碳化物与钛合金层协同强韧化TiAl基叠层复合板材的微观组织及力学性能

叠层复合设计是突破传统金属基复合材料强韧性失配瓶颈的有效途径。基于仿生学原理,通过碳化物和通孔构型钛合金层协同增强制备了TiAl基叠层复合板材,并研究了该复合板的微观组织和力学性能,采用XRD、SEM、EBSD及三点弯曲法等分析了复合板材的相组成、微观结构,并测量其弯曲强度和断裂韧性。结果表明,复合板材主要由Ti_(2)AlC、α_(2)-Ti_(3)Al、γ-TiAl和少量的TiC相组成。当Ti_(2)AlC含量为0wt%时,复合板材的性能最佳,呈各向异性,平行叠层方向的弯曲强度和断裂韧性分别为1165.35 MPa和34.90 MPa·m^(1/2),垂直叠层方向的弯曲强度和断裂韧性分别为722.68 MPa和28.55 MPa·m^(1/2)。随着Ti_(2)AlC含量的增大,垂直和平行叠层方向的性能实现了近各向同性。结论可为金属基复合材料的仿生复合设计、优化和工程应用提供理论依据和技术支撑。

基于扩展有限元的钛合金层合结构裂纹扩展特性研究

基于扩展有限元方法研究含预置分层的钛合金层合板在拉-拉循环荷载作用下的疲劳裂纹扩展特性,并通过与试验结果进行对比分析,验证该方法对钛合金层合结构疲劳裂纹扩展分析的适用性。

钛合金表面Ti-Al合金扩散层的摩擦性能研究

利用双层辉光离子渗金属技术,以纯铝作为源极,氩气为工作气体,利用不等电位空心阴极效应在钛合金(Ti6A l4V)表面渗铝,形成均匀致密的钛铝合金扩散层,采用WTM-1型球-盘摩擦磨损试验机对钛合金表面钛铝合金扩散层的摩擦性能进行研究,用显微硬度仪测量渗层的显微硬度,并用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析钛铝合金扩散层的截面形貌和相结构.结果表明:在Ti6Al4V合金基材表面形成厚20μm的钛铝合金扩散层,其表面显微硬度达810HV;钛铝合金扩散层主要由金属间化合物Ti3A l和TiAl组成;钛铝合金扩散层可以显著提高钛合金表面的摩擦性能,摩擦系数从0.35左右降至0.15,抗磨损性能大幅提高.

钻头几何角度对CFRP和钛合金叠层制孔的影响

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金叠层结构钻孔刀具寿命低、出入口质量不易保证、影响加工质量和制孔效率等问题。以钻头螺旋角、外缘后角和顶角为主要研究对象,进行试验方案设计,揭示钻头几何角度对叠层结构制孔切削力及出入口质量的影响规律,表明:碳纤维复合材料与钛合金叠层结构制孔的钻头最佳几何角度:螺旋角25°左右,顶角140°左右,外缘后角12°左右。

CFRP/钛合金叠层构件低温钻削的轴向力与成孔质量研究

CFRP和钛合金叠层构件以其优异的性能广泛应用于航空、航天、汽车等领域。二者由于材料加工特性的差异,需要采用不同的钻削工艺参数才能获得满意的加工质量。为保证孔同轴度和加工效率,通常采用同一参数一体钻孔。一体钻孔会导致孔的界面烧伤、复材表面划伤、孔径一致性差等问题。为解决上述问题,提出一种低温钻孔工艺,通过钻削试验,研究低温条件下CFRP/钛合金叠层构件钻孔的轴向力、孔径一致性和表面质量。试验表明,低温条件下CFRP/钛合金叠层构件钻孔的轴向力增加,孔径一致性和表面质量均得到改善,证明了低温下CFRP/钛合金叠层构件一体钻孔的可行性。

CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的现状与展望

综述了近年来国内外对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的研究进展,重点介绍了传统方法钻削CFRP/钛合金叠层材料过程中轴向力和扭矩、钻削温度的测量方法,轴向力和扭矩的变化规律,以及刀具磨损、加工损伤与钻削工艺的关系;对螺旋铣孔、低频振动钻孔和超声辅助振动钻孔的实现方法、运动特点和加工质量进行了分析总结,并对CFRP/钛合金叠层材料制孔技术的应用和研究动向进行了探讨。

纯钛表面等离子渗镍合金层的显微组织及摩擦学性能

采用等离子表面合金化技术对纯钛进行表面渗镍处理,对渗镍后形成的合金层显微组织、物相组成及硬度进行了分析,并对其摩擦学性能进行了研究。结果表明:渗镍后在纯钛表面形成了与基体结合良好的钛-镍合金层,合金层主要由Ti2Ni、TiNi及钛相组成,厚约30μm,显微硬度约为570HV,合金层的干滑动摩擦磨损性能较纯钛基体的有很大提高。

CFRP/钛合金叠层板钻孔刀具研究进展

CFRP/钛合金叠层结构材料具有轻质高强、能承受极端热力载荷等优点,广泛应用于航天航空关键承重部件的制造。在钻削加工CFRP/钛合金叠层结构时,由于CFRP相和钛合金相具有不同的性能特征,导致刀具的磨损行为迥异,从而对CFRP/钛合金叠层结构的钻孔精度及孔壁质量造成严重影响。为此,探究CFRP/钛合金叠层结构钻削时的刀具作用机理和开发理想的加工刀具,对确保CFRP/钛合金叠层结构高品质制孔具有重要意义。针对CFRP/钛合金叠层结构钻削时存在的刀具磨损快、制孔质量差等问题,从刀具基体材料、刀具涂层材料和刀具结构三个方面,对CFRP/钛合金叠层结构制孔损伤控制中的刀具开发与应用现状进行了综述,并对相关研究中存在的不足和研究趋势进行了分析和探讨。

CFRP与钛合金叠层制孔钻头横刃结构优化

针对碳纤维复合材料(CFRP)与钛合金夹层结构制孔过程中加工质量、制孔效率与钻头寿命低等问题,以钻头的横刃结构为主要研究对象设计试验方案,对钻头横刃结构进行优化,以提高加工质量、制孔效率与钻头寿命。结果表明:优化后的横刃结构加工性能优于普通"X"形钻头横刃结构,不论是碳纤维复合材料部位还是钛合金部位轴向切削力明显减小。

钛合金过渡层对燃料电池不锈钢双极板表面改性薄膜综合性能的影响

针对在燃料电池不锈钢双极板电堆上应用的Cr0. 23C0. 77非晶改性薄膜使用寿命低的问题,仍然采用脉冲偏压电弧离子镀技术,在Cr0. 23C0. 77薄膜与316L不锈钢基体之间增加制备一层耐点蚀钛合金过渡层,考察过渡层对改性薄膜表面综合性能的影响。首先在316L不锈钢基体上选择TA1、TA9、TA10和Ti35四种工业钛合金分别进行预选过渡层材料的沉积制备,对所得样品进行耐蚀性能的对比检测,结果显示,在模拟电池阴极环境下,四种样品中Ti35材料的耐蚀性能最优,可确定为过渡层的首选材料;之后再在不锈钢双极板样品上制备有Ti35过渡层的316L/Ti35/Cr0. 23C0. 77复合薄膜,与只有Cr0. 23C0. 77单层薄膜的样品一起进行表面综合性能的对比测试,结果表明,添加Ti35钛合金过渡层后,双极板在保持原有导电性能的接触电阻为3. 0 mΩ·cm2(0. 6 MPa下)左右和水接触角大于100°的疏水性能的基础上,耐蚀性能得到了明显的改善,在模拟阴极环境的动电位腐蚀测量条件下,腐蚀曲线中出现了一个明显的平台钝化区,从-0. 3～0. 9 V较宽的电位范围内腐蚀电流一直保持低于10-6A·cm-2水平,并且破钝电位高达1. 0 V以上。这将有利于提高双极板的表面防护性能和使用寿命。

钛合金/CFRP叠层结构低频振动制孔工艺研究

针对钛合金/CFRP叠层材料在传统加工中的制孔缺陷和刀具寿命低的问题,进行了低频振动制孔参数优化试验研究,提高了制孔质量和刀具寿命。低频振动制孔的参数优化试验分两步进行,首先开展不同的切削参数组合的全面试验,进行参数的大范围寻优,确定一组优化参数,然后在试验确定的最优参数值附近的范围内进行再次寻优。在最优参数工况条件下,将低频振动制孔与传统非振动制孔进行对比,验证优化参数的有效性。结果表明,对比低频振动制孔与传统非振动制孔刀具的磨损程度,前者对刀具使用寿命有提升作用。在最优参数工况条件下,低频振动制孔可以减小切屑尺寸、提高制孔质量、延长刀具寿命。

钻头外缘转角结构对CFRP/钛合金叠层结构钻削质量的影响

研究了钻头外缘转角结构对叠层结构的切削力、界面损伤和出口毛刺影响关系。结果表明:与麻花钻相比,使用外缘转角处钻尖角较小的双锋角钻头加工CFRP层时,轴向力降低54%左右,加工钛合金层时,轴向力降低52%左右;麻花钻钻削后的CFRP/钛合金叠层界面损伤比双锋角钻头小,且钛合金层出口毛刺较短;界面损伤和出口毛刺与钻头外缘转角结构存在较大关系,外缘转角处的钻尖角较大时界面损伤较小。因此,开发CFRP/钛合金叠层结构专用制孔钻头时必须重点关注外缘转角结构设计。

基于主成分分析的CFRP—钛合金叠层材料制孔刀具健康指标构建

CFRP和钛合金两种材料的物理特性差异较大,都属于难加工材料。制孔加工时,制孔刀具的工作状态变化复杂,很快被磨损甚至失效,此后制孔质量便不能得到保证。为了使叠层材料得到最优良均匀的制孔效果,对制孔刀具的健康状态进行合理判断显得尤为重要。而制孔刀具的健康状态判断往往是依赖健康指标,好的健康指标能更准确地判断刀具的健康状态。本文提出的健康指标构建方法是从制孔加工时采集到的各项信号中计算RMS值并手动选择单调性和趋势性最优RMS对应的信号,从该最优的信号中提取多个时频域信号并通过主成分分析方法得到健康指标。经测试表明,构建的健康指标具有良好的单调性和趋势性,能较好地反应制孔刀具加工过程中的健康状态。

基于纹理图样与语义分割算法的CFRP/钛合金叠层材料制孔毛刺识别

CFRP/钛合金叠层材料作为一种重要的航空结构件材料,对制孔的加工精度要求苛刻,因此设计合理的实时监测算法,实现对复材叠层制孔过程产生的边缘毛刺等异常问题的监测迫切而必要。由于CFRP的材料特性,钻削加工过程中在CFRP层出入端面容易形成撕裂缺陷,影响整体孔壁的加工质量。基于深度学习的目标语义分割算法能够有效自动识别并评估这种缺陷的生成情况以及严重程度,从而有效监测CFRP/钛合金叠层材料的制孔质量。通过对钻削制孔实验后得到的工件进行毛刺区域分割算法验证表明,提出的基于深度学习的语义分割算法能够有效识别孔边缘毛刺,且识别算法的m-IOU达到71.33%,语义轮廓测度达到55.09%。

钛合金典型连接结构裂纹扩展特性分析

基于扩展有限元方法研究钛合金传统机加接头耳片与含预置非焊合区的层合接头耳片结构在拉-拉疲劳荷载作用下的裂纹扩展特性,揭示螺栓孔在受挤压情况下非焊合区对钛合金典型连接结构疲劳裂纹扩展的抑制作用,并通过试验验证扩展有限元方法对钛合金典型连接耳片结构裂纹扩展特性分析的有效性。

航空复钛叠层自动进给钻加工应用研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)与钛合金形成的叠层结构在飞机装配中的占比逐渐增大,自动进给钻作为新兴的半自动化制孔技术,比自动化制孔与手工制孔具备多种优势,尤其是,其结构中所包含的微啄断屑模块结构可以将切屑打碎后排出,有效提升制孔精度和表面质量,在今后较长时间内是飞机装配中有推广应用价值的方法,但目前针对CFRP/钛合金叠层(大孔径、大厚度)钻削的研究与工程实际应用较少。该研究基于同心膨胀夹头式自动进给钻开展相关实验,对制孔可行性、刀具寿命、钻削质量、制孔提效进行分析,结果表明,使用自动进给钻搭配定制的钻模、穿心夹制孔不会对叠层结构产生损伤,φ6.1mm制孔数量248个、φ9mm制孔数量38个、φ11mm制孔数量29个。针对此3种孔径自动进给钻制孔相比人工制孔效率提升40%以上,制孔工序减少60%以上,且自动进给钻制孔结果一致性好,质量高,已具备实际工程生产应用能力。同时为自动进给钻后续实际工程应用中的参数选择提供技术储备,有利于推动航空制造技术进一步发展。

碳纤维复合材料/钛合金叠层结构振动制孔技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)和钛合金(Ti6Al4V)以其卓越的高比强度、高比刚度、优异的耐腐蚀性和抗热冲击能力在航空领域广受青睐。然而在复/钛叠层结构制孔过程中,两种材料的显著力学性能差异常导致加工质量不佳和刀具磨损加剧。本文综述了国内外学者在切削参数、先进刀具设计和切削环境方面现阶段的研究进展;总结近年来振动制孔作为先进加工模式在复/钛叠层结构制孔中取得了卓有成效的工艺效果,详细分析了复/钛叠层结构超声、低频振动制孔中切削力、切削热、制孔质量和刀具磨损等关键技术问题;概述了新型精强一体波动超声制孔技术;最后展望了振动制孔技术对叠层结构制孔技术的进一步推动。

CFRP复合材料/钛合金叠层螺旋铣孔工艺

利用螺旋铣变偏心距加工的特点,提出了在刀具回程过程中进行二次精加工的工艺策略。通过正交试验研究了回程各工艺参数对CFRP/Ti-6Al-4V叠层孔加工质量和加工精度的影响规律,并依此优化工艺参数。试验结果显示:采用优化参数的回程精加工工艺提高了叠层孔的制孔精度,避免了复合材料孔壁加工损伤,复合材料孔粗糙度均值从Ra3.52降低到Ra1.31,入口撕裂明显改善,钛合金孔出口无毛刺。

碳纤维复合材料/钛合金叠层结构高低频复合振动钻削试验

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金叠层结构基于其特殊的性能,被广泛用于航空航天等领域。由于CFRP与钛合金不仅材料性能差异巨大,且二者均属于难加工材料,导致了CFRP/钛合金叠层结构一体化制孔普遍存在刀具磨损严重、加工质量差等问题,严重制约了CFRP/钛合金叠层结构的应用。搭建了高低频复合振动钻孔实验平台,在钻削轴向力、钛合金断屑、钻削温度、CFRP孔出入口质量和CFRP孔壁形貌等方面,对普通钻削,超声振动钻削,低频振动钻削和高低频复合振动钻削四种钻孔方式进行对比分析。研究表明:超声振动有效降低了钻削轴向力,低频振动可达到良好的钛合金断屑效果,并最大程度的降低了钛合金的钻削温度,高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构得到的孔CFRP入口撕裂最小,出口损伤最低,孔壁质量最好。

MEMS微齿型尺蠖驱动器的研究进展

全面介绍了MEMS微齿型尺蠖驱动器在国外的最新研究进展及应用,该驱动器具有大输出力和高频大功率密度的特点,是高性能精密直线驱动器的一个重要发展方向。