激光熔覆再制造镍基高温合金气门的组织和性能研究

采用激光熔覆技术对磨损失效的Nimonic 80A气门进行修复。利用金相显微镜观察熔覆层组织,用扫描电镜和能谱仪对熔覆层进行组织和成分分析,研究熔覆层硬度的变化,采用渗透探伤检测熔覆层表面缺陷,对合格的再制造气门进行装机考核实验。结果表明:激光熔覆层组织主要由柱状树枝晶和枝晶间的共晶组织组成,熔覆层和基体之间形成冶金结合,熔覆层内部无气孔和微裂纹等缺陷;熔覆层平均硬度较基体提高了37.7%;再制造气门的耐磨性是新气门的1.5倍。

工艺参数对蠕墨铸铁激光熔凝淬火带裂纹率和形貌的影响

采用3 kW固体光纤激光器在蠕墨铸铁基体上进行了激光熔凝淬火试验,分析了淬火带的裂纹率、熔凝区形貌、显微硬度和组织.结果表明,当保护气体流量一定时,提高激光功率或降低扫描速率有利于降低激光熔凝淬火带的裂纹率;而激光功率一定时,不同的扫描速率对应的最佳保护气体流量大小不同.随着激光功率的增加,淬火带形貌会向基体扩展,扩展规律是先主要沿熔凝区宽度和深度方向扩展,然后沿其它方向扩展,到一定程度后,又沿着宽度和深度方向扩展,如此循环,熔凝区总面积不断增加,淬火带形貌也由扁平状逐步变化为帽子状.

低碳理念下的产品设计方式再探索

以"低碳"理念在未来生活中的重要性为启示,结合现代设计的小批量、多样化、同质化的艺术性设计特点,论述了产品设计应对减少碳排放的作用,进而反思消费主义对环境与自然资源的破坏,并分析产品设计在"低碳"理念下如何更新设计理念,探索产品设计的新途径。在此基础上,结合"绿色设计"的新能源与新技术,提出设计师对产品设计与使用的创新认识,在节能、低消耗、无污染和可回收再利用等方面与自然和谐发展,提出全新的未来生活新观念。

基于材料感知体验的产品设计创新方法研究

目的挖掘产品设计中材料感知体验的价值及其创新设计实践方法。方法通过引进或建设材料体验库,找出材料感知体验介入产品设计的方法与途径,强化产品设计中材料感知体验过程,激发产品设计的创意灵感。结论发现材料体验对设计的价值与贡献,配合材料体验库的建设,逐渐创新出国内材料感知体验的产品设计新模式。

城市轨道交通换乘导向系统服务设计研究

目的优化大型城市的轨道交通枢纽站换乘功能。方法从服务设计的视角出发,运用服务设计的方法和工具,以北京东直门枢纽站为例,发现轨道交通线路之间换乘过程中服务接触点的"断层面"和"缺口点"。结论针对这些问题,提出轨道交通换乘"知行合一"的服务策略与方案设计,通过优化换乘导向系统,提高乘客换乘的效率与安全感,降低无效换乘路线和时间,从而提升乘客换乘体验的满意度。

折叠系列家具设计

设计说明：作品A是儿童多功能折叠椅,包括了四种功能：存储箱,小桌,凳子和椅子,随着儿童成长,这个机灵的立方体可以快速变为凳子和椅子,从而最大限度地延伸了产品使用的领域。作品B是折叠书架,弹性和弯曲的微观生物结构为这个设计概念创造提供了丰富的想象基础,柔性的木质复合板材提供的张力使得我们可以简单快捷地插接组合出这个亲切并富有动感的书架。

铜材表面激光合金化和激光熔覆制备Ni/Cu-Cr_3C_2/Co梯度涂层

目的提高铜合金的表面硬度,改善其耐磨性能。方法利用激光表面合金化和激光熔覆工艺在铜合金表面制备出Ni/Cu-Cr_3C_2/Co梯度涂层。采用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪,系统分析了合金化过渡层与熔覆层的物相构成及显微组织,通过硬度测试、摩擦磨损实验,对梯度涂层的显微硬度和耐磨性进行评估。结果合金化过渡层组织致密且具有单一柱状晶结构,主要由α-(Cu,Ni)固溶体、Ni_3Al和Ni Al构成。Cr_3C_2/Co复合熔覆层中分布着未熔Cr_3C_2颗粒,且以未熔Cr_3C_2颗粒为中心,四周有大量呈杆状(或针状)的M_(23)C_6和M_7C_3型碳化物,这种碳化物可以有效提高熔覆层的硬度。梯度涂层的显微硬度从基体的80HV逐渐增加到熔覆层的640HV,梯度涂层的摩擦磨损失重仅为铜合金基体的1/8。铜基体的磨损表面发生大规模破坏并形成大量磨屑,其磨损机制主要是粘着磨损;Cr_3C_2/Co喷涂层由于内部结合力较弱,出现了大量的疲劳磨损面,其磨损机制为表面疲劳磨损;而Ni/Cu-Cr_3C_2/Co梯度涂层的磨损表面比较平整,只存在轻微的"犁沟",其磨损机制为典型的磨粒磨损。结论梯度涂层由于Cr_3C_2、M_(23)C_6及M_7C_3相的存在,显微硬度和耐磨性能显著提高。同时,涂层的成分与性能均呈一定的梯度变化,改善了铜基体与涂层的相容性。

铜表面激光合金化和激光熔覆制备Ni/NiCrBSi梯度涂层

利用激光表面合金化和宽带激光熔覆工艺在铜基体表面制备出由Cu-Ni合金化层和NiCrBSi熔覆层组成的梯度涂层。用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及显微硬度计,系统分析合金化层与熔覆层的物相构成、显微组织及硬度。结果表明:合金化层与铜基体之间的界面呈"锯齿状",在合金化层近基材底部是一种不规则的层状结构;在合金化层中,Ni、Cu元素发生充分互溶,使合金化层的热导率降低至Cu基体的1/9,有效提升铜表面NiCrBSi熔覆层的成形能力;同时,NiCrBSi熔覆层组织致密,其强化相由γ-Ni、Cr B、M_(23)C_6及Ni_3Si构成,显微硬度明显提高,平均值达到400HV,是铜基体硬度的5倍。从铜基体到NiCrBSi熔覆层,显微硬度呈梯度增加,涂层具有里韧外硬的特征。

镁合金表面冷喷涂420不锈钢/WC-17Co涂层及其耐磨耐蚀性能

采用冷喷涂工艺在AZ80镁合金表面制备420/WC-17Co涂层。利用SEM分析喷涂粉末形貌及涂层显微结构;通过显微硬度计和万能材料试验机测定涂层的显微硬度和结合强度;采用球盘式摩擦磨损试验机考察涂层的摩擦磨损性能;通过电化学实验测定涂层和镁合金基材的耐腐蚀性能。结果表明:采用冷喷涂工艺可在AZ80镁合金基体上制备出高质量的420/WC-17Co涂层,冷喷涂420/WC-17Co涂层的显微硬度为(615±62)HV,结合强度为(57±11)MPa,涂层的磨损率为3.3×10^(–6) mm^3·N·m,其耐磨性较镁合金基材提高了2个数量级,涂层自腐蚀电流较镁合金基材降低了1个数量级。因此,冷喷涂420/WC-17Co涂层在不产生明显热影响的情况下,可以显著提高镁合金表面的耐磨耐蚀性能,是一种较为理想的镁合金表面强化工艺。

激光重熔对镍基热喷涂涂层性能的影响

采用超音速火焰喷涂制备2 mm厚的Ni Cr BSi-WC12Co涂层,并用3 k W光纤激光器对涂层进行重熔处理正交试验。对涂层组织、硬度、耐磨性等进行检测。结果表明:经激光重熔后,涂层的缺陷减少,耐磨性得到改善;激光重熔对激光功率较敏感,随着激光功率增大,结合强度增加,涂层缺陷也随之增加,涂层硬度先升高后下降,存在最大值;预热400℃时,涂层硬度能达到最高点,且裂纹得到较好控制;激光重熔涂层耐磨性能较HVOF涂层提高明显。

AZ80镁合金表面冷喷涂316L涂层的微观组织及性能

为了提高AZ80镁合金的耐磨及耐腐蚀性能,利用冷喷涂技术在其表面制备了316L不锈钢涂层。采用X射线衍射仪及扫描电镜对涂层的相结构、微观组织及粒子与基板的碰撞行为进行了分析,采用万能力学试验机测试了涂层的结合强度及内聚强度,并分别测试了涂层与块体的摩擦磨损及电化学腐蚀性能。结果表明:冷喷涂316L粒子与镁合金基板的碰撞行为主要呈现两种方式,一种是粒子在镁合金基板表面产生冲蚀坑,未能形成有效结合,另一种是粒子以球形方式嵌入镁合金基板内部,基板在两种碰撞行为中都形成射流,结合机理主要是机械咬合。316L涂层磨损率为1.16×10^(-4) mm^3/(N·m),其耐磨性较镁合金提高了8倍,涂层的自腐蚀电流较镁合金基体降低了4个数量级,能够有效保护镁合金基板。

镁合金表面冷喷涂纳米铝锌涂层及其腐蚀性能研究

采用冷喷涂工艺制备纳米铝锌涂层。借助SEM手段研究了涂层的组织形貌。对涂层的显微硬度、孔隙率以及涂层与基体的结合强度进行了分析。采用电化学工作站和盐雾试验对涂层的腐蚀性能进行了研究。结果表明,涂层自腐蚀电位明显高于镁合金基体,自腐蚀电流密度明显低于镁合金,能为镁合金提供良好的保护。

冷喷涂铝涂层及其耐磨性能研究

利用冷喷涂工艺在镁合金表面喷涂纯铝涂层,结合SEM分析粉末的微观形貌及涂层的显微组织,用图像分析软件Ipp6对涂层气孔率进行测定,用拉伸试验测定镁合金基体与涂层的结合强度,通过摩擦试验研究涂层的摩擦磨损性能并对其磨损机理进行分析。结果表明:涂层厚度均匀、组织较致密;平均粒径较小的粉末形成的涂层硬度较高,体积磨损量较低,耐磨性能较好。

铜合金表面激光熔覆Ni基涂层的工艺研究

研究了铜合金表面激光熔覆Ni基合金涂层的工艺。研究了工艺参数对熔覆层的形貌、显微硬度、稀释率、显微组织的影响。通过设计正交实验并利用极差分析确定了影响熔覆层硬度的关键因素。结果表明,熔覆过程中合适的热输入范围为112500～133333.3 kJ/m^2。热输入太低,熔覆层和基体之间达不到冶金结合;热输入太高,稀释率会增大。激光功率对熔覆层的显微硬度因素最大,然后为扫描速度和离焦量。

冷喷涂技术制备多孔钛涂层的研究

结合高速高压冷喷涂技术和真空蒸馏技术,在钛合金基体表面制备一种多孔钛涂层,并对涂层的显微结构进行研究。结果表明,多孔钛涂层的体积孔隙率达50%,孔状结构为贯通型,孔径分布范围为30~100μm。

AZ80镁合金表面冷喷涂不锈钢／WC-17Co复合涂层的性能

为了提高AZ80镁合金表面的耐磨性,采用冷喷涂技术在AZ80镁合金表面制备420不锈钢涂层、420/WC-17Co复合涂层,采用扫描电镜(SEM)对复合涂层的结合界面、截面形貌等进行了分析,采用Rtec多功能摩擦磨损试验机对复合涂层的摩擦学性能进行了分析。结果表明:在涂层结合界面,420粒子、WC-17Co粒子与挤压变形的镁合金基体形成机械咬合的结构; 420/WC-17Co复合涂层的孔隙率为1.84%,明显低于冷喷涂420涂层的;420/WC-17Co复合涂层的磨损率为5.3×10^(-6)mm^3/(N·m),相比AZ80镁合金的下降了2个数量级。

镁合金表面纳米ZrO_2涂层的制备及其性能研究

为提高镁合金的耐磨耐蚀性能,采用大气等离子喷涂技术在AZ80镁合金表面制备纳米ZrO_2涂层。利用SEM分析纳米喷涂粉末形貌和涂层显微结构,用球盘式摩擦磨损实验机考察涂层的摩擦磨损性能,并通过电化学测试和盐雾腐蚀试验测试涂层耐蚀性能。结果表明:大气等离子喷涂纳米ZrO_2涂层与镁合金基材的结合强度达到(28±6)MPa,显微硬度为(840±62)HV,磨损率为3.3×10^(-5)mm^3/(N·m),其耐磨性较传统的微米ZrO_2涂层提高1倍,较镁合金基材提高1个数量级。封孔后的纳米ZrO_2涂层在200 h盐雾腐蚀试验后未出现明显的腐蚀迹象。

“三真一模拟”的实践教学新模式探索

实践教学是工业设计教学体系中非常重要的环节，而实践教学模式的选择直接影响着实践教学的效果。在专业实习这一实践教学环节中，通过引入“三真一模拟”的实践教学新模式，试图解决之前专业实习在实习基地建设、实习内容和形式以及实习管理等方面所面临的挑战，为校外实践教学环节的开展提供了新的思路。

Ag含量对NiMoAl基涂层宽温域自润滑性能的影响

为了提高运动部件在宽温域(尤其是高温)条件下的润滑和耐磨性能,采用大气等离子喷涂(APS)技术在不锈钢基材上喷涂制备了三种Ag含量分别为0、10%和30%(质量分数)的NiMoAl-Ag固体自润滑涂层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、CSM摩擦磨损试验机、三维光学轮廓仪等设备,对涂层的组织结构和在20~800℃时的摩擦磨损机制进行了分析。结果表明:NiMoAl-Ag涂层呈现致密的显微结构和均匀的组份分布;NiMoAl-Ag涂层在20~800℃时的摩擦因数随着Ag含量的增加而显著下降,含有30%Ag的NiMoAl-Ag涂层在800℃的摩擦因数降至0.12。但是,Ag含量的增大会降低涂层在20~400℃的耐磨性;当温度进一步升高到600℃和800℃时,Ag的加入却可以明显提高涂层的耐磨性。进一步分析涂层的润滑机理表明:涂层中的Ag含量增大可以在高温摩擦界面形成液态Ag和Ag2MoO4润滑釉质层的协同润滑作用,使得涂层具有较低的摩擦因数和磨损率。APS制备的NiMoAl-Ag涂层具有优良的宽温域自润滑性能,通过复配合适的增强相有望提高其中低温耐磨性能,是一种极有潜力的新型宽温域耐磨自润滑涂层材料。

制备光学金刚石膜的微波谐振腔设计及优化

设计了两种具有不同结构的用于制备光学金刚石膜材料的新型微波谐振腔,第一种山字形剖面的重入式谐振腔,具有能提供足够大的微波谐振空间,激发出高密度等离子体的优点,对其改进后,沉积基台倒置,减少杂质,有助于提高膜的质量。在第二种谐振腔结构优化过程中发现,微波传输结构部分设计过渡锥台比直接连接时,沉积台上方可获得更强的电场强度,有利于提高沉积速率。对气体供给方式及流速进行了优化,提出了两种工作气体供给模式,模式I从中心孔进入,模式II从环状孔进入。结果表明:模式I有利形成均匀膜层,最佳气体流速范围为5~10 m/s。设计的微波谐振腔可应用于高品质光学金刚石膜的制备。