIV调节率从5%逐步递增至25%时,同种老化性能受同种影响因子的影响的权重变化不大,但老化性能对各影响因子的敏感度存在差异;气候因素和暴露时间对聚碳酸酯老化性能影响最大,环境因素中降尘量对聚碳酸酯老化性能影响较大;暴露时间是色差和断裂伸长率最主要影响因子,拉伸强度和弯曲强度受平均相对湿度影响最大。

熔融沉积制造材料的空间应用实验

为了解决熔融沉积制造(FDM)技术的空间应用问题,开展了不同材料的地面成形工艺实验研究。选取了聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醚酮(PEEK)三种纯树脂材料以及碳纤维增强的PLA材料为研究对象,利用自主研发的空间微重力原理样机成功打印了标准试样,并进行了力学性能、阻燃特性、燃烧后毒气浓度、质量损失、可凝挥发等数据的测试,对比分析了PLA、PC、PEEK材料FDM成形件和传统注塑件的性能差别及不同纤维方向的碳纤维PLA复合材料试样的拉伸性能。结果表明:材料间结合能力是影响FDM成形制件性能的主要因素,异种材料间结合强度是影响复合材料样件性能的主要因素,结合能力越强的材料其FDM成形的质量越高,结晶材料的成形质量同时还受结晶度的影响,结晶度越高,制件性能越好。

复合材料空间3D打印技术研究进展

作为一种在轨制造技术,空间3D打印可快速实现复杂构型产品制造,对深空探索、外星基地建设等具有重要意义。但是空间的微重力、高真空、高低温、强辐射等极端环境条件,对在轨3D打印设备、材料和工艺均提出了较高的要求。目前空间3D打印发展时间较短,技术成熟度仍然偏低,全球仅有少数几个国家进行了空间验证。本文简要回顾了国内外空间3D打印技术进展,结合本团队研制的复合材料空间增材制造系统,提出了适用于空间站及航天器舱内的3D打印系统设计要素,并分析了复合材料空间打印的关键技术;最后对我国复合材料空间3D打印后续发展提出了展望和建议。本文旨在为后续空间3D打印更广阔的工程化应用提供一定的技术基础。

基于BP-GIS的京津冀Q235大气腐蚀预测地图

目前对京津冀地区Q235钢的腐蚀地图未见报道。应用误差反向传播(BP)神经网络,创建了Q235大气腐蚀预测模型,并实现了京津冀地区的腐蚀预测。基于地理信息系统(GIS)绘制了京津冀地区碳钢大气腐蚀速率、腐蚀等级和腐蚀等级概率地图。结果表明:京津冀地区Q235大气腐蚀等级为二级、三级和四级,大气腐蚀速率、腐蚀等级及达到各腐蚀等级的概率在空间上分布基本相同,呈现出东南高西北低、沿海高内陆低的趋势。唐山和邢台的Q235大气腐蚀速率和达到高腐蚀等级概率最大,此现象与该地区大气中污染物SO2和NO2含量相对较高相关。

深空探测卫星准直器跨尺度栅格结构的激光精密微焊接技术与装备

深空探测是21世纪人类进行空间技术创新、太空资源探索与利用的重要途径,准直器是深空探测器的关键部件。大深度、高空间分辨率栅格准直器的制造在国际上一直是个难题。本文以我国自主研制的硬X射线调制望远镜卫星(HXMT)中能望远镜高精度准直器为例,介绍了自主研发的大深度、高空间分辨率准直器跨尺度栅格结构的激光精密微焊接制造方法、关键工艺技术及成套装备。对于壁厚为70μm、准直孔尺寸为1.17 mm×4.68 mm、深度为67 mm的钽片跨尺度栅格结构,准直孔尺寸精度控制在䥺SymbolqB@20μm之内。