电磁成形中材料本构模型研究进展

电磁成形过程中金属板料经历宽应变率范围内的复杂载流高速变形,其宏微观行为与常规准静态成形过程存在显著差异,因此传统本构理论不能被完全应用于这一过程的精确预测。为此,首先总结了电磁成形中材料宏观力学行为及微观组织演变机理的特点,论述了本构建模的必要性、可行性及建模关键点。接着综述了适用于电磁成形过程的高速本构模型与载流变形本构模型的建模思想、应用效果及其先进性与局限性。最后,展望了宽应变率、宽温度范围适用的耦合电致塑性效应的机理型本构建模所面临的挑战。

N-CDs@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料的制备及其可见光催化性能研究

通过工艺简单的水热法成功制备出N-CDs和不同含量N-CDs修饰的N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC纳米材料。对N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC进行XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS和UV-vis DRS等表征分析。结果表明,经过N-CDs改性之后Nb_(2)O_(5)-AMMC的带隙变窄,样品的吸收边红移和光吸收范围变宽,从而有利于提高光催化性能。另外,N-CDs减少了电子传输的阻力,有利于光生电子向N-CDs结构的转移,同时光生载流子的迁移及分离效率提高,有利于光催化反应的进行。与纯Nb_(2)O_(5)-AMMC相比,N-CDs-X@Nb_(2)O_(5)-AMMC在可见光下光催化降解TC-HCl的性能均有提高,其中样品N-CDs-1@Nb_(2)O_(5)-AMMC的降解效率最高,1 h内对TC-HCl的降解率能达到63.2%,是纯Nb_(2)O_(5)-AMMC的1.59倍。

增材制造专用陶瓷材料及其成形技术

陶瓷材料具有高强度、耐磨损、耐腐蚀和耐高温等特点,在航空航天、生物医疗和电子信息等领域具有良好的应用前景。然而,如何制造应用于上述领域的复杂形状陶瓷零件成为了一个重要的问题。目前,增材制造正逐步成为解决复杂形状陶瓷零件制造问题的有效方式。主要介绍了增材制造专用陶瓷材料及其成形技术。根据增材制造专用陶瓷材料的不同形态,可以将陶瓷材料分为粉材、丝材、片材和浆料/膏材4类。基于此,介绍了激光选区烧结(SLS)、激光选区熔化(SLM)、三维喷印(3DP)、熔融沉积制造(FDM)、分层实体制造(LOM)、立体光固化(SL)、数字光处理(DLP)以及直写成形(DIW)8类主要陶瓷增材制造技术及其应用。最后,根据陶瓷增材制造的最新研究成果,对增材制造专用陶瓷材料及其成形技术发展作出进一步的展望。

基于多部件集成的热冲压成形技术研究进展

高性能金属板料热冲压成形技术对汽车轻量化极其重要,目前已被广泛应用。随着超高强钢热冲压成形技术的进步,热冲压成形技术从简单的零件成形正逐步向复杂结构成形发展。以轻量化车身结构件的碰撞能量分布载荷路径为基础,选择不同板厚和强度级别的板料进行激光拼焊,经过一体化热冲压成形后,获得高强塑性区域合理分布的多部件集成热冲压轻量化车身部件。激光拼焊工艺和高效激光加工自动化装备保证了其关键技术的实现。在降低碳排放、提高生产效率、减少材料用量及满足车身结构优化等诸多方面具有突出的优越性和实用价值。

激光选区烧结用陶瓷材料的制备及其成型技术

相对于传统技术,3D打印技术在直接成型复杂形状金属和高分子零部件方面显示出了巨大的优越性。然而,3D打印技术在陶瓷零部件的成型方面尚存在诸多难题。为此,华中科技大学史玉升教授团队在3D打印陶瓷材料的制备及其成型技术方面做了较多研究。详细介绍了激光选区烧结(SLS)技术中复合粉体的两种主要制备方法:一种是通过机械混合法将陶瓷粉体与高分子聚合物机械混合制得SLS成型用复合粉体;另一种是通过溶解沉淀法或溶剂蒸发法将高分子聚合物包覆在陶瓷颗粒表面制得复合粉体。研究表明,采用上述两种制粉方法均可制备出具有良好流动性的适于3D打印的复合陶瓷粉体。还系统地讨论了SLS素坯的成型机理以及预热温度、激光功率和单层厚度等SLS工艺参数对陶瓷素坯的力学性能和成型精度的影响。在此基础上,采用最佳SLS工艺参数制备出传统成型工艺难以成型的具有三维孔洞结构的多孔堇青石和高岭土陶瓷零部件。此外,结合SLS工艺与冷等静压(CIP)技术提出了SLS/CIP复合成型技术,提高了SLS成型陶瓷的致密度和力学性能,制备出高性能、复杂结构的Al_2O_3、ZrO_2、Si C等致密陶瓷零部件,为采用3D打印技术制备航空航天、国防等领域用高性能陶瓷零部件打下了良好的基础。

高分子材料在选择性激光烧结中的应用——(Ⅱ)材料特性对成形的影响

结合高分子材料的选择性激光烧结(SLS)机理,研究了材料特性对SLS成形的影响,结果表明,表面张力是决定高分子材料烧结速率的重要因素,但不是造成高分子材料之间烧结速率存在差别的主要因素;粉末粒径越小,烧结速率越大,SLS成形件的表面光洁度、精度越高;粉末粒径分布会影响粉床密度;球形粉末成形件的形状精度、铺粉效果好于不规则粉末;材料黏度越小,烧结速率越大;材料本体强度越大,成形件强度越高;非晶态聚合物成形件的致密度低于晶态聚合物,而尺寸精度高于晶态聚合物。为SLS用高分子材料的选择与制备提供理论依据。

激光选区烧结3D打印成形生物高分子材料研究进展

激光选区烧结(SLS)属于3D打印技术,通过激光逐层烧结粉末并叠加成形制件。该技术可满足不同患者的个性化需求,在生物医疗领域特别在组织工程支架和医用植入体制备方面具有非常广阔的应用前景。作为生物医用材料最重要的组成部分,生物高分子材料近年来发展迅速,成为医疗领域研究的热点。文中重点介绍了左旋聚乳酸、聚己内酯、聚醚醚酮、聚乙烯醇四类常用于SLS技术的生物高分子及其复合材料,对其研究和应用现状进行综述,并对其性能和用途进行对比讨论,提出今后该领域的发展方向。

热拉式多材料纤维光电子技术研究进展与展望

随着纺织工程和材料科学的快速发展,智能纤维与织物以其柔软、轻便、透气等优势成为可穿戴设备的首选载体。热拉式多材料光电子纤维有望通过热拉制工艺发展为具有多参量感知、温度调控、信息交互等功能的智能纤维。为使热拉式多材料光电子纤维可更好地服务于纺织行业,重点讨论了热拉式多材料纤维光电子技术的研究进展,总结了热拉纤维内微纳结构的调控机制,阐述了热拉式多材料纤维在传感、能源、生物、医疗等场景中的应用,并展望了热拉式多材料纤维光电子技术未来在材料选择及研发、纤维结构调控、纺织加工、多功能集成、人工智能5个方面的研究趋势。最后指出:热拉式多材料光电子纤维未来将从单一功能向多功能、力学性能改善、智能计算等方向发展,以便更好地与传统纺织加工技术结合,进一步提升织物的功能性、穿戴舒适性、场景普适性。

尼龙12/铜复合粉末材料及其选择性激光烧结成形

通过溶剂沉淀法制备了尼龙12覆膜铜复合粉末材料,并制备了机械混合尼龙12/铜复合粉末材料。通过扫描电子显微镜(SEM)对两种粉末材料的微观形貌进行了观察,对两种粉末的选择性激光烧结(SLS)成形件的强度及翘曲变形行为进行了对比研究。结果表明:尼龙12覆膜铜复合粉末材料中尼龙12包覆均匀,无裸露Cu粉存在,而机械混合尼龙12/铜复合粉末材料中尼龙12颗粒是零散地非均匀性分散在Cu粉颗粒中。在尼龙12含量及烧结工艺参数相同的条件下,尼龙12覆膜铜复合粉末SLS成形件的拉伸强度及弯曲强度是机械混合尼龙12/铜复合粉末SLS成形件的两倍以上,翘曲变形也明显小于机械混合尼龙12/铜复合粉的SLS成形件。

基于ABAQUS的针刺C/C复合材料薄壁锥形件力学仿真平台研究与开发

由于针刺C/C复合材料薄壁件锥形体特殊的纤维铺设工艺,针刺过程中锥形体不同位置处的纤维铺设角度和纤维密度会随圆锥截面半径变化,使得锥形件各处的纤维铺层结构发生改变,导致锥形件整个区域的材料属性不均匀。本文基于ABAQUS软件二次开发,通过Python脚本程序计算锥形件不同区域的相关材料参数,完成对模型材料属性和方向的赋予。另外通过Qt软件建立可视化界面,实现对锥形件的参数化建模。通过改变长程连续纤维的初始铺设角度,研究在加压和拉伸载荷作用下纤维角度变化对锥形体应力分布的影响。实验结果发现,随着纤维初始铺设角度的增大,在内部加压载荷作用下,锥形件大端在环向上所受到的拉应力呈下降的趋势;在拉伸载荷作用下,锥形件在轴向方向上受到很大的拉应力并呈现先上升后下降的趋势。

陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料高温变形行为研究

在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si_(3)N_(4),通过放电等离子烧结法制备了一系列不同体积分数的陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料。通过进行高温压缩试验,并建立多颗粒随机分布模型进行数值模拟,对其高温变形行为进行了系统性研究。结果表明,在421℃时,两种复合材料都表现为应力过冲后应变硬化;在441℃时,Al_(2)O_(3)增强的复合材料表现为屈服后应变硬化,对于Si_(3)N_(4)增强复合材料,当第二相体积分数小于25%时表现为屈服后应变硬化,当第二相体积分数大于25%时材料却表现为应力过冲后应变硬化。两种非晶合金复合材料的高温变形行为差异与增强相形貌以及增强相颗粒团聚行为导致的第二相分布不均匀有关。

功率超声振动在金属材料成形中的研究及应用

功率超声振动在金属材料成形领域,如在超声处理液态金属、超声焊接成形、超声金属塑性成形及金属半固态成形等方面有着广泛的研究和应用。结合作者的研究成果,介绍了功率超声振动应用于上述各种成形方法的原理,相对于传统方法的优点及其研究和应用现状。认为,由于超声成形的环保、节能和高效性,功率超声振动在金属材料成形领域的研究和应用,特别是用于半固态成形领域中,将有广阔的发展前景。

原位Nb/Nb_5Si_3复合材料的放电等离子烧结及结构形成机理

以Nb,Si粉为原料,采用放电等离子烧结(SPS)技术,原位合成了近理论密度的Nb/Nb5Si3复合材料。利用扫描电镜(SEM)、电子探针微区分析(EPMA)和X射线衍射(XRD)分析了材料的组织结构;通过对SPS过程中不同阶段试样的液淬分析,探讨了复合材料的结构形成机理。结果表明,制备的复合材料由Nb和原位合成的Nb5Si3两相组成,Nb以颗粒状均匀分布在Nb5Si3基体上;Nb5Si3是在Nb,Si颗粒的界面开始反应合成的,随着SPS过程的进行,界面反应不断发生,直至反应物中的Si粉完全转变为Nb5Si3。

激光技术在材料科学中的应用

综述了激光技术在纳米材料制备、表面改性和成形技术等先进制造工艺中的应用和进展。重点介绍了激光消融法制备纳米颗粒、薄膜的原理、特点及激光淬火、激光表面熔敷和激光表面合金化等材料表面改性技术。同时,对先进的激光立体成形技术及其应用现状做了概述。

镁合金板温成形过程模具圆角部位摩擦系数的实验研究

利用自行研制的新型摩擦测试装置,对镁合金板温成形过程模具圆角部位摩擦系数进行了测试实验。通过正交实验,研究了温度、压边力、润滑状态等三种工艺参数对模具圆角部位摩擦系数的影响,并采用统计方法对所得到的数据进行了分析,确定了影响摩擦系数的主次关系和最优工艺参数组合。研究结果表明:三种工艺参数中,温度因素的影响最为显著,压边力因素影响一般,而润滑因素影响最小;最优工艺参数组合为温度240℃、压边力3MPa和二硫化钼润滑。

在电场中燃烧合成Al_2O_3-TiC-Al复合材料的结构形成机理

以3TiO_2+3C+(4+x)Al为反应体系,用电场激发燃烧合成技术并使用合成中形成的液态Al对产物的渗透作用,制备出致密度为92．5%的Al_2O_3-TiC-Al复合材料,采用燃烧波峰淬熄法研究了原位合成Al_2O_3-TiC-Al复合材料的结构形成机理．结果表明:电场提供的焦耳效应可提高体系的绝热燃烧温度,从而可突破该体系只能在x＜10 mol下发生SHS反应的热力学限制;在Al_2O_3-TiC-Al复合材料动力学过程中,首先Al粉熔融,进而加速与TiO_2的反应生成Al_2O_3;然后Al与TiO_2反应还原出Ti并与C反应生成TiC;液态Al的渗透将Al_2O_3和TiC颗粒粘结起来,形成致密的复合材料组织．

难切削金属材料零件热等静压近净成形工艺研究

镍合金和钛合金等金属材料,由于其性能优良,常用于航空航天领域重要零件的制造,但这些材料的机械加工工艺性差,加工困难。所研究的热等静压近净成形技术,建立在粉末冶金技术和现代模具设计与制造技术基础上,可在较低的温度和高的压力下,一次性成形出尺寸精度高、性能优良的复杂零件,可以解决难切削金属材料复杂零件加工困难和加工成本过高等问题,为难切削金属材料复杂零件制造提供了一条新的途径。

汽车覆盖件板成形数值模拟和工程应用关键技术研究

阐述了汽车覆盖件板成形的数值模拟技术及其工程应用，介绍了板成形数值模拟的方法和特点，并结合实际应用对其关键技术作了重点说明。

梯度功能材料等离子熔积成形过程的Level-Set方法模拟

利用Level-Set方法与有限体积法(finite volume method,FVM)建立梯度功能材料(functionally graded material,FGM)等离子熔积制造(plasma deposition manufacturing,PDM)过程多相混态场统一模型;研究了在不同热输入功率下熔池形貌、温度场与流场以及溶质分布的变化规律.结果表明,热功率是影响梯度功能材料成分分布和性能的重要工艺参数.并用等离子熔积制造方法制备Al2O3-AISI316梯度功能材料,验证了模拟计算结果的正确性和可靠性.

3D打印 让过去无法实现的加工成为可能——3D打印模具材料改性对打印模具性能带来的改变

专家评论 增材制造成形模具的核心是工艺与材料，前期团队在激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术成形模具工艺方面开展了大量探索，成形的模具镶块已在部分模具公司得到推广应用并取得了较好的经济效益。近期，华中科技大学快速制造中心团队又存模具材料改性方面做了系列工作。