脉冲电流对超薄316L板微流道成形精度的影响

目的研究在金属双极板脉冲电流辅助冲压工艺中,将脉冲电流单独作用于保压阶段、冲压阶段以及作用于整个冲压过程(冲压阶段+保压阶段)3种通电方式对极板流道深度及壁厚分布的影响。方法以316L不锈钢薄板作为实验材料,调节流经样品的电流参数,分别为0、10、20、30 A,分析脉冲电流参数和通电方式对极板流道深度及壁厚分布的影响规律。结果在高电参数下,当采用在冲压阶段通电、在保压阶段断电的方式2时,在保压阶段可促进应力松弛,具有最佳的回弹抑制效果,其成形深度回弹可减小73.88%。在不同电参数下,3种成形方式对双极板流道壁厚分布具有相似的影响。槽顶和槽底的壁厚减薄相对较小,减薄量为原板材厚度的2%~6%;流道直壁壁厚减薄为原板厚度的9%~15%;而外圆角和内圆角区域的壁厚减薄较大,达到27%~30%。结论在金属双极板脉冲电流辅助冲压工艺中,以不同方式施加脉冲电流,均可以显著提升流道深度,对壁厚影响并无明显差别。特别地,采用在冲压阶段通电、在保压阶段断电的方式2可以显著提升对流道回弹的抑制效果。

(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Mo_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)高熵陶瓷的相结构及电化学性能

硼化物高熵陶瓷因其优异的力学性能、良好的抗氧化性以及电化学性能,而具有广阔的应用前景。采用硼/碳热还原法结合放电等离子烧结技术制备了(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Mo_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)高熵陶瓷,并对物相组成和电化学性能进行研究。结果表明,在1600℃、1650℃、1700℃还原得到的(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Mo_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)高熵陶瓷粉体和经2000℃烧结后的块体均未呈现单一六方结构的高熵相,烧结体中含有少量的(Hf,Zr)B2和(Hf,Zr)O_(2)次生相弥散分布于高熵相之间。随着还原温度的升高,粉体的结晶度越好。(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Mo_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)的致密度为96%,其硬度为(23.4±1.2)GPa。此外,(Hf_(0.2)Zr_(0.2)Ta_(0.2)Mo_(0.2)Ti_(0.2))B_(2)表现出较好的能量存储特性和抗腐蚀性能,当其在3.5 wt.%NaCl中,且电流密度为0.1 mA·cm^(−2)时,充/放电比电容可达50.29/44.50 F·cm^(−2),库伦效率可达87%以上,满足作为超级电容器电极材料的要求。

挤压熔体浸渗法制备金属涂覆碳纤维增强铝基复合材料的润湿性和力学性能改善

为了改善碳纤维与铝基体之间界面的润湿性和结合性能,采用挤压熔体浸渗法制备镍和铜涂覆碳纤维增强铝基复合材料,对两种不同涂层碳纤维增强铝基复合材料的界面润湿性、显微组织和力学性能进行比较和研究。显微组织结构分析表明,与无涂层碳纤维增强铝基复合材料相比,在相同的浸渗工艺条件下,在碳纤维表面涂覆两种金属均可以显著改善碳纤维与铝基体间的润湿性,铝熔体容易进入纤维束内部;两种金属界面层涂覆在铝熔体浸渗期间均可有效抑制碳纤维与铝基体间的界面化学反应,从而更有利于保持碳纤维的原始强度和改善纤维−基体界面结合性能。单轴拉伸力学性能研究结果表明,铜涂覆碳纤维增强铝基复合材料的屈服强度、极限抗拉强度和弹性模量分别约为124 MPa、140 MPa和82 GPa;镍涂覆碳纤维增强铝基复合材料的屈服强度、极限抗拉强度和弹性模量分别约为60 MPa、70 MPa和79 GPa。铜涂覆碳纤维增强铝基复合材料比镍涂覆碳纤维增强铝基复合材料具有更优性能。这是由于铜具有较低的熔点,在挤压熔渗过程中易形成致密的基体和良好的纤维−基体结合界面,从而使加载过程中的载荷容易从铝基体传输到碳纤维,充分发挥碳纤维的承载作用。

晶粒互锁结构与短切碳纤维增韧ZrB2-SiC复合材料的制备与力学性能

ZrB2-SiC基复合材料具有比单体ZrB2更优异的抗氧化性能及力学性能,但其相对较低的韧性限制了其实际工程应用,采用微结构设计或引入增韧相是改善陶瓷材料韧性的两个有效途径。本研究采用反应热压烧结工艺,分别制备了具有独特片状ZrB2晶粒互锁结构的ZrB2-SiC复合材料和以短切碳纤维(Csf)为增韧相的Csf/ZrB2-SiC复合材料。对比研究发现,晶粒互锁结构展现出优异的自强韧化效果,使ZrB2-SiC复合材料具有较高的弯曲强度及断裂韧性,但材料表现出典型的脆性断裂特征;Csf/ZrB2-SiC复合材料弯曲强度下降,但Csf具有显著的增韧作用,不仅使材料具有较高的断裂韧性,而且临界裂纹尺寸及断裂功都得到显著提高,从而表现出非灾难性破坏模式。

搅拌摩擦增材制造的微观结构-力学性能一体化数值模拟

搅拌摩擦增材制造技术是在搅拌摩擦焊接的基础上发展起来的一种新型固态增材制造技术。针对搅拌摩擦增材制造技术中的重新搅拌和重新加热问题,采用试验和数据方法进行分析,通过Monte Carlo模型计算微观结构演化,通过析出相演化模型计算析出相分布,并进一步计算不同增材层之间的硬度分布,通过与试验测量数据的比较验证了模型的正确性。结果显示,不同增材层之间的晶粒大小和形貌由于重搅拌和重加热的作用而存在差异,同时,温度曲线的变化使粒子数和平均半径发生变化,进而导致力学性能出现差异。在试验验证的基础上,通过数值模拟解释了差异产生的具体机理。

问题导向式的复合材料力学实验教学设计

针对复合材料力学课程的教学目标,以复合材料结构设计中的经典问题作为导向,设计了问题导向式的复合材料力学实验教学内容。旨在通过对实验问题的合理设计,引导学生主动思考,帮助学生厘清解决问题的思路。结合飞行器设计与工程的专业特点设计了开放式实践教学,以轻质高强复合材料机翼的设计作为拓展训练题目,激活学生的创新性思维,培养学生将理论与实际应用相结合的能力。

碳纤维表面超声振荡辅助电镀镍涂层工艺及其参数的影响规律

碳纤维增强铝基复合材料具有诸多优良性能,在航空航天以及民用领域有广阔的应用前景。在碳纤维表面电镀镍涂层,可有效改善碳纤维与铝基体的润湿性,并抑制基体对纤维的损伤。镍涂层的质量与改善效果密切相关。通过预氧化处理并结合超声振荡辅助电镀的方法在纤维表面沉积镍涂层,解决碳纤维在电镀过程中因纤维束丝难以分散而出现的"黑心"问题。在此基础上,研究电镀工艺参数对涂层质量的影响规律,并对优化工艺参数后制备的镍涂层与碳纤维的结合强度进行评价。结果表明:使用添加剂可提高镍涂层与碳纤维之间的结合力,当电镀液pH值调整到3~4、电流密度大于0.3 A/dm^2、电镀液温度控制在20~40℃时,所制备的镍涂层均匀致密。

陶瓷颗粒增强Cr_(0.5)MoNbWTi难熔高熵合金复合材料的制备及其力学性能

难熔高熵合金因其优异的力学性能、高温稳定性和抗氧化性能等,作为高温结构材料具有广阔的应用前景。为了进一步提升材料的力学性能,本研究利用原位反应烧结制备了陶瓷颗粒增强难熔高熵合金复合材料,并探讨了陶瓷增强相的生成机理及其对复合材料力学性能的影响。通过机械合金化制备了含有碳氮氧非金属元素的Cr_(0.5)MoNbWTi过饱和体心立方(Body Centered Cubic,BCC)固溶体粉末,经后续放电等离子烧结,在BCC基体内部原位反应生成了大量弥散分布的(Nb,Ti)(N,C)和Ti_(2)O_(3)陶瓷增强相。在陶瓷颗粒的增强作用下,该复合材料表现出较高的室温强度(4033 MPa)和硬度(11.57 GPa)以及优越的高温强度,1400℃的屈服强度高达572 MPa。

氧化物陶瓷高速超塑性研究进展

氧化物陶瓷具有优异的性能和广阔的应用前景.由于陶瓷的本征脆性,超塑性成形是陶瓷塑性加工的首选途径.但应变速率较低是制约氧化物陶瓷超塑性加工进一步应用的主要因素.本文综述了氧化物陶瓷高应变速率超塑性的最新研究进展,围绕影响超塑性变形的主要因素,如晶粒尺寸、晶粒长大、晶界扩散、化学键结构、晶界形态及空洞的形核与长大等,综述了提高超塑性应变速率的方法途径,并分析其变形行为及影响机制.

含Cu界面层碳纤维增强铝基复合材料制备工艺及其力学性能研究

为了改善碳纤维与Al基体的润湿性和抑制Al基体对碳纤维的反应腐蚀,采用电镀工艺结合超声辅助振荡分散法,在碳纤维表面制备了均匀、光滑、连续的Cu界面层。通过真空压力浸渗法制备了碳纤维增强铝基复合材料。微观组织结构分析表明,Cu界面层的引入,使得所制备的复合材料中碳纤维分散好、基体致密度高、Al熔体能很好地浸渗到碳纤维束丝中形成结合良好的碳纤维-基体界面;同时,Cu界面层的引入可以避免Al熔体对碳纤维的腐蚀。力学性能测试表明,与工业纯Al相比,当碳纤维的体积分数为8%时,材料的拉伸强度可以提高143%。断口分析表明,在拉应力作用下,碳纤维-基体复合区域的碳纤维在Al基体中发生了滑移或拔出,因此在碳纤维的滑移和拔出过程中裂纹扩展被抑制,从而大大提高铝基复合材料的强度。

碳纤维表面沉积铜工艺及其参数影响机理

为了改善碳纤维与铝基体的界面润湿性能和抑制基体与纤维的界面反应,需要在碳纤维表面沉积铜界面层。通过对传统电镀装置的改进,采用了超声振荡分散的电镀装置在碳纤维表面沉积了铜界面层,通过对电镀前碳纤维的预处理、电镀液成分的优选调配,解决了碳纤维铜界面层沉积过程中因纤维束丝难以分散而出现的"夹心"问题(束丝内部纤维难以沉积或不能均匀沉积);在此基础上,详细研究了电镀液添加剂、电镀液pH值、电镀时间等工艺参数对铜界面层的微观结构、铜界面层质量的影响机制,为制备碳纤维增强铝基复合材料提供了一定的技术支持。结果表明:使用适当的添加剂(CuCl2,C6H12O6S4Na2,OP-10)能够有效细化铜晶粒,可获得光滑连续且与碳纤维结合力强的铜界面层;pH值过高时,沉积的铜界面层不连续,适宜的pH值为0.8;同时也发现适宜条件下铜界面层厚度与电镀时间近似于正比关系。