热处理对激光选区熔化高强铝合金组织及性能影响

为了充分发挥高强铝合金材料的性能潜力,从热处理强化角度出发,选择了4种不同的热处理制度,并从物相、组织、性能对热处理后的铝合金SLM成形样件展开研究,最终筛选出最适合的热处理制度。结果表明,300℃/6 h/炉冷的强化时效(EA)热处理后的样件具有最高的抗拉强度575 MPa,较未经热处理的原SLM成形件的抗拉强度提高25%,伸长率有一定程度的下降但仍满足正常需求。强化机制主要为:过饱和Mn元素固溶体带来的固溶强化、细密且具有一定热稳定性微观组织形貌带来的细晶强化以及热处理后生成的纳米级Al3Sc相沉淀粒子带来的第二相强化。

一种适合组批部署的小卫星构型与结构设计

针对目前质量在150~300 kg小卫星的构型与结构设计存在定制化设计,面向多种载荷布局、多型运载火箭发射环境、组批快速部署的适应能力不强的问题,文章设计了一种适合组批部署的双隔板四点连接式小卫星构型与结构,采用标准主承力结构,构型截面可变,结构主承力接头X向间距可调,并开展了结构分析及优化设计。经验证表明:在可调设计范围内,结构一阶固有频率变化小于2 Hz,最小值为40.8 Hz,主承力结构最低安全裕度为0.28,可满足我国多型运载火箭的要求,具有多种载荷布局适应性强、多型运载火箭发射环境适应性强、组批快速部署适应性强的特点,可为同类型组批部署需求的小卫星设计提供参考。

等离子喷涂纳米Al_2O_3-13TiO_2陶瓷涂层研究

以常规和纳米团聚体Al2O3-13TiO2(ω/%,下同)复合陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备常规和纳米结构陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,同时对纳米结构涂层的微观组织形成机制进行了讨论。结果表明:常规复合陶瓷涂层呈典型的等离子喷涂层状堆积特征;纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成。根据组织结构的不同,部分熔化区又分为亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构的液相烧结区和经过一定长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子的固相烧结区,不同的部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2之间的熔点差异。由于等离子喷涂过程中涂层沉积时的快速凝固作用,不管是常规还是纳米涂层都以亚稳相γ-A12O3为主。

射流电沉积快速成形金属镍制件

基于快速成形原理,将模板技术和摩擦技术与数控射流电沉积有机结合起来,提出了一种摩擦射流电沉积快速成形技术,并采用该技术直接快速制备了异形金属镍制件.试验结果表明:模板的引入解决了射流电沉积难以制备高精度金属零件的问题,并有利于直接成形结构复杂的异形零件;硬质粒子能有效阻止杂质的吸附,避免毛刺、积瘤等表面缺陷的产生;文中提出的技术综合了射流电沉积和快速成形技术的优点,可有效降低设备复杂度和零件成本,直接快速制造出形状复杂、结构致密、组织均匀的精密金属零件.

金属镍电沉积中枝晶的分形生长

分别采用点电极电沉积和平行板电极喷射电沉积制备二维的镍枝晶,研究外加电压、电解质浓度、温度等对金属镍枝晶二维电沉积生长行为特性的影响,并从分形维数的角度对其进行分析。结果表明,在点电极电沉积时,枝晶的分形维数随外加电压的变化而波动,随NiSO4浓度和试验温度的升高而增大;气泡的析出使上述试验条件对枝晶生长特性的影响变得不明显。在喷射电沉积时,增大NiSO4浓度使气泡析出量减少,枝晶簇的分形维数随之减小,说明在大电流密度下,气泡对枝晶簇生长形貌的影响起主导作用;试验温度从55℃升高到60℃时分形维数先增加后减小。

激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展

在简要阐述激光增材制造技术原理和特点基础上,介绍其在航空航天领域应用的主要工艺:激光熔化沉积(Laser Melting Deposition,LMD)技术、激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术,归纳了增材制造材料体系及其在航空航天领域的具体应用,并探讨了激光增材制造技术的研究现状和发展趋势。

TiAl合金表面激光重熔陶瓷涂层组织及耐磨性能

为了提高TiAl合金耐磨性能,采用等离子喷涂和激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了Al2O3-13%TiO2(质量分数)复合陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了涂层微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察。结果表明,经过激光重熔处理后,陶瓷涂层颗粒细化,片层状组织得以消失,致密性提高,获得了基本没有裂纹等缺陷的重熔层。由于陶瓷材料导热系数较低的影响,激光重熔时无法使整个陶瓷层实现重熔,重熔后的陶瓷涂层形成了晶粒细小的等轴晶重熔区、烧结区以及片层状残余等离子喷涂区。激光重熔处理后涂层的显微硬度明显提高,其耐磨性能也明显优于原等离子喷涂层。

电解质浓度对电沉积中枝晶分形生长的影响

将分形几何与电化学原理相结合,以Microsoft Visual C++6.0为平台,编程模拟了电解质浓度对点电极电沉积和喷射电沉积中枝晶分形生长的影响。采用圆形电解池点电极电沉积的方法,制备了不同浓度下的金属镍枝晶;以平行板金属镍为阳极,石墨板为阴极,用自行设计的试验设备研究了不同浓度时金属镍枝晶二维电沉积生长的行为特性,并分别与模拟结果进行比较。结果表明,电解质浓度变化对电沉积的影响与采用模型模拟所得的结果具有相似性,模拟的结果对电沉积枝晶的试验研究具有很好的指导意义,气泡对沉积产物的形貌影响显著。

喷射电沉积中镍枝晶分形生长的数值模拟

基于有限扩散凝聚(DLA)模型建立了平行板电极喷射电沉积的模型,实现了对平行板电极喷射电沉积不同生长阶段的模拟;并以平行板金属镍为阳极,石墨板为阴极,制备了二维的金属镍枝晶簇,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:在石墨基体上制备的镍枝晶簇与计算机模拟的结果非常相似,利用此模型模拟平行板电极喷射电沉积中枝晶的分形生长是可行的。

射流电沉积镍中晶体形态的可控生长

利用分形理论编程模拟了射流电沉积中沉积几率较小时粒子簇的生长形貌。基于模拟的原理,利用摆动射流电沉积改变了枝晶的树枝状分形生长特性,制备不同电流密度、摆动速度、NiSO4浓度和电解液温度时的二维多孔交织的金属镍枝晶簇。结果表明:随着电流密度的增大,枝晶簇开始由分形生长形态向多孔交织形态转变,分形维数也随之增大。随着摆动速度的减小,枝晶簇向致密、均匀的多孔交织形态转变明显,分形维数逐渐增大。NiSO4浓度较小时,枝晶簇的分枝较多,形貌较为致密;NiSO4浓度最大时,气泡的析出量大大减少,枝晶簇的分枝显著减少,难以形成多孔交织的组织;分形维数随NiSO4浓度的变化先增大后减小;电解液温度的升高使枝晶簇的形貌向致密型转变,分形维数逐渐增大。

激光烧结快速成形中的软件系统研究

详细介绍了激光烧结快速成形机的控制软件系统及其实际应用效果。该软件系统结合激光快速成形技术的工艺特点 ,采用了数据处理与加工控制并行处理的运行机制。

快速成形系统中STL文件的缺陷与修复

用于快速成形系统最一般的输入接口文件是工业上默认的的表面三角化数据格式文件（ＳＴＬ文件）。由于ＳＴＬ文件格式本身以及从ＣＡＤ软件到ＳＴＬ文件格式转换过程造成的问题，所产生的ＳＴＬ文件难免有少量的缺陷。本文具体分析了ＳＴＬ文件格式的常见缺陷，并给出面片丢失的解决方法。用ＶｉｓｕａｌＣ＋＋语言易于实现。

激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展

增材制造概念的提出始于20世纪80年代后期，我国则于90年代初期开始相关研究。经过短短20余年的时间，这一技术已取得了飞速发展，在航空航天、微纳制造、生物医学工程等诸多领域的应用前景十分广阔。

激光重熔改性等离子喷涂陶瓷涂层的组织及其耐腐蚀性能

以纳米Al2O3粉末为填料,采用激光重熔等离子喷涂陶瓷涂层技术,在45号钢表面制备了纳米改性Al2O3+13%(质量分数)TiO2/nano Al2O3复合陶瓷涂层。用X射线衍射仪、扫描电镜研究了纳米Al2O3改性后的陶瓷涂层的组织及涂层的耐腐蚀性能。结果表明,在激光的作用下,原等离子喷涂层Al2O3+13%TiO2的片层状组织得以消除;激光重熔区亚稳相γ Al2O3转变为稳定相α Al2O3,重熔层由α Al2O3和TiO2组成。与等离子喷涂Al2O3及Al2O3+13%TiO2陶瓷涂层相比,纳米Al2O3改性后的Al2O3+13%TiO2/nano Al2O3陶瓷涂层致密化程度明显提高,耐腐蚀性能也得到了明显的改善。

激光熔覆纳米Al_2O_3等离子喷涂陶瓷涂层

采用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度计研究了45#钢表面激光熔覆纳米Al2O3改性Al2O3+13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的相组成、微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察。结果表明,激光重熔区亚稳相γ Al2O3转变成稳定相α Al2O3,熔覆层由粗颗粒α Al2O3和TiO2以及纳米α Al2O颗粒组成,在激光的作用下,等离子喷涂层的片层状结构得以消除;纳米Al2O3颗粒仍然保持在纳米尺度,填充在涂层的大颗粒之间,使涂层致密化程度得以提高,因此纳米Al2O3改性涂层的显微硬度较高,且其耐磨性能明显优于等离子喷涂层。

等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层的组织结构及其形成机理

以Al2O3-13%TiO2(质量分数)团聚体复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备纳米结构陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,讨论涂层的微观组织形成机理。结果表明:纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成;根据组织结构的不同,部分熔化区又分为液相烧结区(亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构)和固相烧结区(经过一定程度长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子);等离子喷涂使部分α-A12O3以及全部θ-A12O3转变为亚稳态γ-A12O3;纳米结构复合陶瓷涂层中的完全熔化区、液相烧结区及固相烧结区分别由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末中温度高于A12O3熔点、介于TiO2熔点到A12O3熔点之间以及低于TiO2熔点区域沉积获得,纳米结构涂层中不同部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2之间的熔点差异。

TiAl合金表面激光重熔等离子喷涂MCrAlY涂层研究

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY涂层的高温氧化性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织及抗氧化性能的影响。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层氧化前后的表面形貌、微观组织和相组成。结果表明:经过激光重熔处理后,涂层片层状组织得以消失,致密性提高,消除了喷涂层的大部分孔洞、夹杂等缺陷,同时使Al元素在涂层表面的重新分布,形成了Al的富集区;等离子喷涂MCrAlY层能显著提高TiAl合金的抗高温氧化性能,经过激光重熔后可进一步提高其抗高温氧化性能。

喷射电铸快速制造的试验研究

介绍了喷射电铸快速制造技术的原理与系统组成,采用喷射电铸快速制造工艺制备了具有简单形状的纳米晶金属铜样件,运用扫描电子显微镜和X-射线衍射等现代分析手段对纳米晶微观结构进行分析.结果表明,喷射电铸能显著提高极限电流密度,细化晶粒,改善铸层质量.铜沉积层具有纳米晶微观结构,平均晶粒尺寸约为55.6 nm,最小晶粒尺寸可达41.4 nm.

激光重熔纳米Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层组织及性能

为了进一步提高等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数,下同)复合陶瓷涂层的性能,在γ-TiAl基体材料表面采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和性能的影响。用扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了涂层形貌、微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察。结果表明,等离子喷涂纳米陶瓷涂层由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区两部分组成,仍然具有等离子喷涂态的典型层状结构。经过激光重熔后,形成了致密细小的等轴晶重熔区、烧结区和残余等离子喷涂区,由于激光快速加热和快速冷却加工特点,在重熔区仍保留了部分来源于原等离子喷涂部分熔化区的残留纳米粒子。与常规等离子喷涂陶瓷涂层相比,纳米结构涂层可在一定程度上提高其硬度和耐磨性,经过激光重熔后其硬度和耐磨性进一步提高。

激光多层熔覆制备厚陶瓷涂层

研究了压片预置式激光多层熔覆纳米团聚体Al2O3-13%TiO2粉末制备厚陶瓷涂层,试验中通过保温箱对试样进行预热和缓冷处理、引入超声振动及对熔池温度闭环控制等措施来控制熔覆层的裂纹.结果表明,厚陶瓷涂层各层之间无明显界面,过渡缓和自然,涂层内部致密、连续、基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷;涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成,而且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区;另外由于经历激光的多次加热,下部区域的晶粒组织要大于上部区域,而由于保温箱的缘故,整个涂层晶粒偏大.