高性能涂层刀具切削GH4169高温合金的切削性能研究

针对难加工材料GH4169镍基高温合金切削问题,制备了TiAlN/TiAlSiN复合涂层切削刀具,主要研究了不同偏压下TiAlN/TiAlSiN复合涂层刀具的涂层显微组织、力学性能以及切削GH4169镍基高温合金时的切削性能。结果表明:偏压和涂层厚度增加,涂层柱状晶趋势明显,表面孔隙减少,涂层致密性提高;偏压增加,复合涂层与基体结合力增加,并且在偏压为-100V时,结合力达到最大值74.3N。涂层的硬度和弹性模量也随着偏压的增加而增大;切削GH4169高温合金时,涂层刀具的切削磨损量明显小于未涂层刀具,且随着偏压的增加,涂层刀具的寿命得到提高;当偏压为-100V时,切削寿命最高,这归因于切削过程中Ni, Cr, Al等元素氧化并在表面形成一层致密且具有一定润滑特性的保护膜。

表面等离子渗氮对TiAlN涂层TiCN基金属陶瓷性能的影响

针对TiCN基金属陶瓷,调节不同N_(2)/Ar流量比对其进行等离子渗氮,并在渗氮样品表面沉积TiAlN涂层。采用GIXRD、EDS、SEM、HR-TEM、划痕测试、纳米压痕测试和光学图像测试仪等研究了渗氮过程N_(2)/Ar流量比对涂层组织结构、膜基界面状态、力学性能和涂层金属陶瓷刀片切削性能的影响。结果表明,随着N_(2)/Ar流量比的提高,TiAlN涂层晶粒逐渐细化,涂层厚度不断降低,基体表面仍有黏结相残留,进而影响表面涂层的生长和性能。当N_(2)/Ar流量比为1时,膜基界面处存在硬质相生长区和富黏结相生长区两种涂层生长区域,涂层在硬质相表面为共格外延生长,富黏结相区域存在原子排列紊乱的过渡区,涂层为半共格外延生长;涂层(200)晶面取向最强,织构系数为1.91;涂层硬模比(H/E)最高,为0.094。当N_(2)/Ar流量比为2时,TiAlN涂层的硬度和弹性模量均最高,分别为34.15GPa和416.64GPa。在切削加工过程中,切削接触区域主要发生磨粒磨损和粘着磨损。当N_(2)/Ar流量比为1时,涂层TiCN基金属陶瓷刀片切削性能最佳。

伴EWSR1易位的神经上皮肿瘤6例临床病理学分析

目的探讨伴EWSR1易位的神经上皮肿瘤的临床特征、影像学表现、病理学特征及分子遗传学特点。方法收集6例伴有EWSR1易位神经上皮肿瘤患者的临床病理资料,行常规HE和免疫组化染色,汇总高通量测序分子检测NGS信息,进行总结分析,并复习相关文献。结果6例患者中位年龄11.5岁(范围1.9~17岁),男性1例,女性5例,发病部位包括颞叶、额叶、顶叶、鞍上区及侧脑室,临床表现以癫痫发作起病为主。头颅MRI检查示:4例为大脑半球近皮层病灶,2例为脑室/脑室周病灶,其中5例边界尚清,1例局部边界欠清。镜下观察其组织学改变多样,3例呈低级别胶质瘤样或胶质神经元肿瘤样改变,2例呈高级别胶质瘤改变,1例呈胶质神经元肿瘤样改变伴高级别特征。免疫表型:肿瘤细胞GFAP阳性,Olig2部分阳性,S-100和Syn阳性,其中2例NeuN少量阳性,1例EMA少量点状阳性。NGS发现6例均伴EWSR1基因易位重排,其伴侣基因包括5例PATZ1和1例PLAGL1。手术切除后3例行化疗,随访无一复发进展。结论伴有EWSR1和非ETS融合的神经上皮肿瘤,好发于儿童和青少年大脑半球,多数病灶边界尚清,组织形态学谱系多样,呈低-中度恶性生物学行为,为神经上皮肿瘤分子分类谱系的拓展提供了可能性。

胚胎发育不良性神经上皮肿瘤33例临床病理分析

目的探讨胚胎发育不良性神经上皮肿瘤(dysembryoplastic neuroepithelial tumor,DNT)的临床病理特征及预后。方法收集33例DNT患者的临床资料,采用免疫组化EnVision两步法检测Olig2、NeuN、Syn、GFAP、IDH1、CD34、BRAF V600E、H3K27M和Ki67的表达,观察其病理组织学形态及免疫组化特征进行回顾性分析,并复习相关文献。结果33例中可随访28例,其中女性10例,男性18例;发病年龄4~57岁,平均24.97岁;临床以难治性癫痫为常见症状。DNT主要发生在幕上区域,以皮层为主。肿瘤大多界限清楚,呈分叶状、囊性或囊实性结构。镜检:DNT主要由少突胶质样细胞、漂浮在黏液基质中的神经元和增生星形胶质细胞组成,偶见钙化,未见坏死或微血管增生。免疫表型:神经元表达NeuN、Syn,少突胶质样细胞表达Olig2,增生的星形胶质细胞表达GFAP,p53多为野生型,Ki67增殖指数较低(多数<4%)。结论DNT是一种良性混合性胶质神经元肿瘤,病理诊断需结合影像学特点、镜下形态、免疫组化结果及必要的分子检测,手术完整切除后患者预后良好。

基于AdvantEdge仿真和粒子群算法的切削参数优化方法

为了智能化地提供最优车削工艺参数,以碳排放低、加工时间短和加工成本低为目标,构建了车削加工的工艺参数优化模型,并应用多目标粒子群优化(MPSO)对模型进行求解。此外,考虑到目前切削力和切削温度的理论计算模型难以准确反映切削过程的热力场变化,通过切削仿真软件AdvantEdge进行仿真,获得切削参数与切削力、切削温度之间的关系。最后,以300M钢的加工为例对模型进行验证,通过CNC车床上的切削实验验证了由MPSO获得的切削参数,实验证明该研究方法提供的切削参数能很好的在碳排放、加工时间和加工成本间达到平衡,为车削加工选取合适的工艺参数提供了技术支持。

难熔过渡金属碳化物晶格缺陷演化研究型实验

设计了关于WC粉体晶格缺陷演化的研究型实验,对XRD衍射数据进行分析,利用Nelson-Riley外推法和Williamson-Hall方法对经过不同时间球磨处理的微米级WC粉体的晶格畸变、亚晶尺寸、晶格应变等晶格缺陷进行了研究。设计的研究型实验将粉末冶金技术、晶体学、材料表征、数值分析等方面的知识贯穿起来,可培养材料工程类专业本科生创新思维和综合运用知识进行科学研究的能力。

面向智慧水务的城市河道水质实时监测系统

针对城市河道水质监测技术现状,建立了一种面向智慧水务的城市河道水质实时监测系统,以自主研发的SFM600WS浮标水质分析仪自动、连续、准确地监测所研究河道水体水质多参数,以专门的无线数据传输模块实现所采集数据的稳定、远程自动传输,在所建立的流式大数据平台上实现高效率的水质数据查询和特征提取。同时,构建了通用的水动力水质耦合模型接口,用来模拟所研究河道整体的污染物分布状况。实际应用结果表明,该系统可达到实时、全面监测整个河道水质的目的,实现了智慧水务中水务事件的智慧感知。

超高强度钢表面HVOF金属陶瓷涂层制备与表征综合实验

本实验采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在300M超高强度钢表面制备了WC-17Co、WC-10Co-4Cr、Cr3C2-25NiCr等3种金属陶瓷涂层,并对涂层的微观组织、物理力学性能及摩擦磨损性能进行了研究。实验将粉末冶金、表面工程及摩擦学等方面的知识贯穿起来,可培养材料工程类专业学生的创新思维和综合运用知识进行科学研究的能力。

平板闸门自由-淹没孔流统一流量率定模型

中国灌区的常用量水方法中,利用水工建筑物尤其是闸门量水是目前应用最为广泛的,但传统的闸门过流公式众多,实际应用中需区分自由、淹没流态选择对应的公式,理论值与实测值偏差较大。该研究拟提出一种基于实测数据率定的形式简单、可应用于多种流态的流量计算模型。主要采用三维数值模拟的方法,通过建立实际水闸的三维流体力学模型,研究不同流态下的闸门水力特性,并结合室内模型试验和野外原型观测提出基于实测数据率定的流量计算模型。研究步骤为:1)验证基于实测数据的率定模型的有效性及精确性;2)分析该模型应用于闸门不同流态的率定效果,判断其是否可用于自由及淹没孔流建立统一的流量关系;3)对所提出的模型方法进行野外实测数据验证,并进行误差来源分析。结果表明:1)该模型能够进行区分流态的率定且精度较高,90.63%的数据误差在5%以内;2)该模型能够统一自由-淹没孔流率定,使用仿真数据进行统一率定时数据误差在5%以内的占比为86.67%,使用南水北调中线某闸门8、10、11月份验证模型精度达到77.64%的数据误差在5%以内,95%以上数据误差在10%以内的效果。该模型具有简单、光滑连续的特点,在实际工程应用中建议通过大量实测提高模型精度。

基于科研实践的“聚晶金刚石/硬质合金复合片的制备与表征”综合实验

提高聚晶金刚石/硬质合金界面结合强度是高性能复合片制备中值得研究的问题。设计了聚晶金刚石/硬质合金复合片的制备与表征综合实验,利用微喷砂优化基体表面残余应力状态改善复合片的界面结合强度,并对聚晶金刚石复合片的微观组织和力学性能进行表征。实验将高温高压合成、粉末冶金、表面工程以及材料表征等方面的知识贯穿起来,培养材料工程类专业本科生创新思维和综合运用知识进行科学研究的能力。

基于OBE理念以达成度为导向的机械原理课程教学模式构建研究

针对传统教育模式下的机械原理课程教学侧重于理论讲解、评价标准单一和考核方式过于简单的教学现状,构建了基于OBE教学理念机械原理课程的总体教学模式。围绕毕业要求制定了合理的课程目标,建立了以学生为中心的课程教学模式,通过以课程目标达成度为导向设计了融合OBE理念的教学内容及相匹配的考核方式,同时制定了基于机械原理教学的课程目标达成度的评价策略。基于OBE理念的教学模式可以有效提高学生的学习兴趣和专业素养,不仅可以让学生运用所学的工程原理分析解决问题,还能够培养学生结合多方面的技术、工程和其他因素来达到职业与专业成就。

梯度成分结构TiAlSiYN涂层的制备及其抗氧化性能研究

目的采用阴极电弧镀叠加磁控溅射的复合PVD涂层技术,实现梯度成分结构Ti AlSiYN多元涂层的制备。方法在涂层沉积过程中,通过切换不同成分的电弧靶,获得成分梯度变化的Ti AlSiYN涂层。利用扫描电子显微镜及其附带能谱仪、X射线衍射仪分析涂层氧化前后的截面组织形貌、成分和物相结构。结果在阴极电弧沉积过程中,通过磁控溅射方式植入微量Y元素会干扰涂层的生长,降低涂层的生长速率。Y元素在涂层中具有细化柱状组织的作用,并使涂层的开始氧化温度和氧化速率降低。相比于均一成分结构的Ti AlSiN涂层,均一成分结构的Ti AlSiYN涂层在800℃时表层未发生氧化。在900℃保温1 h后,Ti AlSiYN涂层的高氧含量氮氧化物层厚度小于Ti AlSiN涂层。梯度成分结构使Ti AlSiYN涂层的抗氧化性能明显降低,在900℃保温1 h后,梯度成分结构的Ti AlSiYN涂层组织完全被氧化,氧化组织以金红石结构的Ti O2为主,还有少量锐钛矿结构的Ti O2、Si O2和Al2O3。结论微量稀土Y元素具有改善涂层抗氧化性的作用,而梯度成分结构不利于涂层的抗氧化性。

熔体凝固结晶模拟实验装置及实验项目开发

基于相似原理,制作了物理模拟实验装置,并采用硫代硫酸钠模拟金属熔体凝固结晶过程。学生可观察凝固结晶过程中的表面细晶区、柱状晶区和中间等轴晶区的形成过程;测量凝固层厚度随时间的变化;检测结晶过程中熔体温度分布;分析凝固系数和凝固速率的变化规律与结晶潜热的影响。模拟实验具有低温可视化的优点,有利于对凝固原理、铸造工艺和传热学等理论知识的掌握,提高学生的参与度和学习热情,并培养工程实践能力和分析问题的能力。

金属陶瓷及硬质合金表面CVD/PVD涂层的摩擦与切削性能

为研究涂层沉积方式对金属陶瓷和硬质合金性能的影响,采用粉末冶金技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷和YT15硬质合金,在基体表面先后采用CVD和PVD制备涂层。采用SEM、EDS等手段对涂层的微观组织和元素含量进行分析,并对涂层试样进行划痕、摩擦因数、切削性能检测。结果表明,通过复合CVD+PVD工艺,CVD涂层和PVD涂层结合良好。不论是金属陶瓷还是硬质合金,CVD涂层的膜基结合力和摩擦因数均为最大,PVD涂层最小,复合CVD+PVD涂层介于两者之间。对于金属陶瓷和硬质合金而言,复合CVD+PVD涂层的切削性能最好,CVD涂层最差,PVD涂层介于两者之间。切削过程中的磨损机理主要是氧化磨损和磨粒磨损。

石墨/Ti(C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的有限元模拟

利用有限元方法研究了组成分布指数和梯度自润滑层厚度(层厚)对石墨/Ti(C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的影响;采用层铺-烧结法制备该梯度自润滑复合材料,利用X射线衍射法测试其表面残余应力,并与模拟结果进行了对比。结果表明:径向压应力主要分布在梯度自润滑层的表层,在金属陶瓷基体与梯度自润滑层界面边缘处存在严重的应力集中;随着组成分布指数的增大,表面径向压应力增大,界面处应力减小;增大层厚可以改善界面处的应力分布,但表面径向压应力也随之降低;最佳组成分布指数为1.0~2.0,层厚为1.0~1.5 mm;试验测得的表面残余压应力随层厚的变化与模拟结果基本一致。

WC粒径对WC-Co硬质合金高温耐磨性的影响

使用粉末冶金的方法制备了不同WC粒径的硬质合金,对不同WC粒径的硬质合金材料的组织和性能进行了研究,并进行了高温摩擦实验。结果表明,平均晶粒尺寸随着WC粒径的增加而增加,其WC晶粒发生异常长大的趋势更明显,晶粒分布范围更大。此外,除了韧性,硬度和强度都会随着WC粒径的增加而减小,WC粒径为2.5μm的硬质合金具有较好的综合力学性能。在室温和350℃的摩擦条件下,WC粒径为2.5μm的硬质合金的磨损率最小,但是在700℃的摩擦条件下,WC粒径为2.5μm的硬质合金与WC粒径为1μm的硬质合金的磨损率相近,且WC粒径为3.5μm的硬质合金的磨损率是其他组的2.5倍左右。硬质合金在高温摩擦下主要会形成剥落坑,磨屑以及氧化磨损,形成的WO_(3)氧化物会加剧硬质合金的磨损。

不同碳氮比的金属陶瓷刀具高速切削镍基高温合金试验研究

采用粉末冶金制备金属陶瓷,改变了碳氮的含量比,对镍基高温合金(GH4169)进行高速干切削试验。从后刀面磨损量、刀具磨损情况和切削力等方面研究了金属陶瓷刀具加工GH4169镍基高温合金的切削性能。通过扫描电子显微镜(SEM)和能量分散光谱(EDS)扫描分析,研究了不同碳氮比的金属陶瓷刀具切削镍基高温合金的磨损机理。结果表明,当金属陶瓷TiC∶TiN=7∶3(wt%)时,能表现出最好的基体力学性能,在切削参数V_(c)=100 m/min、a_(p)=0.5 mm、f=0.10 mm/r下切削性能相对最好。

不同刃口角度数控刀片的切削过程DEFORM仿真研究

在钛合金车削过程中,刀具刃口角度起着至关重要的作用,它不仅控制着切屑的流动与折断,还对切削力和切削热有较大的影响,进而影响刀具的磨损情况和使用寿命。本文通过改变刀具的刃口角度,借助DEFORM-3D切削仿真软件对切削过程进行仿真模拟,得到切削力和切削热的分布。与原刀片相比,修改后的刀片能够有效降低切削力和切削热,提升刀具寿命,并最终得到优化效果良好的刀具。

气体离子源辅助电弧离子镀在硬质合金表面制备AlCrN涂层的性能

分别采用气体离子源辅助电弧离子镀和普通电弧离子镀方法在硬质合金表面沉积了AlCrN涂层,并对两种方法制备的AlCrN涂层的组织、成分、硬度、结合强度和耐磨性进行了对比分析。结果表明:两种方法制备的AlCrN涂层表面平整,涂层结合强度均在100 N以上。普通电弧离子镀方法制备的AlCrN涂层厚度较薄,金属原子占比较小,表面粗糙度相对较低,摩擦系数较小,硬度和耐磨性也较低。由于气体离子源辅助沉积具有提高金属原子离化率的作用,气体离子源辅助电弧离子镀方法制备的AlCrN涂层生长速率更快,硬度和耐磨性提高。

表层脱立方相梯度硬质合金及其切削应用研究进展

对表层脱立方相梯度硬质合金的研究成果进行了总结。系统地介绍了化学成分、原料粒度、烧结气氛对表层脱立方相梯度硬质合金微观组织、元素分布和性能的影响,概括了表层脱立方相梯度硬质合金作为涂层基体应用及后续涂层梯度硬质合金刀具切削加工应用,并指出研究表层脱立方相梯度硬质合金表面处理技术是挖掘其应用潜力的重要方向。