再制造电弧喷涂成形层的残余应力分析

阐述了热喷涂涂层中残余应力的产生原因,并利用XRD残余应力测试仪、纳米压痕仪、扫描电镜和X射线衍射仪研究了不同厚度和热处理温度下电弧喷涂7Cr13涂层的残余应力、弹性模量及涂层微观结构。结果表明,涂层的残余应力与厚度成正比关系。适当的热处理工艺能够释放涂层的残余拉应力,当热处理的温度在200~300℃之间时,涂层由拉应力转变为压应力,并随着温度的升高,压应力逐渐增大;涂层的弹性模量和热处理温度之间成正比关系。通过对涂层残余应力分布的研究,为喷涂成形较厚涂层提供了一定的理论依据和方法。

基于等离子焊接的增材再制造焊道尺寸预测模型

建立一个基于遗传算法的神经网络模型对焊道尺寸进行预测。输入层单元为电流、送粉速率、焊接速度、离子气流量;输出层单元为焊道宽度、高度、熔深。采用正交试验方法得出的25组数据作为训练样本,控制变量法得出的16组数据作为预测样本。结果表明:模型预测精度高、效率快,训练误差范围在4.1%内,预测误差范围在6.5%内。并提出将模型应用到单道多层和多道多层增材再制造工艺中的方法。

中碳钢疲劳试验的磁记忆检测

金属磁记忆检测技术是无损检测领域新兴的检测手段,由于其具有独特的检测理念,被期望能够在铁磁性金属构件早期损伤阶段即进行准确的无损检验工作,但是该技术仍处于发展初期,需要开展大量基础性研究工作来探究其机理和应用范围。通过不同加载方式的疲劳试验,研究疲劳载荷作用下中碳45钢试件磁记忆信号的变化情况。研究表明:指定疲劳方式下试件磁记忆信号随疲劳循环次数增加呈现规律性变化;磁记忆检测高载疲劳损伤的能力优于低载疲劳损伤,对含缺陷试件疲劳损伤的判别强于无缺陷试件。分析磁记忆现象的成因,认为疲劳作用促使试件受载薄弱区域位错应力场形成和成长,使该区域磁畴分布明显异于正常区域,进而以特殊磁信号形式表现出来。试验表明:磁记忆检测技术有助于评判金属材料的损伤情况,但评判的准确性会受到加载条件和试件形貌等多种因素的影响。

工程陶瓷引弧微爆炸加工中等离子体射流的光学特征

引弧微爆炸加工是一种新型工程陶瓷特种加工技术,其能量通过等离子体射流输出,由于加工过程伴随着强烈的光和热,直接测试十分困难。通过高速摄像技术和光谱分析技术,综合对等离子射流的外部形态和内部物理状态进行研究。利用高速摄像,观察射流的外观以及氮化硅和氧化铝两种陶瓷材料加工时的材料去除过程。观察发现,射流直径随电流值的增大而增大,单脉冲加工时蚀坑直径随着加工时间逐渐扩展,蚀坑形状近似为球冠形;结合材料性质,推断出氮化硅陶瓷加工时分解,氧化铝陶瓷加工时直接熔化。对等离子体射流的光谱分析,采用氢原子示踪法,选择Hα谱线进行。分析结果显示,采用斯塔克展宽法获得的等离子体的电子密度在1016～1017 cm–3范围内,满足局部热力学平衡状态,并分析了加工参数对电子密度的影响规律。

拉伸载荷作用下中碳钢磁记忆信号的机理

测量了中碳钢试件表面各点的磁记忆信号,并观察断口的组织,研究了外载荷对磁记忆信号的影响和金属磁记忆的微观机理．结果表明:在弹性变形阶段内,随着载荷的增加中碳钢试件表面各点磁信号值由初始无规律分布逐渐向磁有序状态转变;进入塑性变形阶段后,位错对磁畴运动的钉扎使磁有序转变过程停止,磁信号几乎不再随载荷而变化．对于在弹性和塑性加载范围内卸载的两个试件,表面磁信号均具有不同程度的时效现象,试件的断口呈现韧窝及准解理混合断裂形式．

铁基非晶纳米晶涂层组织与冲蚀性能分析

利用高速电弧喷涂技术成功制备了FeCrBSiMnNbY系和FeBSiNbCr系非晶纳米晶涂层.采用扫描电镜、X射线衍射仪等设备对涂层的组织结构进行了表征,重点分析了非晶的形成机制,并对涂层的高温冲蚀性能进行了研究.结果表明,FeCrBSiMnNbY系和FeBSiNbCr系涂层的组织主要由非晶相和α(Fe,Cr)相纳米晶组成;两种涂层结构致密,组织均匀,孔隙率含量分别为1.7%和1.2%;FeBSiNbCr系非晶纳米晶涂层具有良好的耐高温冲蚀性能,随着攻角增加,涂层冲蚀率随之增加;冲蚀温度升高,涂层耐冲蚀性能也随着提高.

自动化高速电弧喷涂锌铝基防腐涂层的耐蚀性研究

采用自动化高速电弧喷涂技术制备出Zn-Al及Zn-Al-Mg-RE涂层。通过浸泡实验考察涂层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,并结合扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析涂层的显微组织和相结构变化。结果表明,自动化高速电弧喷涂法制备的涂层均匀,与基体结合良好。浸泡试验两种锌基涂层均未出现红锈,能够对钢结构提供有效保护。

铁磁材料疲劳损伤的磁性无损检测技术

疲劳破坏是铁磁材料构件主要的失效形式,评价铁磁材料的疲劳损伤在工程实践中具有重要的意义。磁性无损检测新技术在判断铁磁材料的疲劳损伤领域具有广阔的应用前景。综述了磁巴克豪森噪声技术(MBN)、磁声发射技术(MAE)和磁记忆技术(MMM)的检测原理、特点和应用情况,提出了三种新技术目前存在的问题和未来的发展。

超音速等离子喷涂WC-Co涂层的冲蚀磨损机理研究

用超音速等离子喷涂(HEPJet)和两种进口高速氧燃气火焰喷涂设备(JP-5000和DJ-2700)制备WC-Co涂层,进行了30(°)和90(°)攻角的冲蚀磨损对比试验,分析了涂层的SEM磨损形貌。结果表明超音速等离子喷涂WC-Co涂层抗冲蚀性能与JP-5000相当,要优于DJ-2700;在30(°)冲蚀磨损条件下,WC-Co涂层的失效行为表现为疲劳剥落和微切削2种特征;在90(°)冲蚀磨损时,涂层的失效主要是垂直表面的磨粒冲击力导致涂层疲劳剥落。

工艺参数对等离子弧快速成型Inconel 625合金组织的影响

为了优化Inconel 625合金快速成型零件的组织和力学性能,分析了不同工艺参数对脉冲等离子弧快速成型的沉积态组织,研究其影响规律,重点分析了工艺参数对沉积态组织中的枝晶形态、相的种类、尺寸及分布特征等的影响,同时评价了在不同线能量条件下沉积态组织的生长连续性。结果表明,随着峰值电流的提高,组织会逐渐由胞状晶转变为树枝晶,且枝晶间距也随之不断增大,而Laves相的尺寸以及数量都会随之变大;同时成型速度也会对沉积态组织产生影响,其影响规律与峰值电流相反。当线能量密度P/V不超过18 k W·min/m时,其组织主要是细小的胞状晶,并且多层的沉积组织没有出现明显的转变层,组织为连续的柱状晶形态,但线能量密度P/V达到36 k W·min/m时,组织为粗大的树枝晶形态。层层之间出现明显的转变,组织为不连续柱状晶形态,同时析出相Laves在转变层枝晶间隙大量析出,组织出现严重的元素偏析。

磨齿表面烧伤与裂纹的产生机理及预防措施

齿轮热处理质量是造成齿面磨削烧伤与裂纹的内在因素,齿面磨削温度是造成磨削烧伤与裂纹的主要外在诱发因素。通过控制渗碳与淬火过程、调整回火工艺等方式,改善渗碳层的碳浓度与碳含量梯度,碳化物的大小、数量、形态,马氏体形态和残余奥氏体数量等渗碳组织与齿面残余应力状况。基于磨齿工艺降低磨削温度的方法主要包括合理选用砂轮、适当控制磨齿余量与磨削用量以及合理选用冷却液与冷却方式等。

电磁搅拌对堆焊层金属组织及性能的影响

对低碳钢表面进行等离子弧堆焊时外加间歇交变纵向磁场,研究了电磁搅拌对堆焊层金属组织及性能的影响,并利用光学金相、X射线衍射、显微硬度和湿砂橡胶轮磨损试验等手段对试样进行测试分析。研究发现,随着磁场参数的增强,堆焊层中硬质相的数目随之增加,且均匀分布于堆焊层的表面,堆焊层金属的耐磨性也随之增强;当磁场电流为3 A,磁场频率为10 Hz时,堆焊层金属的性能达到最佳状态。结果表明,在适当的电磁参数作用下,堆焊层金属才能获得最佳的细化效果;而且电磁搅拌可以控制堆焊层表面中硬质相的形态,使其由长条状和六方块状的混合形态逐渐转变为较规则、均匀的六方块状,从而进一步提高堆焊层金属的硬度和耐磨性。

高效能超音速等离子喷涂系统及其应用

超音速等离子喷涂技术是当今热喷涂技术领域的重点发展方向之一。由于具有焰流温度高、射流速度快等特点,超音速等离子喷涂技术几乎可以喷涂任何粉末材料,且能够制备出高质量的涂层,特别是高质量的陶瓷涂层。装甲兵工程学院自行研制的具有自主知识产权的高效能超音速等离子喷涂系统成功实现了低功率(<80kW)、小气体流量(<5m3/h)下的超音速等离子喷涂,其各项性能指标明显优于国外同类产品。高效能超音速等离子喷涂技术在国防、工业及航空航天等重要领域有着广泛的应用前景,已成为高科技维修、制造与再制造的关键技术。

低反射高吸收电磁屏蔽材料的研究现状

低反射、高吸收的电磁屏蔽材料是指将电磁能的大部分吸收,而反射很少的一类屏蔽材料,其在某些特殊要求的场合具有重要的研究意义和应用价值.文章分别介绍了低反射、高吸收电磁波屏蔽材料的屏蔽原理、功能实现途径、研究内容以及在军事装备领域的应用四部分内容,综述了此类电磁屏蔽材料的研究现状并指出发展方向.

电热爆炸喷涂WC/Co涂层组织和性能研究

利用电热爆炸喷涂技术,在45钢表面制备了WC/Co耐磨涂层,使用SEM和XRD分析了涂层的组织与相结构,使用显微硬度计和纳米压痕仪测试了涂层的硬度和弹性模量。结果发现,电热爆炸喷涂WC/Co涂层致密,无明显的层状结构;涂层的显微硬度最高达到了2836HV0.1,平均为1704HV0.1;纳米压痕仪测得涂层的弹性模量为346.8 GPa;涂层的相组成主要为WC和W2C;在涂层与基体的结合区,出现柱状晶,证明涂层与基体主要是冶金结合。

弧焊焊缝信息的采集及软件编程

采用VC++的MFC类库,编写了提取弧焊焊缝形状信息的软件。该软件具有尺寸测量和标注等功能,并用最小二乘法对焊缝信息进行数据拟合。通过对铝合金变极性等离子弧穿孔焊缝形状尺寸的测量发现,利用该软件可在较窄的工艺区间内准确地测量焊缝尺寸的变化。

工程陶瓷单晶压痕边缘破碎理论研究与机理分析

通过单晶压痕边缘破碎实验,研究陶瓷发生边缘脆性破裂整个过程的力值变化,结果表明:压痕距边缘距离越小,压力施载速度越快,发生边缘破碎的脆性断裂力值越小。结合单晶压痕应力场数值模型和有限元仿真,分析了陶瓷材料受不同条件的外加载压力作用下的应力场分布和失效条件,其所得结论与实际结果一致。通过对压痕部位和边缘破碎部位显微形貌观察,证明边缘破碎缘于裂纹失稳扩展和贯通,并运用线弹性断裂力学理论分析了边缘破碎机理。

离子镀TiN涂层工艺参数优化及工作距离对表面质量的影响

采用多弧离子镀(multi-arc deposition)沉积TiN涂层,分析工艺参数对涂层表面质量的影响。首先以硬度为考核指标,设计了Ti弧流、N2流量、Ar流量、烘烤温度和偏压的5因素、4水平L16(45)正交试验,优化工艺参数。然后分析了优化工艺参数条件下,工件到靶材的距离(工作距离)对涂层表面质量的影响。采用SEM分析了表面形貌,通过截面形貌确定了涂层厚度;采用Nano-indentation测定了涂层硬度。结果发现:5个因素对涂层硬度的影响程度不同,影响硬度的因素主次顺序为Ti弧流—Ar流量—偏压—烘烤温度—N2流量;试验条件下,5因素的最优水平依次为70 A,10 sccm,40 V,350℃,44 sccm;存在最佳工作距离(约30 cm),使涂层表面质量最佳。

电弧功率对超音速等离子喷涂氧化铝粒子状态及涂层性能的影响

采用超音速等离子喷涂工艺制备了氧化铝涂层，借助热喷涂粒子状态在线监测系统Spraywatch-2i、扫描电镜（SEM）和显微硬度仪（HVS-100）研究了电弧功率及其匹配对氧化铝粒子温度、速度及涂层组织性能的影响。试验结果表明：粒子的温度、速度随功率的增大分别呈持续上升与先上升后下降的趋势；在相同功率下，电流对粒子速度、温度的影响要大于电压对其的影响，温度、速度的变化趋势与电流变化趋势一致，随着电流的增大、电压的减小，这种变化逐渐趋于平缓，60kW为超音速等离子喷涂制备Al2O3涂层的最佳功率参数。

基片方向对多弧离子镀ZrN涂层性能的影响

采用多弧离子镀在304不锈钢基体表面沉积ZrN涂层。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、纳米压入仪、电化学分析仪等，比较了基片方向对涂层结构、形貌、成分、沉积速率、硬度以及耐腐蚀性的影响。结果表明：基片方向不同会引起晶体择优取向的改变；垂直于靶材的样品表面大颗粒相对较少，但沉积速率只有平行样品的40％-50％；在负偏压条件下，平行于靶材的样品涂层硬度更高，而垂直样品获得更好的耐腐蚀性。