镍基单晶合金中温疲劳性能应力集中敏感性

疲劳是涡轮叶片的一种主要失效模式.本文开展了DD11单晶合金在650℃中温条件下2种应力集中系数(K_t=1(光滑状态)、K_t=3(缺口状态))的旋转弯曲疲劳性能研究,对比了2种应力集中系数下的疲劳强度,并开展了相关断口分析.结果表明:应力集中系数由K_t=1增大到K_t=3时,疲劳极限由446 MPa降低为311 MPa,说明DD11单晶合金疲劳性能存在应力集中敏感性;疲劳寿命由10~5提高到10~7时,光滑状态由600 MPa降低为420 MPa,疲劳强度降低幅度为180 MPa,而缺口状态由370 MPa降低为290 MPa,降低幅度为80 MPa,说明应力集中条件下DD11单晶合金的疲劳寿命对于外载变化较敏感.断口分析表明,光滑试样断口(应力500 MPa/疲劳寿命9.7×10~5)由几个相交的光滑晶体学平面组成,疲劳源萌生在距表面100μm左右的铸造孔洞;缺口试样断口(应力340 MPa/疲劳寿命8.1×10~5试样)呈平面状,与应力轴垂直,为多源疲劳模式,疲劳源观察到小刻面,在加工刀痕不连续位置萌生.     

2.5D机织复合材料经向和纬向振动疲劳行为对比

2.5D机织复合材料抗分层、耐冲击,在航空发动机结构上具有巨大的应用前景。本文对一种2.5D机织碳纤维增强双马树脂基复合材料经向和纬向试件,开展了不同名义应力水平下的一阶弯曲共振疲劳试验。试验结果表明：经向试件的振动疲劳性能优于纬向试件,随着应力水平的提高,经向和纬向试件的寿命明显缩短,而固有频率下降百分比增加,试件内部的损伤严重程度和损伤扩展速度都随之提高。2.5D机织复合材料经向和纬向试件在共振疲劳试验过程中的主要失效模式是纱线与基体之间脱粘造成的结构完整性丧失,从而导致试件的刚度持续下降。试件内部损伤的三维电子计算机断层扫描(Computerized tomography,CT)重构图像表明,损伤散布于试件工作段区域,应力水平越高,2.5D机织复合材料经向和纬向试件内部损伤范围越大,损伤程度越高,而且纬向试件内部损伤状态比经向试件严重。利用双对数线性寿命模型,对经向和纬向试件在不同名义应力水平下的共振疲劳试验数据进行拟合,得到2.5D机织复合材料经向和纬向试件共振疲劳应力-寿命(Stress-life,S-N)曲线的数学模型,得到的S-N曲线可用于预测2.5D机织复合材料的寿命。     

Deposition and characterization of hex-BN coating on carbon fibres using tris(dimethylamino)borane precursor

Boron nitride thin films were deposited on carbon fibres by chemical vapor deposition from the single source precursor tris(dimethylamino)borane (TDMAB). Hydrogen was used as carrier gas and additional nitrogen was supplied in the form of ammonia. The heating of the substrate was performed by Joule effect. Detailed TEM structural and chemical analyses reveal a meso-graphitic structure with a stoichiometric B/N ratio as confirmed by Auger Electron Spectroscopy (AES). A penetration of carbon element from the fibre was observed in the BN layer close to the interface.     

激光辅助热喷涂NiCoCrAlYTa/ZrO2/BaF2·CaF2涂层的组织及性能∗

高温耐磨涂层是航空发动机关键摩擦副可靠使用的重要保障,鉴于其服役环境日益严苛复杂,进一步提高涂层的高温耐磨性能是十分必要的。利用激光辅助热喷涂技术制备 NiCoCrAlYTa / ZrO₂ / BaF₂·CaF₂ 高温耐磨涂层,利用 SEM、EDS 分析高温耐磨涂层的横截面微观组织及化学成分,研究 ZrO₂ / BaF₂·CaF₂质量分数、激光功率及扫描速度对耐磨涂层微观组织、力学性能及高温耐磨性能的影响。结果表明：激光辅助处理可以诱导耐磨涂层表面形成具有树枝状结构的 ZrO₂陶瓷层; 当激光功率为 80 W,扫描速度为 8 mm / s,喷涂粉末为 75 wt.% NiCoCrAlYTa+25 wt.% ZrO₂ / BaF₂·CaF₂时,制备涂层的微观组织、综合力学性能及高温耐磨性能达到最好;在此工艺参数下,涂层顶部的 ZrO₂ 陶瓷层最为致密均匀,其平均纳米硬度为 13.6 GPa,平均弹性模量为 182.5 GPa,800 ℃时的磨损率为 2.7×10^?5 mm³ ·N^?1 ·m^?1 。将高温耐磨涂层的组分设计与激光辅助热喷涂工艺相结合,可为提高涂层综合性能的提供解决途径。     

2.5D机织石英纤维增强树脂复合材料不同方向力学性能测试与模量预测2.5D机织石英纤维增强树脂复合材料不同方向力学性能测试与模量预测

石英纤维增强树脂复合材料常用于多物理场耦合环境下,为保证足够的层间性能,常采用2.5D机织的结构形式。本文对一种浅交弯联2.5D机织石英纤维增强双马树脂复合材料的三维力学性能进行全面测试,对比分析了材料在不同方向的拉伸性能和压缩性能,以及面内、面外剪切性能。测试结果表明,该复合材料的纬向拉伸、压缩模量略高于经向,而拉伸、压缩强度远高于经向,导致经向和纬向拉、压破坏模式差异显著,拉伸时弯曲的经向纤维被拉断,平直的纬向纤维劈裂,压缩时平直的纬向纤维压断,弯曲的经向纤维屈曲。同时,该种材料具有较高的面内、面外剪切变形能力。此外,本文基于混合定律,提出了一个2.5D机织复合材料经、纬向模量估算公式。基于材料微观结构特征,以包含经纱和纬纱的一个单胞作为代表性体积单元,建立有限元模型,预测该2.5D机织复合材料经向模量,预测结果与试验结果吻合很好。本文的研究对2.5D机织石英纤维/双马树脂复合材料的研发具有一定的指导意义。      

Effect of temperature on the growth of boron nitride interfacial coatings on SiC fibers by chemical vapor infiltration

In order to improve bonding property between SiC fibers and matrix of SiC_f/SiC composites, boron nitride (BN) interfacial coatings were synthesized by chemical vapor infiltration. BN coatings were fabricated from BCl₃–NH₃ gaseous mixtures at four different temperatures (843 °C, 900 °C, 950 °C and 1050 °C) with different deposition times. Growth kinetics, nucleation and growth processes, microstructure and chemical composition of boron nitride coatings were investigated by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectrometry. Results showed that deposition rate increased as the temperature increased from 843 °C to 950 °C. However, deposition rate decreased slightly from 23.10 ± 0.85 nm/min (950 °C) to 21.39 ± 0.67 nm/min when the temperature was increased further to 1050 °C. It could be due to the nucleation occurring in the gas and the consumption of a large amount of BCl₃ and NH₃. When deposition temperature was 843 °C, BN grains deposited on top layer of the coating could not completely cross Ehrlich-Schwoebel barrier and grew in island growth mode. On the other hand, the deposition pattern followed a layer-by-layer growth mode when deposition temperature was 1050 °C. Deposition temperature significantly affected the microstructure of as-deposited BN coatings. At 843 °C, 950 °C and 1050 °C, the coatings presented amorphous, polycrystalline and hexagonal structures, respectively.     

热电器件的界面和界面材料

基于塞贝克效应的热电转换技术, 在大量分散的低品位废热转换电能方面有着不可替代的优势。以热电优值ZT为性能指标的热电材料研发成为新能源材料领域研究的热点之一。近年来, 大量新型中温热电材料被相继发现, 然而新型热电材料的产业化应用, 尤其是在温差发电方面的进展尤为缓慢, 其中热电器件中的材料界面问题严重制约了热电转换技术的应用进程。本文从Bi₂Te₃型器件在温差发电方面所遇到的技术瓶颈为例, 阐述热电器件中的界面关键技术, 并归纳出电极接触界面需要综合考虑低的界面电阻、高的结合强度、以及好的高温稳定性能。然后总结了与Bi₂Te₃、PbTe、CoSb₃基三种热电材料相关的界面材料研究进展。     

钛合金铸件基体火焰烧伤对荧光渗透检测的影响

目的 为钛合金铸件生产过程后续相应工艺改进提供技术支持。方法 分析浇冒口附近反复出现裂纹的原因,对ZTC4和ZTA15两种合金产品进行生产跟踪、工艺试验安排以及切片金相微观组织分析。结果 火焰切割浇冒口后铸件表面出现荧光微裂纹,且目视可见,后期热等静压(HIP)工序铸件表面裂纹依然存在,而且并没有衍生新的裂纹。焊接处理,表面裂纹扩大化,并且呈环形分布。得出铸件基体裂纹产生原因：火焰切割浇冒口使铸件基体烧伤产生裂纹,烧伤部位表面产生富氧α层,导致零件焊接性能差,产生表面开裂。结论 后期通过对产生烧伤裂纹铸件,保证将富氧α层完全去除方式,提高焊接质量,使铸件表面质量满足要求。     

某种钛合金精密成形铸件铸造变形的数值模拟

目的 基于ProCAST,建立钛合金铸件铸造变形的模拟预测方法。方法 以某板状钛合金铸件为例,模拟了充型凝固、型壳内冷却和脱壳后冷却3个过程,并分别对各过程进行了相应假设和参数设置。为验证模拟结果,根据模拟模型设计了浇注验证实验。结果 铸件中间部位向外侧凸起,加强筋部位向内侧凹陷,和实验结果基本一致,变形量预测吻合度在60%~72%之间。结论 通过合理设置模拟流程和材料参数模型,数值模拟可以预测钛合金铸件的变形规律,并为变形量预测提供重要参考。     

钛合金精密铸件基准传递形式应用综述

随着钛合金精铸工艺技术的日益提升,钛合金精铸因其低廉的成本以及灵活的制造工艺,特别是针对形状复杂的零件的时候,存在明显的优势,在现代制造业中占据了重要的位置。介绍了目前钛合金精铸件的基准传递形式在制造、检验、机加过程保持一致的重要性。在此基础上,着重综述了基准的作用以及基准的表现形式,对不同基准形式在使用时的优缺点进行了评述。最后,对该方向的研究进展进行了总结,并对其发展前景和主要发展方向进行了展望。