表面状态对TCⅡ钛合金热盐应力腐蚀的影响

本文测定了TC11钛合金在350—500℃范围内的热盐应力腐蚀临界应力及五种不同表面状态对热盐应力腐蚀的影响。结果表明在试验温度范围内存在热盐应力腐蚀敏感性。通过不同表面状态的对比实验,证实表面阳极氧化处理能有效地提高钛合金的热盐应力腐蚀性能。氧化膜起了减缓有害物质向金属基体扩散的作用,适当地增加膜的厚度有利于提高抗热盐应力腐蚀性能。同时从表面喷丸试样的研究中表明,表面压应力的存在也能够改善抗热盐应力腐蚀性能,在430℃以下效果较为显著,但是,随着温度的增加这种有益的影响将会逐渐消失。     

INFLUENCE OF SURFACE CONDITIONS ON HOT SALT STRESS CORROSION CRACKING OF Ti ALLOY TC11

本文测定了TC11钛合金在350—500℃范围内的热盐应力腐蚀临界应力及五种不同表面状态对热盐应力腐蚀的影响。结果表明在试验温度范围内存在热盐应力腐蚀敏感性。通过不同表面状态的对比实验,证实表面阳极氧化处理能有效地提高钛合金的热盐应力腐蚀性能。氧化膜起了减缓有害物质向金属基体扩散的作用,适当地增加膜的厚度有利于提高抗热盐应力腐蚀性能。同时从表面喷丸试样的研究中表明,表面压应力的存在也能够改善抗热盐应力腐蚀性能,在430℃以下效果较为显著,但是,随着温度的增加这种有益的影响将会逐渐消失。     

热残余应力对3PE防腐蚀层剥离的影响

通常认为3PE防腐蚀层的剥离受到包括涂覆阶段热(温度)、涂覆质量、力破坏、光氧老化以及埋地复杂环境的腐蚀等各个方面的影响,其中防腐蚀层预制涂覆以及运行阶段特殊管段温度变化大的热影响不可忽视。本工作关注热效应影响,通过建立管道-防腐蚀层热传递应力-应变模型,借助Ansys有限元分析软件研究管道在防腐蚀层预制过程中产生的热残余应力,讨论温差导致的热残余应力对3PE防腐蚀层不同粘结面剥离的影响。     

基于临界失效能密度判据的热障涂层热震损伤行为研究

目的探索热障涂层系统(TBCs)在热震过程中的损伤行为。方法基于材料能量储存极限,推导了适用于平面复杂应力情形的温度相关性临界失效能密度判据,进而利用该临界失效能密度判据与ABAQUS有限元软件相结合,研究了热生长氧化层(TGO)凸起的热障涂层系统在冷却热震过程中的损伤行为。结果对于TGO层凸起的热障涂层系统,计算了冷却热震过程中陶瓷层(TC)和TGO层的失效能密度分布云图,并根据最大失效能分布情况分析了TBCs在热震过程中各层材料的可能破坏位置,所得结果与实验吻合较好。在对TBCs的冷却热震损伤行为模拟计算中发现,当TC层的强度比较低时,热震会使TC层上表面产生往内部扩展的垂直裂纹;当TC层强度达到某一定值时,首先发生热震破坏的位置由TC层上表面变成了TGO层与粘结层(BC)的界面处,即TBCs的各层破坏顺序发生了变化。结论使用临界失效能密度准则来判断热障涂层在冷却热震过程中的损伤行为,比单纯使用某一方向应力更为准确,并能准确判断损伤起始位置和演化情况,从而更全面地反映热障涂层在热震过程中的损伤破坏行为。     

退火对Co/Cu多层膜微观结构和磁性能的影响

研究了退火对磁控溅射Co/Cu多层膜微观结构和磁性能的影响。用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)观察了沉积态及在不同温度退火后Co/Cu多层膜表面及截面的显微组织,用能谱仪(EDS)分析了退火后Co/Cu多层膜截面的元素分布,用综合物性测量系统(PPMS)对Co/Cu多层膜的磁滞回线进行了测量。表面显微组织的观察结果表明退火温度低于450℃时,多层膜表面形貌变化不大,均是由细小的晶粒组成。退火温度高于该温度后,随退火温度的升高,晶粒迅速长大。截面显微组织的观察结果和元素分布的测试结果表明,磁控溅射的Co/Cu多层膜内有大量柱状晶,随退火温度升高柱状晶长大。当退火温度达到600℃后,多层膜内的层状结构被破坏。磁滞回线的测量结果表明,退火温度低于400℃时,Co/Cu多层膜的磁性能变化不大,退火温度高于该温度后,随退火温度升高,矫顽力迅速增大。     

TC4钛合金微弧氧化膜层动态热力学性能研究

在锆盐电解液体系中制备出厚度为20μm的微弧氧化膜层,通过动态热机械分析仪研究了TC4钛合金表面的微弧氧化膜层与基体结构的热-机耦合载荷失效行为。结果表明:温度对TC4钛合金微弧氧化膜层服役失效有重要影响。当升温到300℃时,膜层与基体开始出现热膨胀系数不稳定而产生热错配残余应力;当温度到达500℃时,膜层内部出现明显的裂纹,且膜层也在一定程度上与基体发生剥落行为。     

制孔分层损伤对CF/PEEK复合材料拉伸性能和表面应变分布的影响

目的 研究钻削制孔表面分层损伤与拉伸载荷下开孔碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）复合材料表面应变分布的相关性。方法 通过对CF/PEEK复合材料层合板进行钻削制孔实验,分析不同进给速度对钻削温度、钻削轴向力、制孔出口表面分层和孔壁表面损伤的影响。采用数字图像相关技术（DIC）和力学实验相结合的方法,研究分层损伤程度对开孔CF/PEEK复合材料层合板拉伸性能和表面应变分布的影响。使用扫描电镜观测开孔试件的断裂形貌,分析开孔试件受拉伸载荷时的破坏模式。结果 随着进给速度的增加,钻削温度降低,钻削轴向力提高,出口表面分层和孔壁损伤程度加剧。随着分层损伤程度的增加,层合板的拉伸强度呈现出降低的趋势,试件的拉伸强度从558.4 MPa降低到525.63 MPa,降低了5.87%。在中应力和高应力状态下,试件x方向的最大负应变随着分层损伤程度的增加而增加。在高应力状态下,试件y方向的最大正应变随着分层损伤程度的增加而增加。试件的断裂方式主要是基体开裂、分层和纤维撕裂,断口有纤维脱落和纤维拔出,垂直于载荷方向的纤维破坏模式为剥离破坏,与载荷方向一致的纤维破坏模式为拉伸破坏。结论 钻削制孔表面分层损...     

NIR驱动MWCNT修饰的超滑PI光热响应膜表面液滴定向输运

目的 制备多壁碳纳米管(MWCNT)修饰的超滑聚酰亚胺(PI)光热响应膜表面,实现近红外光(NIR)驱动液滴定向输运.方法 基于静电纺丝结合喷涂法制备MWCNT修饰的超滑PI光热响应膜表面,分别通过扫描电子显微镜、接触角测量仪、红外热成像仪表征样品的微观形貌、润湿特性及光热特性,分析液滴大小与润滑油黏度对液滴定向输运的影响规律,研究NIR驱动液滴在MWCNT修饰的超滑PI光热响应膜表面定向输运的作用机理.结果 MWCNT修饰PI膜表面的疏水性提高,液滴静态接触角从115°增大至160°.NIR连续照射MWCNT修饰的超滑PI光热响应膜表面90 s,表面温度的最大上升速率为42.6℃/s,表面最大温度达到123.6℃.通过NIR照射超滑PI纳米纤维膜表面,表面局部温度上升,产生润湿梯度力,驱动液滴在表面定向输运.液滴定向输运与润湿梯度力及粘滞阻力有关.超滑PI光热响应膜表面的润滑油黏度相同时,液滴体积越小,粘滞阻力越小,液滴定向输运的速度越快.5μL液滴在润滑油黏度为0.65 mm2/s的超滑PI光热响应膜表面的运动速度最大,运动速度为1.64 mm/s.液滴体积相同时,超滑PI光热响应膜表面的润滑油黏度越大,液滴受到的润湿梯度力越小.5μL液滴在润滑油黏度为100 mm2/s的超滑PI光热响应膜表面的润湿梯度力Fwet-grad最小,润湿梯度力为6.39×10?6 N.结论 MWCNT修饰的超滑PI光热响应膜表面具有良好的光热效应,NIR可精准驱动单液滴及多液滴在表面的定向输运.     

不同温升率下预载H62黄铜破坏的实验研究

使用Gleeble 1500热力模拟实验系统研究了H62黄铜试件在不同温升率及不同预载应力下的失效温度与破坏规律,结合试件断口附近的金相显微组织观察,分析了材料的破坏机理,结果表明,温升率及预载应力对H62黄铜的失效温度与破坏有明显影响,在相同的预载应力下,温升率越高材料的失效温度越低,在相同的温升率下,预载应力越高材料的失效温度也越低,对材料微观组织及缺陷的分析表明,高温升率下材料微缺陷的形成与扩展是材料性能降低的重要原因。     

水平向下表面蒸汽膜内气体的流动规律

<正>上方是高温的工件表面,下方是温度约为介质沸点的液面。因此,水平向下表面蒸汽膜内气体温度分布的特点是:上方高,而下方低。这样的温度分布使气体之间不可能发生自发的对流。但是,在冷却初期,当与上方侧面蒸汽膜相通时,靠上方蒸汽膜内的层流层带动,紧挨高温表面,因此温度最高的一层热气体仍然可能绕过边角进入侧面的层流层中,由此带动底平面以下气体水平的放射状流动。随后,为弥补顶层气体流失造成的空     

钛过渡层对CVD金刚石膜热残余应力的影响

选用钛作为金刚石膜和钼基体间的中间过渡层,探讨使用过渡层减小热残余应力的可能性.建立三维有限元分析模型,对使用钛过渡层前、后,金刚石膜内及界面处的热残余应力分量的分布分别进行模拟和比较;考虑了热膨胀系数随温度的变化;讨论了热残余应力对金刚石膜失效的影响.结果表明:采用钛过渡层后,热残余应力的特性和分布规律并未改变,但各应力分量的大小均有一定的减小.本文所建三维的有限元分析模型与已往的一维解析模型都能得出金刚石膜沿其厚度上的径向应力分布,但前者还能得出金刚石膜在其内部及界面处的多个应力分量沿径向或沿厚度的分布规律.     

镁合金微弧氧化持续电弧对膜层的破坏机制

为了避免微弧氧化(MAO)过程中的持续电弧放电对膜层的破坏,使用高速摄像机拍摄放电现象,结合负载的电流、电压波形探究持续电弧放电的实质,并研究了膜层被破坏区域的表面、截面形貌及相组成相对于正常膜层的变化,最后搭配不同的占空比和频率,探索出电参数对持续电弧放电现象的影响规律。结果表明:在微弧氧化过程中,试样表面呈现出燃弧-熄弧-冷却的往复过程,而膜层局部破坏区域则表现为连续的电弧放电现象。局部持续电弧放电区域的组分结构、表面形貌、截面形貌及元素分布均与正常微弧氧化膜层有很大差异,该膜层的均匀性、致密性和完整性均被破坏,导致膜层整体的均一性丧失,甚至造成试样的外形尺寸发生严重的损伤。负载的电容特性导致电弧持续时间过长而熔融金属氧化物的冷却时间不足,局部热交换不充分和热量集中是造成持续电弧破坏根本原因。该破坏发生后无法修复,然而可以通过对频率和占空比的合理搭配,在不同的处理电压下避免持续电弧破坏现象的发生。     

踏面制动弹性车轮应力分析及影响因素研究

弹性车轮具有良好的减振降噪性能，广泛应用于我国城市有轨电车系统，目前正将其推广应用到地铁车辆上。针对踏面制动地铁弹性车轮温度及应力问题，建立弹性车轮机械-热耦合有限元模型，计算弹性车轮的橡胶层温度以及轮辋内表面应力，并与试验室制动热测试数据进行对比。通过仿真对比了仅考虑机械载荷与考虑机械-热耦合的弹性车轮应力分布，发现制动热应力对轮辋应力影响较大。通过正交设计方法，研究了轮辋厚度、橡胶层角度、橡胶层弹性模量在不同线路情况下对弹性车轮橡胶层的最高温度以及轮辋内表面应力的影响。结果表明：提高轮辋的厚度可以降低橡胶温度和机械-热耦合应力；当轮辋厚度小于55 mm时机械应力占主导，当轮辋厚度大于60 mm时温度应力占主导；但橡胶层弹性模量的影响则不是单调的，在给定轮辋厚度和橡胶层角度的情况下，存在一个最佳值。     

热震作用下YSZ活性扩散障的非线性有限元分析

采用有限元法研究,经历多次热震后,Ni Cr Al Y涂层/YSZ扩散障/RenéN5基体内应力分布及演变和波峰值对应力的影响。研究发现,75次热震后模型外边缘附近及氧化铝层中存在较高的剪切应力和拉应力,裂纹会在该处萌生及扩展。各处的应力值随热震次数的增加均有所增大;随波峰峰值的增加,氧化铝层内的应力值变化最大,其中当波峰峰值(A)为3μm时,扩散障结构较优。     

不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性

为研究不同退火温度下Cu/Ni纳米多层膜的结构与力学性能稳定性,采用电子束蒸发镀膜技术在Si(100)基片上沉积不同周期(Λ为4,12,20 nm)的Cu/Ni多层膜,在真空条件下对试样进行温度为200℃和400℃,时间为4 h的退火处理,分析了沉积态(未退火态)与退火态Cu/Ni多层膜纳米压痕硬度、弹性模量与微结构的演变,讨论了不同调制周期Cu/Ni多层膜的热稳定性。结果表明:200℃下4 h退火后,Λ为4,12和20 nm的Cu/Ni多层膜均保持了硬度与弹性模量的热稳定性。而在400℃下4 h退火后,Λ为12 nm的Cu/Ni多层膜出现了硬度和弹性模量的软化现象,硬度由6.21 GPa降低至5.83 GPa,弹性模量由190 GPa降低至182 GPa。这是由于共格界面被破坏,界面共格应力对Cu/Ni多层膜力学性能贡献作用削弱导致的。     

镁合金无水化学转化膜表面裂纹行为的计算机模拟

在转化膜中,总会出现许多均匀分布的表面裂纹。但是表面裂纹行为很少被研究到,这是由于在实际的测试条件下,裂纹很快就萌生完成了。在本研究中,借助ABAQUS软件,采用有限元的研究方法实现无水化学转化膜表面微裂纹行为及内应力产生的计算机模拟,得到Mises应力分布、S_(11)应力演变和应力-时间曲线。结果表明,转化膜在开裂过程中,内应力随着时间增加而增大,膜片中心处和裂纹边缘处的应力比其他地方都大,然而中部区域的S_(11)应力要比靠近边界区域的S_(11)应力大。裂纹在转化膜膜片之间慢慢产生最终形成V型的裂纹。随着转化膜膜片收缩角度的不同,相互间的裂纹开口宽度也不相同。     

1 064 nm激光高反膜残余应力及其形变分析

目的 由于光学薄膜自身的残余应力,致使镀膜前后基底面型变化较大。针对这一问题,本文制备单层膜和激光高反膜,明确单层膜应力机制,以此研究不同膜系高反膜的应力情况及其面型变化,通过增加压应力补偿层减小面型变化,为制备微变型激光高反镜提供方法。方法 从理论上分析单层膜残余应力机制,采用等效参考温度的方法代替光学薄膜本征应力的效果,通过仿真方法得到薄膜的本征应力。使用有限元分析和试验方法研究激光高反膜的残余应力情况。以单层膜试验为依据,使用等效参考温度、生死单元和载荷步技术,仿真分析多层膜–基系统的残余应力分布及其面型变化。采用电子束热蒸发技术制备不同的高反膜,通过Zygo激光干涉仪测试其镀膜前后的面型,分析基底初始面型、膜料和膜系对高反镜面型的影响。结果 仿真发现,多层膜–基系统残余应力呈现层状分布,从基底到膜层由拉应力变为压应力,再由压应力变为拉应力。在残余应力作用下,整个多层膜–基系统呈凹形,位移呈环状分布。对于TiO2/SiO2组合,通过分析对比不同膜系下对应每一层膜层的残余应力及其对整体面型的影响,发现膜系G│(HL)¹⁰H2L│A比 G│(HL)¹⁰H│A面型的变化更小。试验发现,通过增加压应力补偿层使得高反膜的残余应力减小,高反镜(熔石英基底,?30 mm×2 mm)的面型基本没有变化(ΔPV=0.004λ),这与仿真结果一致。结论 熔石英基底上TiO2、HfO2、H4和SiO2的本征应力在残余应力中起主导作用,TiO2、HfO2和H4一般表现为拉应力,SiO2表现为压应力。不同膜料组合的高反膜体系均表现为压应力。膜系G│(HL)¹⁰H2L│A比G│(HL)¹⁰H│A残余应力和面型变化更小,其残余应力为－39.70 MPa,比不加补偿层减小了22.26 MPa,面型基本没有变化。当加2L应力补偿层时,在满足光谱特性的基础上可以平衡多层膜整体残余应力。     

镁合金微弧氧化膜层结构分析

对镁合金微弧氧化膜层结构进行分析测试,所采用的手段主要有X-ray、SEM、EDS和XPS.通过测试发现,膜层中的物相Mg、MgO、MgSiO3、MgAl2O4会随着膜层深度的不同有不同的分布.通过表面价态和结合能的分析,发现膜层中还含有少量的SiO2和Al2O3.并测试了一些含Mn或Cr的着色膜表面,发现样品表面不含有Mn或Cr元素,这些元素应该是通过表面层多孔结构进入到膜层较深处参与反应并分布在膜层深处.     

异种金属摩擦焊工艺温度场数值模拟研究

基于摩擦焊接过程中热-力学现象,建立摩擦焊接过程中热力耦合模型,对陶瓷/金属焊接过程中温度分布进行数值模拟。所提出的模型能够预测金属陶瓷摩擦焊接过程中随时间增量的温度分布情况;焊接界面区域产生的摩擦热消耗中间层铝,并在氧化铝和低碳钢之间建立焊接层。由于氧化铝和低碳钢具有不同的温度属性,在界面处会产生更多的热应力。数值模拟用来预测氧化铝/低碳钢接口处残余应力的变化情况,进而避免异种金属摩擦焊接过程中不完全联锁、接头强度差的现象。     

热障涂层系统的热梯度机械疲劳应力分析

基于IN738高温合金基体上涂覆的热障涂层系统(Thermal barrier coating system,TBCs),分析热循环和热梯度机械疲劳加载条件下涂层的应力分布及演变。通过有限元分析研究了热生长氧化层(Thermally growth oxidation,TGO)的应力分布,以预测不同载荷作用下TBCs的失效行为。结果可知,在热循环的基础上施加应变载荷会造成TGO应力性质及大小的改变。只施加温度载荷,在加热过程中TGO/粘结层(Bond coat,BC)界面波峰位置会承受轴向较大的拉伸应力,裂纹多会在此处萌生,且以层间开裂的方式失效。而在温度与机械载荷的共同作用下,冷却过程中会承受较大的拉伸应力,显著增大的轴向应力与径向应力共同作用,使垂直于TGO/BC界面的裂纹沿着界面方向扩展,从而造成陶瓷层(Top coat,TC)剥落。进一步对比分析了同相和反相加载时的应力分布,结果表明反相加载时一次循环周期内会产生拉伸平均应力,更易发生TBCs的失效。