水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热系数

本文在均质表面的单个球缺形液滴换热模型和液滴通用尺度分布规律的基础上,结合梯度表面能材料表面的液滴分布和凝结换热特性,得到了一维水平梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热计算式。在此基础上,研究了壁面过冷度、接触角梯度、工质物性等参数对梯度表面能材料表面滴状凝结换热性能的影响。结果表明:随着过冷度的增加和凝结工质汽化潜热的增大和表面张力的减小和接触角梯度的增大,平均表面凝结换热系数会增大。

金属材料表面纳米化研究与进展

大多数金属材料的失效都是从其表面开始的,进而影响整个材料的整体性能。研究表明,在金属材料表面制备纳米晶,实现表面纳米化,可以提升材料的表面性能,延长其使用寿命。金属材料表面纳米化是指利用反复剧烈塑性变形让表层粗晶粒逐步得到细化,材料中形成晶粒沿厚度方向呈梯度变化的纳米结构层,分别为表面无织构纳米晶层、亚微米细晶层、粗晶变形层和基体层,这种独特的梯度纳米结构对金属材料表面性能的大幅度提升效果显著。根据国内外表面纳米化的研究成果,首先对表面涂层或沉积、表面自纳米化以及混合纳米化3种金属表面纳米化方法进行了简要概述,阐述了各自优缺点,总结了表面自纳米化技术的优势,在此基础上重点分析了位错和孪晶在金属材料表面自纳米化过程中所起的关键作用,提出了金属材料表面自纳米化机制与材料结构、层错能大小有着密不可分的联系,对金属材料表面自纳米化机制的研究现状进行了归纳;阐明了表面纳米化技术在金属材料性能提升上的巨大优势,主要包括对硬度、强度、腐蚀、耐磨、疲劳等性能的改善。最后总结了现有表面强化工艺需要克服的关键技术,对未来的研究工作进行了展望,并提出将表面纳米化技术与电镀、气相沉积、粘涂、喷涂、化学热处理等现有的一些表面处理技术相结合,取代高成本的制造技术,制备出价格低廉、性能更加优异的复相表层。

一种基于相位梯度原理的反射型电磁超表面及RCS缩减应用

针对电磁波束调控和电磁隐身问题,本文设计了一种在圆形贴片上开口十字缝隙形式的反射型相位梯度超表面,通过对单元尺寸的调节实现了差异的反射相位覆盖,该系列超表面作用于X波段,按照线性、等相位差形式排布超表面单元能够将反射波最大散射方向偏转至关注角域以外,且通过对相位梯度数值的人为设计,能够精确控制最大散射方向,降低单站后向散射的同时兼顾了降低关注角域内的双站散射,具备针对单站雷达截面积(RCS)减缩、双站RCS散射方向调控的能力,且单元结构采用对称设计方式,具有极化不敏感的特性,基于此相位梯度超表面设计了一维、二维相位梯度超表面阵列结构,一维阵列结构的频带内单站RCS峰值减缩了41.13dB,均值缩减了8.7dB,面内最大散射方向偏转了16.5°;二维阵列结构的频带内单站RCS峰值减缩了16.29dB,均值减缩了9.04dB,最大散射方向发生了俯仰23°、方位135°偏转,均具备较好的单站和双站雷达隐身效果。

水平梯度表面能材料表面上的液滴运动

通过化学气相沉积的方法(CVD),利用十二烷基三氯硅烷(C12H25Cl3Si)在硅基板表面上的自扩散方式,形成单分子自聚合薄膜,在硅基板上制取了梯度表面能表面.采用原子力显微镜对梯度表面能材料表面微观结构进行了测量.通过躺滴法,获得了梯度表面能材料水平表面上的微量液滴接触角的分布,并以此表征材料表面能的分布.使用高速摄像仪对液滴在水平放置的梯度表面能材料表面上的运动规律进行了测量.实验表明:水平放置的梯度表面能材料表面可驱使液滴从憎水侧向亲水侧迁移,单个液滴的运动速度最大可达40mm/s;液滴在梯度表面能材料表面的运动一般可分为加速运动区和减速运动区;当液滴峰值速度较小而减速运动较大时,液滴运动会呈现蠕动的现象.

表面效应对热-机多孔悬臂纳米梁力学性能的影响

表面效应对纳米结构的力学性能有重要影响。飞机上很多微纳尺度的结构可简化为悬臂梁。本工作分析表面效应对随从载荷作用下梯度多孔材料纳米悬臂梁在高温环境下非线性力学响应的影响。基于GurtinMurdoch表面弹性理论和非线性梁理论,建立梯度多孔材料梁在随从载荷以及温度场中的非线性控制微分方程。假定梯度多孔材料的性能在整个厚度范围内连续变化,且沿厚度呈两种余弦形式的非均匀孔隙率分布模式。采用打靶法求解梯度多孔材料悬臂纳米梁在热-随从载荷下的非线性力学响应。获得各种孔隙率系数和不同非均匀升温下悬臂纳米梁非线性力学响应的数值解,详细讨论材料表面弹性常数和表面应力对纳米悬臂梁力学响应的影响。结果表明:不同孔隙率系数和不同非均匀升温下梁的力学行为是不同的;纳米梁表现出十分显著的表面效应。

梯度表面能材料表面上滴状凝结换热

采用气相沉积(CVD)的方法,以十二烷基三氯硅烷和辛基三氯硅烷为扩散工质,制备了梯度表面能材料表面。对空气中水滴在水平梯度表面能材料表面上的运动现象和表面倾角为0°、30°、60°和90°情况下,梯度表面能材料表面上的水蒸气滴状凝结换热进行了可视化实验,研究了凝结液滴的长大、聚并、运动和脱落现象。结果表明直径大于1mm的凝结液滴峰值运动速度达到110mm.s-1,远大于空气中液滴的运动速度。通过图像分析,分别讨论了壁面过冷度、凝结表面倾角和表面能梯度对换热和液滴运动的影响。结果表明随着壁面过冷度的增加,凝结表面传热系数先增加后减小;当凝结表面倾角大时,由于重力作用加大,凝结表面传热系数也高;当表面能梯度较大时,运动液滴尺寸更小,速度更快,凝结表面传热系数更高。

梯度表面能材料上液滴运动机理

通过显微测量技术获得了梯度表面能材料表面的微观结构,分析了经扩散控制的硅烷化处理的硅基材料表面上表面能梯度形成的机制和影响因素。通过可视化实验,并从能量转换关系和液滴受力分析上探讨了液滴在梯度表面能材料上的快速运动机理,研究了液滴运动过程,及薄膜润滑对液滴运动速度的影响。

功能梯度材料表面分形维数的研究

研究了等离子喷涂工艺制备的 Zr O2 /Ni Cr Al系功能梯度材料 ,测量了其水平面与垂直面的分形维数。结果表明 ,随着 Ni Cr Al含量的升高 ,分形维数呈曲线变化 ,分形维数与抗弯强度具有较好的对应关系 ;在 Ni Cr Al含量为30 %附近存在渗流区域 ,抗弯强度值出现突变。对该材料的研究 。

梯度表面能材料上液滴运动特性实验

对水平和30°倾角放置梯度表面能材料表面上液滴运动特性进行了可视化实验,分析了液滴在梯度表面上运动速度的变化规律,以及液滴大小和表面倾角对运动速度变化的影响。实验结果表明:在梯度表面能材料上,液滴能获得较大的宏观运动速度,并可以沿30°倾角放置的梯度表面材料上自下而上的运动;大液滴较小液滴的峰值运动速度大,运动距离更远;液滴在运动过程中出现蠕动的现象。

水平固体表面温度梯度下硅油液滴运动

液滴的操控技术成为当今微流体技术的重要发展方向,气-液、气-固、固-液等界面问题日益突出。首先通过实验方法,研究了在水平固体表面液滴由温度梯度引起的热毛细迁移行为,从理论方面分析了温度梯度、接触角滞后作用对液滴迁移速度的影响。然后通过数值模拟方法求解N-S方程耦合能量方程,获得硅油液滴运动过程内部温度场和流场的变化过程。结果表明:当基底存在温度梯度时,液滴在基底表面会向冷端迁移,并伴随着接触角滞后现象,表面张力梯度作用使液滴内部产生两个涡胞,涡胞的发展影响液滴的迁移过程,两个涡胞发展为单个涡胞,液滴迁移速度趋于稳定。

梯度表面能材料及液滴运动特性实验

采用十二烷基三氯硅烷(C12H25Cl3Si)和辛基三氯硅烷(C8H17Cl3Si),通过化学气相沉积的方法(CVD),在硅基板上制取了具有梯度表面能的材料表面.通过躺滴法,测量了梯度表面能材料水平表面上的微量液滴接触角的分布,并以此表征材料表面能的分布.实验表明:水平放置的梯度表面能材料表面可驱使其上面的直径为1～3 mm的液滴从憎水侧向亲水侧迁移,单个液滴的运动速度最大可达0.9 m/s.在实验观察的基础上,探讨了液滴在具有梯度表面能材料表面运动的机理.

梯度表面能材料表面上液滴形状的数值模拟

本文建立了固体表面上静止液滴的势能方程,根据能量最小化原理,当系统总势能取得最小值时,液滴将处于平衡状态。采用有限元方法,将初始自由液面离散化,通过曲面上节点的虚拟位移,改变自由液面的拓扑结构,使系统总势能取得最小值,从而得到静止液滴的形状。并应用该方法对均质表面和梯度表面能材料表面上的液滴界面进行了数值模拟,得到了均质材料表面和梯度表面能材料表面上静止液滴的界面形状及分布。

利用掺杂及梯度复合技术对生物材料进行TiO_2(Ta^(5+))/TiN薄膜表面改性的研究

采用磁控溅射技术同热氧化相结合的方法合成TiO2(Ta5+)/TiN复合薄膜,并对薄膜的硬度、摩擦磨损等力学特性以及血小板粘附等血液相容性进行了研究.研究结果表明,掺杂使血液相容性提高,梯度复合使力学特性改善,因而薄膜具有良好的力学耐久性和血液相容性.此外,薄膜与血液的界面张力也被测试.结果表明,低的薄膜/血液界面张力改善了TiO2(Ta5+)/TiN复合薄膜的血液相容性.

功能梯度材料亚表面缺陷的热波多重散射问题

基于热传导波动模型,采用波函数展开法,研究了半无限功能梯度材料亚表面球形缺陷的热波多重散射。给出了热波散射的一般解。温度波由调制光束在材料表面激发,球形缺陷表面的边界条件为绝热,非均匀参数为指数函数变化。分析了结构几何参数和物理参数对温度分布的影响,并给出了温度变化的数值结果。本研究可为功能梯度材料的分析研究、物理反问题和红外热波成像等提供理论基础和参考数据。

农机铸件表面硼化物梯度耐磨材料的显微组织

铸造表面合金化工艺制备的合金层存在着硬度高,机械加工困难及合金层与基体结合强度较低而易剥落的缺陷,该研究针对这些缺陷进行研究,采用梯度成分设计原则,制备出不同组分及含量的梯度合金粉剂层膏块,在HT200铸铁件表面制备出硼化物梯度耐磨材料,对该材料的形成过程、微观组织及显微硬度进行了研究,发现该合金层由过渡区→中间耐磨层→表面铸铁烧结层3部分组成,中间层的微观组织为硼化物,其基体上散布着高碳铬铁颗粒,且颗粒粒径影响其与梯度材料的熔合性,并在实际农机铸铁件犁锺上进行了现场应用,结果表明,与未处理零件相比,犁锺使用寿命提高2.5倍以上。

基于温度场模拟的铸件表面硼化物梯度耐磨材料成形机制

利用ANSYS10.0,对铸件表面硼化物梯度耐磨材料成形过程中温度场进行了模拟验证,对梯度耐磨材料不同部位的成形机制进行了分析研究,结果表明,模拟结果与试验结果较为吻合,合金粉块不同部位温度变化将影响复合材料的质量,内层及中间层温度高,高温持续时间长,熔合质量好,而对于最外层,温度较低(<1000℃),高温持续时间短,尖角处温降快,导致这些部位复合材料熔合质量较差、缺陷较多。进一步研究表明,砂型材料的导热率及合金粉块内低熔点的熔合剂过多均会影响复合材料的质量。

二氧化硅基润湿梯度表面制备及其静润湿特性分析

[目的]润湿梯度表面在水面舰船防污、潜艇减阻等领域具有潜在应用价值,有待进一步研究低成本、低复杂度的制备技术。[方法]采用气相沉积法、碱腐蚀法和两者复合法,开展二氧化硅基润湿梯度表面的制备及其静润湿特性的研究分析。[结果]气相沉积法制备表面的最大接触角和变化范围分别为104.9°,23°左右;碱腐蚀法制备表面分别为80.2°,60°左右;两者复合法制备表面分别为102.1°,40°左右,且气相沉积过程在表面润湿性梯度制备中起主导作用。[结论]研究成果可为海洋装备的功能表面制备提供参考。

圆形径向梯度表面能材料表面的凝结换热系数

在均质表面上的单个球缺形液滴换热模型和液滴通用尺度分布规律的基础上,结合梯度表面能材料表面上的液滴分布和凝结换热特性,得到了圆形径向梯度表面能材料表面上的滴状凝结换热计算式.在此基础上,研究了壁面过冷度、接触角梯度、工质物性等参数对梯度表面能材料表面滴状凝结换热性能的影响.

热冲击下层状梯度材料表面裂纹的能量释放率

用数值方法分析了具有表面裂纹的层状梯度材料在热冲击荷载下 ,裂纹所对应的能量释放率随时间变化的规律 ,着重讨论了呈现梯度变化的材料力学和热学参数对能量释放率的影响 .结果发现和均匀材料相比 ,呈梯度变化的热膨胀系数使裂纹的能量释放率有非常大的增加 。

表面处理技术在梯度功能材料制备中的应用

介绍梯度功能材料（ＦＧＭ）的制备方法和应用现状，详细介绍了气相沉积法、等离子喷涂法、激光熔覆法、电化学法等几种表面处理技术制备ＦＧＭ的基本原理及实例，并指出了ＦＧＭ发展中存在的问题和方向。