镁基复合材料界面调控研究进展

界面是影响镁基复合材料综合性能的关键因素,如何进行界面调控一直是镁基复合材料的研究热点。本文围绕镁基复合材料三种界面结构类型(共格界面、半共格界面和非共格界面),针对影响界面性能的两个关键问题(界面润湿性和界面反应),综述了界面优化方案的研究进展,提出了实现良好界面结合的界面结构设计与调控准则:良好润湿性与轻微界面反应。针对镁基复合材料的界面性能提升,可以考虑添加稀土元素,起到净化界面、改善润湿性的作用;根据工程需要选择基体和增强体,得到某方面性能优异的复合材料;开发新的增强体表面涂层,充分提高界面结合能力;通过第一性原理等计算模拟方法,深入探究界面结构与界面性能之间的关系。

基于混合射流中的单颗粒子清除汽车漆层分析

以汽车塑料件表面的漆层为研究对象,利用ABAQUS软件中单元删除技术和插入Cohesive单元层方法建立有限元模型。在仿真过程中控制颗粒粒径、内聚能、冲击速度,比较漆层的去除率、冲击达到的深度、冲击动能的情况。结果表明,当2 mm粒径颗粒以40 m/s的速度冲击漆层模型时,冲击点下方Cohesive单元两侧的位置受到剪应力和压应力作用最先出现损伤,竖直方向应力随时间传递到基体内部;Cohesive单元内聚能越大,漆层与基体之间越难以出现分层;组合不同粒径和速度参数研究后发现,当颗粒粒径为0.8~1、1.4~1.6和2 mm,速度分别大于55、40、30 m/s时,冲击深度可超过0.15 mm漆层厚度,到达基体表面。统计损伤的单元数量和体积后发现,粒径分别为1.4、1.6、2 mm的颗粒在速度达到55、45、40 m/s后,除漆率超过4%,粒径和速度组合越大,除漆效果越明显,但是,在实际处理时应选择合适的入射速度和粒径,防止过大的入射速度导致成本增加和基体损伤。

镁基复合材料研究进展及新思路

镁合金是最轻的金属结构材料,然而其强度低、塑性和耐腐蚀性能差,严重限制了其作为轻金属材料在工程领域中的广泛应用。镁基复合材料因具有比强度高、比刚度高、比模量高、质量轻等优异特性,被认为是目前提高镁合金力学性能、实现其工业化应用最具优势的途径之一。本文着重介绍了碳纳米管、石墨烯、Si C等增强镁基复合材料研究现状。从增强体分散、界面结合及其结构稳定性等方面深入分析了目前镁基复合材料存在的瓶颈;从增强体表面改性、基体合金设计、复合材料制备工艺等方面探索了镁基复合材料的设计新思路;提出了镁基复合材料的发展趋势与研究方向。

新型Ba_3SiO_5∶Eu 荧光粉的合成及光谱性质

以BaCO_3、SiO_2、Eu_2O_3为原料在还原气氛下采用高温固相法制备了Ba_3SiO_5∶Eu荧光粉体。实验结果表明,制备Ba_3SiO_5的最佳工艺条件是Ba/Si比为3,1 200℃保温4 h。光谱分析表明,Ba_3SiO_5∶Eu荧光粉在254,365,410 nm激发下发射主峰为566 nm(Eu^(2+)的4f^n^(-1)5d→4f^n)宽带发射,量子效率分别为70%、50%、10%,荧光寿命为百纳秒级;以566 nm为监视波长测得激发谱为主峰在250～450 nm范围内的宽带发射,主峰为360 nm,且在410 nm出现小峰; Eu离子最佳掺杂浓度为5%,由发光强度随掺杂离子浓度变化曲线,可以得出Ba_3SiO_5中Eu离子能量传递是基于电四级-电四级作用。

金属材料增材制造研究与应用

金属增材制造技术近年来快速发展,在医疗、航空航天、汽车等领域具有巨大的应用潜力,在特定应用领域技术增材制造工艺已颠覆了传统加工工艺。分别介绍了以粉末床熔融和直接能量沉积2种增材制造工艺方法的技术原理与特点,以及实际应用情况,并对金属增材制造技术目前面临的挑战进行了探讨。

基于相图原理定量预测(Mg1-x-yBaxSry)1.95SiO4∶0.05Eu系列荧光粉的结构和发光性能

为了研究随着三元碱土离子配比变化其正硅酸盐物相组成、发光性能的变化规律,优选高效荧光粉,同时探讨单相区和混合相区发光性能的变化内在机制,建立组分-结构-发光性能关联,本文采用高温固相法制备(Mg 1-x-y Ba x Sr y)1.95 SiO 4∶0.05Eu系列荧光粉,共计44个样,分析其二元、三元物相组成和光谱,得出其物相组成和紫外激发发光CIE值。实验表明,(Mg 1-x-y Ba x Sr y)1.95 SiO 4∶0.05Eu体系中物相组成随着组元含量存在渐变性;富Ba端形成了Ba 2SiO 4相单相区(Sr最大量含量为35%、Mg为30%),单相区随着Sr 2+、Mg 2+固溶,晶格常数减小,结晶度提高。(Mg 1-x-y Ba x Sr y)1.95 SiO 4∶0.05Eu荧光粉在紫外激发下其颜色和亮度随着组元含量也呈现渐变性,Ba 2SiO 4相单相区荧光粉均为绿色荧光粉且随着Sr 2+、Mg 2+固溶荧光亮度逐渐增大(精细光谱表明单相区内Mg 2+、Sr 2+离子有促进Eu 2+离子进入高发光效率的格位的效果);Mg 2SiO 4-Sr 2SiO 4二元系列为红色荧光粉;单相区外的样品点随着Ba 2+的减少,荧光粉紫外激发荧光颜色逐渐由绿变红(混合物相中Eu离子配位空间逐渐减小,Eu离子逐渐以Eu 3+离子形式存在)。(Mg 1-x-y Ba x Sr y)1.95 SiO 4∶0.05Eu系列荧光粉的相组成、结构及发光性能随组元呈现渐变性关系,借鉴相图建立方法,可建立三元色像图(由样品发射光谱得出的CIE色像点,基于散点分布建立色像图);利用三元色像图可系统性优选高效荧光粉(优选出最佳绿色和红色荧光粉样品点为:(Mg 0.3 Ba 0.65 Sr 0.05)1.95 SiO 4∶0.05Eu和(Mg 0.65 Sr 0.35)1.95 SiO 4∶0.05Eu)。

基于超声辅助的Q235镀锌钢板MIG焊熔滴过渡行为数值模拟

基于流体力学软件FLUENT的VOF模型,建立超声辅助MIG焊熔滴过渡数值模型。模拟了多组不同电流条件下,超声辅助MIG焊接过程中熔滴过渡的过程,分析了超声振动对普通MIG焊熔滴过渡频率的影响。结果表明,超声振动使得熔滴过渡频率增加,熔滴缩颈半径减小,促进了熔滴过渡。为了验证模拟结果的准确性,进行同等参数下的焊接实验,利用高速摄像机对熔滴过渡过程进行图像捕捉。实验结果表明与模拟结果相符,证明了文中熔滴过渡数学模型的准确性。

基于模糊PID的螺旋加料机构粉体进料精度控制

目的螺旋式加料机构存在传感器响应时间差,造成系统延迟,非线性等问题,采用容积式来计量填充物料的质量的填充误差大。本文提出一种基于模糊PID控制的螺旋式加料机构计量控制系统。方法利用模糊PID对螺杆式粉料加料装置进行控制,通过模糊规则对PID控制比例、积分、微分参数实现参数自调整。基于Matlab中Simulink模块下模拟该模糊PID控制系统。结果该控制系统稳定时间减少了66%,快速性提高了21%,超调量降低了10%。结论基于模糊PID控制系统的计量控制性能优于传统PID的。

基于超声辅助的Q235镀锌钢板MIG焊电弧行为数值模拟

针对超声辅助熔化极惰性气体保护焊(U-MIG)电弧行为,建立了二维瞬态数值模型,利用流体力学与电磁学理论,模拟了2种焊接工艺电弧等离子体的温度场、电流密度和电弧形貌等结果,并与普通MIG焊电弧进行对比。结果表明:超声的添加使焊接电弧成形过程发生了明显变化。相同焊接参数下,U-MIG焊电弧高温区面积增大,温度峰值上升;电弧区域内电流密度增大,电弧更加密集,能量更加集中,同时电弧压力增大;电弧中粒子电离度增加,粒子能量增加,提升了U-MIG焊接质量。模拟的电弧形貌与实验结果相吻合,验证了模拟的准确性。

Mg-Al系镁合金的耐蚀性能研究进展

镁合金作为绿色轻质结构材料被广泛应用于工业生产,但耐蚀性较差制约着其发展。与其他系列镁合金相比,Mg-Al系镁合金具有更优异的耐蚀性。着重介绍了Mg-Al二元合金的腐蚀特点、机理。分析了第三项合金元素对α相自腐蚀电位,第二相析出相的种类、数量、分布,杂质元素(Fe/Cu/Ni)容许极限的影响。热处理和热变形工艺(如:热轧、热挤压)对微观组织结构的影响,并讨论了相应的腐蚀特性变化。概述了Mg-Al系合金常用表面处理技术及防护效果。

镀锌钢GMAW焊缝成形特征与焊枪方向同步实时检测

针对基于激光视觉传感的镀锌钢薄板搭接GMAW特点,提出了一种搭接接头焊缝成形全位置特征与焊枪方向同步实时检测方法.该方法利用激光视觉系统同步检测焊缝与焊丝信息,采用尺度不变特征变换与方向特征检测算法,同步实时获取焊缝轮廓与焊丝方向;采用Harris角点检测算法实现焊缝轮廓特征点识别;针对接头焊缝面积偏小的特点,采用线性插值方法实现了焊缝高度与宽度的全位置、焊缝面积的亚像素级测量,并基于零、一阶矩实现了焊缝重心检测.结果表明,该算法适应性强、测精度高,为基于焊枪姿态和焊接过程参数优化在线控制焊缝成形提供了依据.

6061铝合金热挤压工艺优化研究

以提高6061铝合金型材挤压速度为目的,采用有限元计算软件对6061铝合金的挤压过程进行模拟,发现影响铝合金挤压速度的工件部位塑性应变值明显大于其他区域。根据相关挤压力计算公式,以减少分流孔数量,缩短工作带长度进而降低挤压力为主要优化方向,对挤压模具结构和模具工作带进行优化。优化后,挤压载荷明显降低,最大挤压速度明显提高;通过对6061铸棒中的Si、Mg等主要合金成分含量进行合理调整,并对铸棒进行均匀化处理,显著提高了铸棒的塑性与可挤压性。

基于层次分析法的MIG焊焊缝几何形貌监测

焊缝的几何形貌直接决定了其残余应力分布,从而影响焊接构件的质量。为了利用焊接参数控制镀锌钢板MIG焊的焊缝成形,提出了一种结合反向传播神经网络和层次分析法的策略。通过图像处理技术提取了焊缝的特征点并计算出特征参数。通过大量焊接实验分析了焊接工艺参数和焊缝几何形貌参数之间的关系,并构造出反向传播神经网络预测模型。当模型的期望值与焊接实验值之间存在较大误差时,采用层次分析法来确定需要调整的焊接参数。结果表明该决策方法可用于在线调整焊接参数以获得期望的焊缝,为实现焊接过程的数字化和智能化奠定了良好的基础。

金属构件残余应力测量技术进展

残余应力是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力,对构件的力学性能有显著影响,会引起零件发生翘曲或扭曲变形,甚至开裂,定量测量残余应力数值对改变构件疲劳寿命,预防构件发生脆性破坏具有重要意义。国内外对残余应力测量进行了深入的研究,提出了多种测试方法。详细介绍了有损及无损残余应力测量技术的测量原理及国内外目前研究现状,分析总结了影响测试精度的主要因素及改进方法;调研了目前市场上较先进的仪器设备及其供应厂家;针对盲孔法孔周围塑形变形及钻孔偏心、压痕法塑性区域半径、X射线衍射法试样内部显微组织结构、中子法零点漂移、超声波法测量尺寸带来的误差的重要改进技术;并对残余应力测量技术发展方向进行了展望。

塑料微管气辅挤出中内气垫层气体的影响

塑料微管尺寸极小,挤出时熔体离开口模时仍为熔融态,内气垫层气体离开口模后仍在微管腔内流动,会对微管成型产生影响。为此,建立了考虑塑料微管腔内气体流动的双气垫层气辅挤出模型,重点分析内气垫层气体离开口模后的流动对微管成型的影响。通过对管壁内外双层气垫层作用下微管挤出成型过程的有限元数值模拟和实验研究,得到了微管型貌、速度、压力降和第一法向应力差等分布。分析表明,当气体离开口模后,由于外气垫层气体离开口模后进入空气中瞬间减压,而内气垫层气体离开口模后进入微管腔内,仍有一定压力,致使微管管壁内侧气压较外侧气压更大,从而导致微管直径逐渐增大;熔体在口模出口处及出口模后,均有第一法向应力差的产生,分析表明,这与微管形貌、壁厚、流速及压力降等的变化存在较大的关联。考虑了微管腔内气体流动的几何模型更符合实验中当气体压力较大时微管壁面出现凹凸波纹现象,口模出口处微管管壁迅速变薄及口模外部微管管壁逐渐变薄的现象。

镁造孔多孔NiTi合金的微波烧结制备与表征

为了获得轻质、高强和高阻尼的多孔NiTi合金,采用微波烧结协同镁造孔技术制备多孔NiTi合金。考察多孔NiTi合金的显微组织、力学性能、相变行为、超弹性和阻尼性能。结果表明:当烧结温度低于或等于900℃时,多孔NiTi合金主要由B2 NiTi相和少量B19'NiTi相组成。随着烧结温度的升高,多孔NiTi合金的孔隙率逐渐降低,而压缩强度先增加后下降,在900℃时获得最大值。随着造孔剂Mg的含量从1%增加到7%(质量分数),多孔NiTi合金的孔隙率从37.8%增加到47.1%,而压缩强度从2058 MPa降低至1146 MPa。与碳酸氢铵造孔多孔NiTi合金相比,镁造孔多孔NiTi合金的相变行为发生变化,而压缩强度、超弹性、形状记忆效应和阻尼性能均获得极大的提高。

新型Gd_2SiO_5∶RE荧光粉的制备和发光性能

以Gd_2O_3、SiO、稀土氧化物为原料采用高温固相法制备了Gd_(2(1-x))SiO_5∶2xRE荧光粉体。X射线衍射分析结果表明Gd/Si配比为1.9,BaF_2助熔剂用量为5‰,煅烧条件为1500℃保温3h得到结晶良好的Gd_2SiO_5及Gd_2SiO_5∶RE粉体。光谱分析表明,Gd_2SiO_5∶Eu荧光粉末激发波段为250～470nm,而Gd_2SiO_5∶Tb为250～320nm;前者发射主峰为620nm(与Eu^(3+)的~5D_0→~7F_2对应),后者为548nm(与Tb^(3+)的~5D_4→~7F_5对应);Eu^(3+)和Tb^(3+)的最佳掺杂量为7%。f_a(E)和发射带f_e(E)交叠越大,则电偶极-电偶极作用机制的跃迁几率越高,Gd^(3+)-Tb^(3+)能带交叠程度大于Gd^(3+)-Eu^(3+),Tb^(3+)的量子效率要高于Eu^(3+)。

(Mg1-xSrx)2SiO4∶(Eu3+,F-)荧光粉的物相及光谱

采用高温固相法在空气氛围下在1 150℃制备(Mg 1-x Sr x)2SiO 4(x=0~1)粉末。物相分析表明,随着Sr离子含量由小到大,(Mg 1-x Sr x)2SiO 4基质晶相组成将发生如下变化:γ-Mg 2SiO 4、β-Mg 2SiO 4混合相(x=0)→α-Sr 2SiO 4、β-Sr 2SiO 4、γ-Mg 2SiO 4、β-Mg 2SiO 4、Sr 3MgSi 2O 8混合相(0.2≤x≤0.8)→α-Sr 2SiO 4和β-Sr 2SiO 4混合相(x=1);当x=0.2时主晶相为高温β-Mg 2SiO 4,而在x=0时主晶相为低温γ-Mg 2SiO 4。紫外发光照相和光谱表明,当x=0.2时,(Mg 1-x Sr x)1.96 SiO 4∶0.04(Eu 3+,F-)红光发射亮度最大。进一步晶体结构分析发现Sr离子可以固溶入β-Mg 2SiO 4使得β-Mg 2SiO 4更为稳定,同时晶格略微增大;化学配比为(Mg 0.8 Sr 0.2)2SiO 4粉末在1 250℃煅烧可以得到平均粒径为21.68μm的单相β-Mg 2SiO 4粉末。对于单相(Mg 0.8 Sr 0.2)2-y SiO 4∶y(Eu 3+,F-)系列荧光粉,其XPS分析表明Eu离子以三价进入晶格;光谱分析表明在365 nm和254 nm激发下,有595,615(主峰),655,705 nm红光锐峰发射(对应5D 0→7F n,n=1,2,3,4);且y=0.04为最佳铕离子掺杂浓度(此时其量子效率、寿命均达到最大);基于Blasse理论可判断铕离子间能量传递方式为基于辐射跃迁的电四极-电四极作用。

MgO中间层增强Mg/石墨烯界面结合性能的第一性原理预测和分析

石墨烯增强镁基复合材料面临镁/石墨烯界面结合弱的难题。本文作者采用第一性原理计算评估通过引入原位生成的MgO中间层来改善Mg/石墨烯结合的可行性。计算的界面结合强度由高到低的顺序为Mg(0001)/MgO(111)>MgO(111)/石墨烯>Mg(0001)/石墨烯。Mg/MgO/石墨烯界面结合的增强可以归因于在Mg/MgO和MgO/石墨烯界面上新形成的离子键和共价键的强烈相互作用取代了原来镁和石墨烯之间极弱的范德华力作用。

线缆包覆气辅挤出成型的黏弹性数值模拟

运用Polyflow对气辅电线包覆挤出过程进行数值模拟。首先分别从传统挤出和气辅挤出的角度探究电线包覆过程中芯线的拖动速度、熔体入口流率对挤出胀大的影响,然后对比分析不同入口流率气辅挤出与传统挤出在电线包覆中压力场、速度场及剪切应力场的变化。结果表明,电线包覆挤出胀大与芯线拖动速度成反比,与熔体入口流率成正比,气辅挤出不能消除线缆包覆挤出中的体积胀大;相对于传统挤出,气辅挤出可减小能量消耗,减小口模对熔体的剪切作用,提高包覆质量。