MWCNTs/E51复合涂层的耐磨性能研究

向耐腐蚀材料环氧树脂中添加适量的碳纳米管粉末(MWCNTs),可以改善环氧树脂涂层的耐磨损性能。使用原位复合法生成新的复合材料,并用SEM、表面形貌仪和MM200摩擦磨损实验机进行观察和测试。结果表明,向环氧树脂基体中添加MWCNTs可以增强材料的摩擦磨损性能。当添加10%的MWCNTs粉末时,改性环氧树脂涂层的耐磨性能提高到226%。对复合材料制作工艺和实验结果进行了分析,初步解释了MWCNTs对环氧树脂增强作用的机理。

600℃高温钛合金燃烧组织演变及机理

采用摩擦氧浓度法测定600℃高温钛合金的阻燃性能,通过聚焦离子束技术和高分辨电子显微镜对燃烧组织的燃烧区、熔凝区和热影响区内不同价态的氧化产物进行表征与界面结构分析,发现燃烧产物Al_(2)O_(3),Ti_(2)O_(3)以及TiO_(2)具有不同于氧化过程的形成方式;结合自由能和蒸气压计算,揭示燃烧组织演变的机理及其对合金阻燃性能的影响.结果表明,合金中6%的Al元素含量导致熔凝区/热影响区界面不能形成连续性Al_(2)O_(3)保护层;1800 K左右TiO蒸气压的显著增加造成熔凝区形成Ti_(2)O_(3)和Ti构成的疏松结构,为氧的快速内扩散提供路径;此外,燃烧区中形成的TiO_(2)熔体对基体不具有保护作用.因此,600℃高温钛合金不具备良好的阻燃性能.

多层石墨烯与TiAl合金复合材料固相烧结过程中Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC的形成机制

向TiAl合金中添加C元素反应形成的Ti_(2)AlC相与Ti_(3)AlC相分别具有改善TiAl合金塑性和强度的作用.一般地,液相烧结过程中会发生L+TiC→Ti_(2)AlC(Ti_(3)AlC)的包晶反应,但在固相烧结过程中Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC的形成可能具有不同机制.本文以多层石墨烯为碳源,通过1100-1350℃的固相烧结获得C与TiAl合金的界面反应组织,借助微观组织表征与分析,发现Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC生成过程中没有TiC参与.进一步计算发现TiC/TiAl,Ti_(2)AlC/TiAl与Ti_(3)AlC/TiAl的界面能分别约为1.2,0.87和0.39 J·m^(2),据此得出Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC可以不经TiC中间相直接形成.此外,研究还发现在1150-1250℃几乎只生成Ti_(2)AlC相,但1250-1350℃界面产物组成为Ti_(3)AlC+少量Ti_(2)AlC相,原因在于烧结温度对基体α相含量存在影响,进而影响Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC的形成倾向.在1150-1250℃,TiAl合金基体由γ+少量α相组成,Ti_(2)AlC具有较高形成倾向;1250-1350℃基体几乎完全转化为α相,α相含量增大对Ti_(3)AlC的形成具有促进作用.研究结果表明,通过控制TiAl合金与多层石墨烯的固相烧结温度,可以调控Ti_(2)AlC与Ti_(3)AlC的相对含量,进而有望改善TiAl合金的塑性与强度.

石墨烯超滑研究取得重要进展

近期,清华大学机械工程系、摩擦学国家重点实验室联合中国科学院化学研究所等单位,在利用石墨烯实现固体超滑领域取得重要进展。研究人员设计并制备出一款用于原子力显微镜的镀有石墨烯的微球探针,实现了石墨烯与石墨烯之间微观摩擦力的测量,并且获得了拥有＂鲁棒＂特性的超低摩擦：适用于较宽范围的载荷、环境气氛、湿度、扫描范围以及速度等实验条件,同时超滑状态也可以维持较长时间。

基于蜜蜂腹部变体机制的空天飞行器仿生变体头锥设计

头锥在空天飞行器气动外形的优化中起着重要作用,基于蜜蜂腹部的变体机制,设计了仿生变体头锥。利用X射线断层扫描技术和Amira软件对蜜蜂腹部分别进行全息无损扫描与三维重构,试验结果表明,相邻体节之间共有12束肌肉,通过等效将相邻体节间的生理结构演化为并联机构,利用基于螺旋理论的给定末端运动约束的型综合方法对上述机构进一步优化,根据变体头锥的技术指标,选择2(3-SPR)并串联机构作为变体头锥的变形驱动机构,并进行了运动学分析。利用扫描电子显微镜试验研究了节间褶的形态特征和分布规律,通过机构异化将其演化为锥面变胞折展机构。综合2(3-SPR)变形驱动并串联机构、锥面变胞折展机构和壳体,设计了具有分节结构的仿生变体头锥,以适应空天飞行器在不同飞行阶段的构型需求。