通过基体晶粒和颗粒分布异质结构的调控协同提升AlN_(p)/Al复合材料的强度-塑性

为了获得优异的强塑性能,采用液固反应结合后续的热机械处理方法制备了3种具有不同微观组织构型的异构AlNp/Al复合材料,详细研究了AlN颗粒分布和基体晶粒组织构型对拉伸强度和塑性的影响。结果表明,复合材料的强度和塑性同时提高。其中,具有较弥散颗粒分布的Uniformed-AlNp/Al复合材料表现出优异的极限抗拉强度(~387 MPa)和断裂伸长率(~9.1%)。与其他文献报道的颗粒增强铝基复合材料相比,该复合材料具有较好的比强度和延展性组合。此外,计算了异质变形诱导(HDI)应力。结果表明,在Uniformed-AlNp/Al复合材料中,HDI应力显著增加。揭示了HDI应力在提高AlNp/Al复合材料的强度和塑性中起着至关重要的作用。

共晶Ni_(53)Si_(47)合金的液-固态结构相关性

利用高温液态X射线衍射仪研究了共晶Ni53Si47合金的液态结构。在衍射强度曲线的小角部分发现"预峰",且"预峰"的强度随温度的降低而增强;研究表明,熔体中原子团簇结构稳定,有序度随温度降低而提高;通过"纳米晶粒模型"进一步研究了该合金的液-固态结构相关性,指出熔体衍射强度曲线上的"预峰"是化合物NiSi液态结构的一种体现,该合金液态结构与固态结构具有一定的相关性。

材料成型及控制工程专业虚拟仿真实验室的建设与实践

针对材料成型及控制工程专业实验教学中的共性问题,山东大学材料成型及控制工程专业建立了模具虚拟装配和模具虚拟制造两个虚拟仿真实验教学系统。学生能够在虚拟实验环境中完成实验预习、实验学习、实验练习、实验考核、实验报告等教学内容,教师能够进行实验教务管理。采用虚拟仿真实验室能够突破时间和空间限制,让学生有更多有效时间参与实验过程。实行"虚拟仿真实验+真实实验"相结合的实验教学模式,能够有效克服真实实验教学中的诸多局限,激发学生自主学习的积极性,教学效果明显。

变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑技术及其产品内外泡孔结构演变

建立了一种变模温和型腔气体反压协同控制的微孔发泡注塑技术,研制了相应的变模温控制系统与型腔气体反压控制系统,构建了变模温与型腔气体反压辅助微孔发泡注塑试验线,并对变模温与型腔气体反压作用下的产品内外泡孔结构演变进行了研究。结果表明,变模温与型腔气体反压辅助工艺单独施加于微孔发泡注塑技术时,对其产品内外泡孔结构均具有双重影响:变模温可以改善产品大部分的表面形貌,但其对填充过程中的熔体发泡影响不大;型腔气体反压可以基本抑制填充过程中的熔体发泡,但却对产品内部泡孔密度有比较明显的降低影响。通过变模温与型腔气体反压的协同控制,可以实现微孔发泡注塑产品表面气泡形貌和内部泡孔结构的良好调控。

纤维复合材料预制件渗透率及其结构相关性的研究进展

纤维复合材料预制件的渗透率是影响液体模塑成型过程中树脂流动的一个重要参数,由于它与预制件多层次结构的复杂相关性而使得渗透率的预测一直面临着挑战。本文从预制件的微观、细观及宏观层次分别介绍了渗透率与其结构相关性的研究进展,综述了预制件渗透率的数学模型及其影响因素,展望了渗透率研究的发展趋势,这将有助于揭示复合材料结构件的缺陷形成机理,进而优化设计复合材料结构件及其成型工艺。

原子径向分布函数在材料结构研究中的应用

介绍了原子径向分布函数的基本理论,综述了原子径向分布函数在有机高分子材料、无机碳材料、金属材料等不同类型材料结构研究中的最新进展。阐明了原子径向分布函数相对于传统结构研究方法的特点和优势,并展望了该方法在碳纤维结构研究中的应用前景,该方法能够从原子级别揭示整个碳纤维制备过程中结构的演变规律,这对制备高性能碳纤维具有重要的指导作用。

Super-Ni叠层复合材料与钛合金过渡液相扩散焊界面组织特征

以铜箔为中间层,对Super-Ni叠层复合材料与Ti-6Al-4V钛合金进行过渡液相扩散焊.通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、显微硬度测试对接头的界面组织及性能进行分析.结果表明,铜箔中间层阻止了钛与镍的扩散接触,防止了Ti-Ni脆性金属间化合物的生成.扩散焊接头由Super-Ni侧扩散层、中间反应层、钛侧扩散层三个特征界面层组成.界面处Ni,Al原子扩散缓慢,Cu,Ti原子充分扩散反应,在中间反应层与钛侧扩散层之间形成由TiCu相组成的锯齿状界面,在钛侧扩散层生成细小的Ti_2Cu相,接头过渡区显微硬度最高达600 HV0.5.

基于XRD的径向分布函数法研究碳纤维制备过程中的结构演变

采用X射线和径向分布函数研究分析了聚丙烯腈(PAN)基碳纤维制备过程中的结构演变。结果表明,PAN原丝中存在着与石墨类似的结构,该结构是石墨微晶结构形成的重要基础;PAN大分子链最近邻链间间距为0.688nm;碳化温度在500～1250℃范围内的碳化纤维中的第三近邻距离均大于石墨晶体的第三近邻距离,表明碳纤维中没有形成平面构型的六元环石墨烯层片;在整个碳纤维的制备过程中,纤维结构经历了长程有序-长程无序、短程有序-长程有序的演变。

层状结构受电弓滑板材料配方的试验研究

为确定层状结构受电弓滑板基体的最佳物料配比,采用均匀设计法设计配方试验方案,并根据试验结果回归分析碳纤维、石墨、硅灰石纤维、铜粉和铜纤维的比例对受电弓滑板性能的影响。结果表明:当碳纤维、石墨、硅灰石、铜粉和铜纤维的质量百分比分别为16%,11.2%,11.2%,2.4%和8%时,受电弓滑板具有较好的综合性能,且符合TB/T 1842.2—2002标准,其电阻率和冲击强度分别为6.28μΩ.m和16.04 kJ.m-2,比标准规定的限值分别降低了47%和提高了541%。

特种加工技术在某新型微叠层复合材料中的应用

目前航空航天领域采用的微叠层复合材料主要集中在Fe、Ni、Ti和Al的合金或金属间化合物上。这类金属的金属间化合物具有熔点高、密度低、热导率好及抗高温性能好等优点,可被用作航空飞行器或航空发动机的高温结构材料。但是这类金属间化合物具有其本征脆性,导致其室温下的断裂韧性很差,因而应用受到限制。为解决这一问题,采用特种加工技术制备出具备微叠层结构的金属/金属间化合物复合材料是理想的手段之一。

模拟体液浸泡法评价生物材料的研究与问题

介绍了生物材料领域中常用的模拟体液(Simulated body fluid,SBF),重点分析了SBF的代表组成和特性,并从生物活性、生物惰性以及支架、涂层等角度,总结现阶段国内外对于SBF的研究和应用。强调SBF浸泡法评价生物材料在静态角度上(如成分、形核机理等)和动态角度上(如应力、温度及流动性等)存在的不足,以期对其改进起到参考作用。

多孔Al_2O_3负载纳米Fe颗粒复合材料的微观结构与磁性能

采用浸渍-还原法制备多孔Al2O3负载纳米Fe颗粒复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、穆斯堡尔谱仪(M ssbauer)和振动样品磁强计(VSM)对样品的微观结构及磁性能进行了研究。发现铁元素以纳米级单质Fe颗粒和超顺磁态α-Fe2O3(<20 nm)的形式存在。通过穆谱知,氢气气氛600℃还原3h,59.9%铁元素转变为单质铁。浸渍-还原方法能在较低温度下成功制备不同组成、微观结构及磁性能的多孔磁性材料。

液态Mg−Si系中混合焓与结构序之间的相关性

采用第一性原理分子动力学研究1773 K下液态Mg−Si系的混合焓与结构序。通过计算转移电荷和差分电子密度,证实Si原子周围的化学环境由Si−Si相互作用所主导,由此决定混合焓在富Mg侧达到最小值。基于偏偶相关函数的HA键对分析结果显示,Si−Si原子对与Mg原子相吸引,且结构序随Si含量的演变可以描述为Si−Si原子对分散Mg原子以构成框架结构的过程。以局域Si原子构型的四面体序为研究对象,揭示混合焓与结构序之间的相关性,这能为理解液态Mg−Si二元系提供综合能量学与几何学的新视角。

超临界二氧化碳微孔发泡制备PEBA泡沫及其结构和性能

为了研究超临界气体CO_(2)微孔发泡方法对聚醚嵌段酰胺(PEBA)泡沫尺寸稳定性和压缩性能的影响,分别利用一步法(高温高压饱和后快速泄压)与两步法(室温饱和泄压后快速升温)制备了具有可调结构的低密度微孔PEBA泡沫。首先测量了气体溶解度,观察了泡孔的微观结构,研究并获得了不同发泡方法、不同发泡温度和压力对泡沫的发泡倍率、泡孔尺寸和泡孔密度的影响。同时对比了两种发泡方法制备泡沫的尺寸稳定性,并获得了发泡倍率和泡孔尺寸对泡沫塑料压缩性能的影响规律。结果表明,相对于发泡温度,在一定温度范围内发泡压力对发泡倍率、泡孔尺寸和泡孔密度影响较大;一步法制备的PEBA泡沫具有更大的发泡倍率(最高7.61),而两步法制备的PEBA泡沫具有更小的泡孔尺寸(最小2μm);PEBA泡沫的尺寸稳定性与发泡倍率有直接关系,两步法制备的泡沫尺寸稳定性更好;一步法制备的PEBA泡沫显示出更加优越的回弹性;大孔泡沫比小孔泡沫表现出更好的压缩性能,更大发泡倍率的泡沫具有更高的压缩强度。

基于冷喷涂工艺的Mg-Zn-Al-Sn-Mn合金防腐Al涂层制备

采用冷喷涂技术在Mg-Zn-Al-Sn-Mn合金表面制备Al涂层,以提高其耐腐蚀性能。研究工作气体温度和压力对Al涂层显微组织和腐蚀行为的影响。结果表明,随着气体温度和压力的升高,Al涂层的致密度和厚度均明显增加。高的气体温度能降低颗粒沉积的临界速度,并提高沉积效率。高的气体压力不仅提升机械结合质量,而且对沉积的涂层具有较强的夯实作用。由于孔隙的减少,Al涂层的耐蚀性随着气体温度和压力的升高而提高。Al(OH)_(3)和Al_(2)O_(3)等腐蚀产物可以堵塞涂层中的孔隙,并作为阻碍腐蚀的物理屏障,从而有效保护Mg合金免受腐蚀。

铝合金型材挤压弯曲一体化成形技术研究进展

相比于直型材,铝合金弯曲型材更适用于日益复杂的部件形状并能更好地满足轻量化需求,具有提升部件结构强度和刚度、节约空间及增加工业设计自由度等优点,在汽车、高铁和航空航天等领域具有广泛用途。相较于传统冷弯成形技术,挤压弯曲一体化成形技术在生产弯曲型材方面具有流程短、精度高、缺陷少等优点,因而受到广泛关注。重点综述了基于外部弯曲装置和材料差速流动的挤压弯曲一体化成形技术的研究进展,分析并总结了不同挤压弯曲一体化成形技术的原理及发展现状,对比了不同挤压弯曲一体化成形技术的优缺点,最后展望未来发展趋势及其研究方向。

大熔深K-PAW熔池及电弧视觉行为特征分析研究

穿孔等离子弧焊接(K-PAW)以其独特的优势,在中厚板的焊接制造中应用广泛,并逐渐向更大厚度的方向发展。然而,随工件厚度增加熔池穿孔出现不稳定等问题,制约了其在实际生产中的应用。分析了14 mm厚304不锈钢在“受控恒定穿孔”控制策略下的大熔深K-PAW熔池特征尺寸变化规律和焊接过程中的熔池行为。通过视觉检测与电信号同步采集系统,对大熔深K-PAW过程中熔池的形貌特征进行定量分析,探究在受控脉冲条件下的熔池特征参数变化情况,以及熔池特征与电信号的同步动态行为规律。以初始电流270 A进行焊接,在起弧的前14 s的盲孔阶段,随着电弧热量积累,熔池不稳定,尺寸出现震荡,最大震荡幅度超过10 mm,同时熔池长宽比也在1.0~1.6范围内变化;随着穿孔于第15 s发生,熔池达到平衡,且长宽比在19 s时达到峰值;维孔阶段,熔池保持稳定,形状未发生大变化。综上,可以通过熔池形状变化趋势来区分焊接阶段。比较了不同焊接电流(280 A、275 A、270 A)的盲孔阶段,发现采用较大的初始电流有利于缩短盲孔时间,由270 A时的22.9 s减小到了280 A时的19.8 s,并降低焊接气孔出现的可能性。最后,发现电弧中心与熔池前边缘的距离可以反映穿孔状态。结果验证了“受控恒定穿孔”控制策略的可行性,并验证了通过视觉特征判断焊接阶段及是否穿孔的可行性。

铸铝与挤压铝合金的电阻点焊工艺试验研究

采用电阻点焊工艺对厚度为3mm的铸铝和2mm的5系挤压铝合金进行了连接。对焊后的接头进行了剪切拉伸试验,使用金相显微镜分析其宏观形貌和微观结构,使用扫描电镜对断口进行分析。结果表明:接头主要由4个典型区域组成,分别为母材、热影响区、柱状晶区和等轴晶区。焊核主要向铸铝侧偏移,合适的焊接电流能够降低焊核偏移带来的影响,同时提升接头性能。在压力6k N、焊接电流40k A的条件下,接头平均失效载荷达到最高,为(7.09±0.33)kN。接头断裂行为可分为焊点处和铸铝处断裂两种模式,其中铸铝处断裂为韧性断裂。

基于搅拌摩擦的金属固相增材制造研究进展

基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术,已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类:基于搅拌摩擦搭接焊原理,使板材逐层堆积,从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing,FSAM)技术;采用中空搅拌头,通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition,AFSD)技术;采用消耗型棒材,通过棒材的摩擦表面处理,形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing,FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状,对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。

2024铝合金板搅拌摩擦焊接塑性材料流动的可视化检测与数值模拟(英文)

将薄铜片作为标示材料镶嵌于2024铝合金板中,经搅拌摩擦焊接焊后,用金相法观察其最终位置。参考材料流动的可视化实验结果,建立搅拌摩擦焊传热与材料流动的三维数值分析模型。搅拌针附近塑性材料流动速度分布模式的计算结果与可视化实验结果基本一致。当焊接速度一定时,随搅拌针旋转速度的提高,搅拌针附近塑性材料流动加剧。焊核区形状与尺寸的计算结果与实测数据吻合。