柔性增材再制造技术

再制造数字化智能化发展的新需求将促进柔性增材再制造技术的发展。对柔性增材再制造技术的内涵及特点进行阐述,近年来在柔性增材再制造领域的相关研究成果也被简要地介绍。研究成果表明,开发的柔性增材再制造系统具有柔性好,成形快速,适应范围广等优势;自主开发的反求建模技术保证了扫描反求和数据处理的精度;将熔敷增材技术和铣削减材加工相结合开发的增材/减材复合再制造技术,实现了柔性增材再制造过程的形状精确控制;制备的集约化材料可有效减少所携带的再制造材料种类;开发的磁控增材再制造技术既细化晶粒,又减少组织缺陷,可以用于铝合金零件的再制造。

基于PMLC再制造产品的持续质量改进

再制造产品的多生命周期的特殊性,给企业实施持续质量改进带来了新问题。首先从质量改进、产品生命周期、质量环等机理入手,揭示出它们解决问题的相关内涵,提出基于“广义PLC”、“生态质量环”处理多生命周期的思路。然后在研究产品多生命周期循环规律的基础上,对企业关注的问题进行理论分析,提出了持续质量改进的方法,分析了质量信息割裂问题并提出了解决方案。

装备再制造全寿命周期费用研究

针对装备再制造的展开缺少费用依据的问题,将利用工程估算法对装备再制造的费用进行了估算并分析数据。首先,对估算目标和研究边界进行明确,根据边界内费用的实际情况选择较适用的估算方法,建立费用分解结构并构建费用估算模型。然后,收集相关数据信息并甄别。最后,通过一个具体的案例验证模型,对在再制造、大修、新品下的费用进行对比分析,确定三种的经济寿命,同时也验证了该模型的可行性和有效性。

玻璃纤维增强聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学性能

利用球盘式摩擦磨损试验机考察了玻璃纤维(GF)增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,并探讨了其磨损机理。结果表明:在干摩擦和水润滑条件下,PEEK和GF/PEEK的摩擦因数和磨损率均随载荷和对磨时间的增加逐渐增大并趋于稳定,GF的加入可以显著降低GF/PEEK复合材料的摩擦因数和磨损率;在水润滑条件下,PEEK和GF/PEEK的摩擦因数和磨损率比干摩擦下显著降低。干摩擦下,PEEK以黏着磨损和磨粒磨损的混合磨损形式为主,水润滑条件下,磨损方式主要是以轻微的黏着磨损为主;干摩擦下,GF/PEEK磨损表面有大量的微观断裂裂纹和破碎,以磨粒磨损和疲劳磨损为主,水润滑条件下,磨损表面仅有微观切削的痕迹,磨损方式以轻微磨粒磨损为主。由于水的冷却和润滑作用,使得复合材料向对偶钢球的黏着转移明显减弱,同时阻止了对偶钢球上的Fe向复合材料磨损表面转移,从而减轻摩擦、降低摩擦表面温升,显著改善复合材料的摩擦磨损性能。

交变纵向磁场作用下MIG焊电弧行为研究

为了研究交变纵向磁场作用下MIG焊接电弧的物理特性,提高焊接质量,分析了交变纵向磁场作用下电弧带电粒子的受力情况和运动状态,并利用高速摄像手段研究了交变纵向磁场对电弧形态的影响。结果表明,无外加交变纵向磁场时,自由电弧稳定燃烧,电弧轴线与焊丝轴线相重合;当加入交变纵向磁场时,电弧围绕焊丝轴线做逆时针和顺时针交替变化的旋转运动,电弧轴线偏离焊丝轴线;随着励磁电流的增加,电弧的旋转半径增大,电弧偏离焊丝轴线的角度增大,电弧烁亮区域面积减小;当励磁电流为30 A时,电弧的最大偏转角度为45°,此时电弧燃烧变得不稳定,甚至息弧,焊接过程不稳定。

发动机喷嘴表面化学改性抗结焦积碳

针对航空发动机喷嘴产生大量结焦积碳并影响其技术性能和使用寿命的问题,采用化学强氧化-阴极还原法,在航空发动机喷嘴材料表面制备了稳定的富铬氧化层.利用扫描电子显微镜、能谱仪和接触角测量仪对样品表面表征,开展静态结焦质量评定和动态航空发动机台架燃烧实验,探讨化学改性抑制结焦积碳的机制.结果表明,材料表面平整,氧化膜颗粒排列堆积紧密;喷嘴材料的抗结焦性能与其表面成分和界面张力密切相关;静态抑制结焦率最大约12.5%,动态燃烧实验效果更显著.

电弧喷涂铁基非晶纳米晶涂层的耐腐蚀性能

采用高速电弧喷涂技术在45钢基体上制备了FeCrWNbSiB非晶纳米晶涂层和1Cr18Ni9Ti涂层,采用扫描电镜和X射线衍射仪等对非晶纳米晶涂层的组织结构进行了分析,利用电化学手段对两种涂层的耐腐蚀性能进行研究。结果表明:非晶纳米晶涂层主要由非晶相和α(Fe,Cr)纳米晶相组成,非晶相的体积分数为57.2%,纳米晶平均尺寸为29.2 nm;该涂层呈层状结构,结合紧密,孔隙率为3.8%;与1Cr18Ni9 Ti涂层相比,非晶纳米晶涂层的耐腐蚀性能较好。

纳米多层结构实现硬质薄膜韧化的方法、机理与应用

硬质薄膜的韧化正成为气相沉积硬质薄膜研究和应用的重点。纳米多层结构设计是实现硬质薄膜强韧化的有效方法。本文介绍了纳米多层薄膜组元和韧化机理,讨论了周期、调制周期比、微观结构等子层因素对强韧化的影响,以及耐磨损、耐冲蚀场合的应用现状、问题以及原因。微裂纹在多层界面间偏折是纳米多层结构韧化的主要机理,但纳米多层结构界面越多,其裂纹萌生源越多,如果界面韧性较差,纳米多层结构会很快发生层-层剥离而失效。因此,纳米多层薄膜的韧化效果决定于界面的质量,而不是数量。必须获得高质量的层间界面,从断裂力学角度考虑抑制微裂纹的扩展,才能发挥纳米多层结构薄膜的优势。

坦克扭力轴的预扭处理及极限承载的数值模拟

为评定某坦克扭力轴的现预扭处理工艺,用弹塑性有限元分析方法,模拟了扭力轴的预扭过程及极限加载过程．给出了预扭至最大角度、预扭释放后自由态、工作扭转至最大角度3种状态下轴体内的应力分布．结果表明,预扭后扭力轴弹性工作应力范围得到极大扩展,其主要原因在于预扭塑变形成的表面残余应力．扭力轴目前所采用的预扭强化工艺远没有发挥出材料的最大潜能．

气相沉积硬质薄膜韧性评价方法——压入法

评价气相沉积硬质薄膜的韧性具有重要的工程意义.本文讨论了压入法评价硬质薄膜韧性的原理、方法和参数选择.压入法的原理是载荷导致裂纹形核、扩展,最终形成压痕周围的径向裂纹,而断裂韧性和裂纹之间存在对应关系.压入法的方法是比较压痕形貌特征,其主要影响因素有基体和载荷.对于韧性基体（如金属）,小载荷时硬质薄膜与金属同步塑性变形;大载荷下薄膜破裂,但这种情况可能是结合失效破裂,并不反映薄膜的韧性.对于脆性基体（如硅片）,小载荷时裂纹会在Si片中形核,并扩展到薄膜中,形成压痕对角线径向裂纹;大载荷时薄膜会严重破裂.定量评价薄膜韧性时,一般采用硬质薄膜/Si片体系,以0.98～9.8N载荷压入脆性基体,采用纳米压入仪测定薄膜的硬度和弹性模量,采用显微镜测量径向裂纹的长度,利用Lawn公式计算得到断裂韧性值.

磁控溅射沉积硬韧ZrAlN薄膜及薄膜力学性能

目的获得具有高硬度、高韧性的ZrAlN薄膜。方法采用磁控溅射技术在钛合金和单晶Si上沉积不同Al含量的ZrAlN薄膜,对薄膜的微观组织和相结构进行表征,并测试薄膜的硬度(H)、弹性模量(E)和断裂韧性(KIC)。结果当Zr1-xAlxN薄膜x分别为0.05,0.23,0.47,0.63时,对应的硬度依次为24.5,40.1,17.1,19.1 GPa,断裂韧性依次为1.47,3.17,1.13,1.58 MPa·m-0.5。x为0.05和0.23时,Al固溶到ZrN晶粒中,形成NaCl型面心立方(FCC)结构;x为0.47和0.63时,则形成纤锌矿密排六方(HCP)AlN第二相。结论 ZrAlN薄膜的硬度和韧性与相组成密切相关。Al固溶时,ZrAlN的硬度较高,韧性较好;超过固溶极限,形成六方AlN时,ZrAlN硬度较低,韧性较差。相比之下,Zr0.77Al0.23N薄膜同时具备最高的硬度和最高的韧性。

Zr/C纳米自蔓延反应薄膜制备及表征

目的研究物理气相沉积技术制备Zr/C纳米多层自蔓延反应薄膜的可行性,以及多层膜的结构和反应特征。方法利用扫描电镜法(SEM)、透射电镜法(TEM)、能谱分析法(EDS)、X射线衍射法(XRD)、差示扫描量热法(DSC)等手段,对薄膜的微观形貌、周期结构、成分组成、晶体结构及反应特征等进行表征,分析了薄膜的沉积时间、结构周期、层间结构、反应温度等工艺参数对多层膜结构和性能的影响。结果 Zr层的沉积速率为27 nm/min,C层的沉积速率为11.8 nm/min。薄膜中存在单质Zr(002)和Zr(101)峰,C以非晶形态存在。Zr/C多层膜的表面形貌呈"菜花状",Zr层与C层结构清晰,分布均匀。透射电镜观察Zr层与C层界面,发现两者之间存在一定厚度的界面反应层,表明沉积过程中两者之间发生了轻微扩散或是预先反应。DSC发现,600℃时Zr/C多层膜发生放热反应,但反应前后多层膜质量未发生明显变化。结论利用物理气相沉积技术可制备较纯的Zr/C纳米多层自蔓延反应薄膜,自蔓延反应时,Zr层与C层之间发生快速的剧烈放热反应,并有Zr C生成,无其他产物生成。

废旧曲轴R角处缺陷的超声波检测

针对发动机再制造前废旧曲轴R角处缺陷进行了超声波探伤。根据曲轴的材料和结构特点,选择了合适的探头,设计了专用的校准试块,对缺陷的定位问题进行了分析;采用当量对比法,对缺陷的定量问题进行了探讨。结果表明,在选择合适的检测参数的条件下,该方法能够对曲轴R角处缺陷进行定位、定量检测,并在实际工程应用中,取得了良好的效果。

磁控溅射ZrAlCuN薄膜的微观组织与力学性能

采用磁控溅射技术制备不同原子比的ZrAlCuN薄膜。采用场发射扫描电镜（FESEM）观察截面形貌,高分辨透射电镜分析微观组织结构,纳米压入法测定薄膜的硬度,压入法（维氏压头）测定薄膜的韧性。结果表明：Zr0.36Al0.15Cu0.01N0.48薄膜截面呈纳米尺度柱状晶,沿沉积方向生长,仅存在[111]、[200]、[220]、[311]取向的5-10nm ZrN晶粒,未发现AlN及Cu独立相,硬度约41.7GPa（载荷10mN）,弹性模量约257.8GPa。Zr0.29Al0.24Cu0.08N0.39薄膜呈纳米尺度柱状晶,存在10-20nm ZrN纳米晶以及Cu[111]纳米晶,硬度约27GPa（载荷10mN）,弹性模量约225.8GPa。由于前者具备较高的硬度/弹性模量比,从而表现出较好的韧性。

气体交互效应对铜合金涂层性能的影响

针对低温超音速喷涂过程对操作人员经验的过分依赖问题,采用BP神经网络算法,利用其自学习、自训练和输出预测的功能,建立了铜合金涂层性能预测模型,并研究了气体交互效应对铜合金涂层性能的影响规律。结果表明:该模型预测精度较高。所得到的影响规律能反映出低温超音速喷涂技术制备涂层的基本原理。

碳化硅复合镍磷合金涂层的组织结构、显微硬度及腐蚀性能研究

镍基复合涂层是一项有望替代电镀铬涂层的先进绿色环保表面处理技术。本文在铝合金表面制备了纯Ni、NiP及其与SiC复合涂层,利用SEM、EDS和XRD研究了Ni、NiP及其复合涂层的微观形貌、成分与组织结构,利用显微硬度计与电化学工作站研究了其硬度与耐腐蚀性能。研究结果表明:SiC复合电镀纯镍涂层的表面较为粗糙,SiC复合电镀镍磷合金涂层中晶粒轮廓明显;电沉积镍磷合金涂层的相结构包括晶体Ni_(2)P、Ni_(12)P_(5)和非晶NiP。铝合金基体表面Ni-P合金涂层的显微硬度显著高于纯Ni涂层,引入SiC纳米颗粒形成复合涂层可提高其显微硬度;SiC颗粒有助于提高复合涂层在氯化钠溶液中的腐蚀电位,降低腐蚀电流密度,提高其耐蚀性能。

铸铁件激光熔覆NiCuFeBSi合金组织及力学性能

针对灰铸铁激光熔覆的白口组织和开裂问题,研究了NiCuFeBSi合金材料及基体预热工艺对白口组织控制的影响,评价了合金力学性能。结果表明,NiCuFeBSi合金熔覆层界面白口组织宽度较小,基体预热温度升高时,白口组织呈现分散、断续状分布。半熔化区由于白口组织存在,显微硬度在此区达到峰值,向界面两侧呈递减趋势;NiCuFeBSi合金抗拉强度较高,横向抗拉强度大于纵向,其与HT250的对接试样抗拉强度受热影响区强度下降影响,强度小于NiCuFeBSi合金和HT250。熔覆层拉伸断裂机制为解理断裂为主、解理与准解理混合型断裂。

冷处理对42CrMoA钢表面QPQ处理层的影响

研究了-60℃冷处理对42Cr Mo A钢表面盐浴渗氮与氧化复合(QPQ)处理层的影响。采用扫描电镜观察截面形貌,用纳米压入法测定了沿深度方向的硬度变化,用划痕法测定了涂层/基体的结合强度,用X射线衍射(XRD)测定涂层物相变化情况。结果发现:QPQ处理后42Cr Mo A钢表面生成疏松层、渗氮层和扩散区,疏松层由氧化层(~10μm)和氧-氮共混区(~5μm)组成。渗氮层(10~15μm)硬度>800 HV0.05,扩散区(0.3~0.4 mm)硬度从约500 HV0.05梯度降低到基体硬度(约325 HV0.05)。QPQ处理在42Cr Mo A钢表面生成的渗氮层与扩散区结合较好,结合强度(划痕法)约25 N。-60℃冷处理未对QPQ处理层的硬度以及渗氮层/扩散区的结合强度产生显著影响。但冷处理显著弱化疏松层与渗氮层的结合,导致疏松层在较大范围剥离。