铜铝异种金属激光焊接焊缝成形和组织

用IPG YLS-1500型光纤激光器对TU1镀镍无氧铜和6061铝合金进行激光搭接焊试验,探究焊缝成型及显微组织,通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察并分析接头的组织形貌。结果表明:接头成型良好,铜铝充分融合,焊缝横截面处有明显的铝向铜侧扩散。铝侧熔合线到焊缝中心,先形成珊瑚状的亚共晶组织Al₂Cu+Al Cu,而后是平行排列的板条状Al₂Cu和块状Al Cu,最后为紧密排列的块状Al Cu和Al₄Cu₉。由于熔池溶液的流动,熔池中出现了不规则的"T"形晶粒。接头的剪切力达铜母材拉伸力的43.0%,为脆性断裂,接头内生成的Al₂Cu和Al₃Cu₄金属化合物是导致裂纹扩展的主要原因。     

纵扭复合超声振动铣削SiCp/Al表面质量研究

SiCp/Al复合材料具有优异的性能,在航天航空、光学行业、汽车工业等高科技领域得到了广泛应用,但它在塑性和硬度之间差距巨大,使得超精密加工显得非常困难。建立超声铣削动力学模型,采用单因素法检测分析了SiCp/Al复合材料在不同主轴转速、铣削速度和铣削深度下的表面粗糙度与表面形貌,建模仿真了纵扭复合超声振动刀刃铣削轨迹,得到了影响加工表面质量规律及机制。研究发现主轴转速为3000 r/min、铣削速度为180 m/min时,表面粗糙度值最小;材料表面质量随铣削深度的增加而下降。为SiCp/Al复合材料铣削加工提供了合理工艺参数,提高了加工效率,降低了刀具磨损,延长了刀具使用寿命。     

选区激光熔化制备多孔结构Ti6Al4V合金的力学性能

采用Simufact Additive软件，通过正交实验的方法，对激光选区融化（SLM）制备多孔结构Ti6Al4V合金的最优化工艺路线进行了模拟。结果表明，激光功率200 W，扫描速度1200 mm/s，光斑直径0.1 mm，粉末厚度0.03 mm为最佳加工参数。根据优化参数通过SLM加工制造了不同孔隙结构的Ti6Al4V样件，通过扫描电镜观察发现，在该工艺下加工出的多孔结构具有较好的保真度。通过压缩实验，比较分析实心及不同孔隙结构的抗压强度及弹性模量，得出复合结构作为种植体的结构模型可以更好满足种植体的力学性能要求。     

空心六角法兰面螺栓冷挤压成形工艺与同心度分析

分析了金属反挤压时内部各质点的流动规律与空心六角法兰面螺栓的结构特征,其最大特点是在保证同心度为0.2 mm的前提下,成形孔径比高达6.5的深孔,并初步设计4工位冷挤压成形工艺。运用DEFORM-3D重点研究了工序3深孔预成形过程,在刚性平移区选取4个点,利用点追踪方法,以所选点的径向偏移量为评价标准,研究了圆锥凸模、平底锥形凸模、球头凸模和平底凸模4种凸模结构对深孔同心度的影响程度。同时,对比成形初期金属流动情况、行程载荷,综合结果表明:圆锥凸模能在较低的成形载荷下得到良好的金属流线,有利于提高制件同心度。最后,通过JBF-19B-4S螺栓冷镦机进行试模,生产出成形饱满、无缺陷,且同心度达到设计要求的制件,为深孔类零件冷挤压成形提供了一种参考。     

PVD纳米涂层致硬机理研究现状及发展

从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度总结了PVD纳米涂层的强化机制和涂层设计准则,提出了现有的涂层强化机制及涂层设计准则主要存在涂层强化机制适用性不足和理论性问题缺乏实验手段论证两个问题,并合理分析了问题存在的原因。从纳米多层涂层和纳米复合涂层两个角度,综述了PVD纳米涂层致硬机理的国内外研究现状。研究现状表明,涂层强化机制和一些涂层表征实验在涂层致硬机理研究中扮演着重要的角色,研究者们根据涂层强化机制和必要的实验手段对涂层的致硬机理进行了分析。但是涂层强化机制并非涂层致硬机理研究中必不可少的工具,既存在用一种或多种涂层强化机制解释涂层致硬机理的情况,又存在未使用涂层强化机制去解释涂层致硬机理的情况。针对这种现象,分析了其存在的内因和外因。外因为涂层材料组合方式和实验研究变量不同;内因为涂层强化机制及设计准则不完善。最后结合PVD纳米涂层致硬机理研究现状存在的问题,本着完善涂层强化机制和设计准则的目的,对未来研究方向进行了展望。     

金属陶瓷nc-Ti(C,N)复合自润滑碳介质涂层的制备及性能EI北大核心CSCD

金属陶瓷涂层与类金刚石涂层的性能不同,在实际应用中两种涂层不能够互换使用,对于涂层的应用来说是一个缺陷。为了克服上述缺陷,将金属陶瓷涂层与类金刚石涂层的优异性能相结合,提出一种金属陶瓷复合自润滑碳涂层,并以三元TiCN涂层为对象,采用SEM、EDAX、XRD、Raman、XPS及维氏硬度计、压痕试验、摩擦磨损试验,研究具有自润滑特性的碳相对含量对涂层微观组织结构、力学及摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着碳含量的增加,涂层表面更为致密光滑,涂层的主要组成相为TiN、TiC、TiC_(0.3)N_(0.7)及TiC_(0.7)N_(0.3);涂层中Ti-N、Ti-C键随着碳含量的增加呈现先增加后减少趋势,当碳含量为31.24 at%时,涂层中便有多余的非晶碳析出,形成金属陶瓷复合自润滑碳涂层nc-Ti(C,N)/a-C,此时涂层不锈钢的硬度最高为HV_(0.05)1052.2,同时涂层表现出较好的结合力、较低的摩擦因数及磨损率;涂层中碳含量为43.85 at%时,摩擦因数较低,在0.1以下波动,磨损率达最小值3.31×10^(−15) m^(3)/(N·m),但压痕周围有微裂纹产生。解释了自润滑碳对于金属陶瓷涂层性能的影响机制,可为高性能涂层的制备提供理论指导及试验依据。     

TiAlSiN涂层力学性能改善措施的研究现状及进展

TiAlSiN涂层具有耐温性好、化学惰性高等优异性能,其作为防护层被广泛应用于摩擦零部件、机械加工工具上。但TiAlSiN涂层内应力过大导致的力学性能不足,限制了其在严苛工况下的进一步应用。总结了目前改善TiAlSiN涂层力学性能的主要措施：涂层微观结构优化、膜层结构设计以及热处理工艺。对改善涂层力学性能所涉及的细晶强化、共格效应、固溶强化以及模量差理论等机理进行了全面的描述,并详细地对比分析了上述理论之间的内在联系与差异。系统地讨论了纳米多层和梯度复合膜层结构对涂层力学性能的影响规律,主要从调制结构以及成分调整2个角度对膜层结构变化进行了分析,有利于指导具有良好力学性能的膜层结构的设计。此外,分别阐述了退火温度、时间以及气氛环境对TiAlSiN涂层力学性能的影响规律,分析了退火条件对涂层微观结构的影响以及微观结构与力学性能之间的关系。在此基础上,提出了未来可以从基础理论和改善措施之间的协同作用角度,对TiAlSiN涂层力学性能的改善展开进一步研究。     

Cu掺杂类金刚石薄膜应力降低机制的第一性原理研究

目的比较不同浓度Cu掺杂类金刚石薄膜的性能变化规律,并分析Cu掺杂对薄膜性能变化的作用机制。方法建立密度为2.03 g/cm^3、2.87 g/cm^3的不同Cu原子数分数(1.56%~7.81%)掺杂类金刚石薄膜(Cu-DLC)初始模型,采用NVT和NOSE温度调节法模拟熔融退火及淬火过程,以及基于广义梯度近似(GGA)的共轭梯度法优化几何模型,运用CASTEP计算Cu-DLC模型的径向分布函数(RDF)、sp3-C含量、体积模量、键长和键角分布等,并探讨Cu掺杂对DLC膜应力变化的影响机制。结果随Cu含量的增加,薄膜中sp3-C杂化比例增加。与DLC相比,Cu掺杂DLC的RDF中第一峰和第二峰的位置发生显著偏移,薄膜中残余应力随着Cu含量的增加先减小后增大,Cu含量为1.56%时,残余应力最小(7.2 GPa)。Cu含量增加导致总键角分布的峰值降低,峰宽向小键角移动,总键长分布峰值降低,在长键长方向产生小而宽的峰。结论C Cu的弱键特性及扭曲的键角、键长得到松弛,对薄膜残余压应力的降低有显著作用,在较高Cu浓度条件下,扭曲的C C键比例增加,形成了更多扭曲的C Cu和Cu Cu结构是导致残余应力增加的关键因素。     

一种柔性变压边力的智能冲压过程研究

板料成形时易产生破裂、起皱以及尺寸和形状精度不良的倾向。在伺服压机的基础上,研究一种柔性可变压边力的独立加载闭环控制系统。选择圆筒形工件为模拟对象,利用有限元软件分析圆筒形工件在不同定值下及变压边力下冲压仿真结果。比较得到成形圆筒形工件的最优压边力曲线以及冲压载荷随时间变化的曲线,加载到装置的控制系统,使压边单元与板材始终处于贴合状态。该闭环系统通过压机变载、变行程等不同的运动模式协同柔性压边装置对冲压成形过程进行控制,柔性控制压边力和冲模载荷,来适合零件不同变形阶段的特点。实验证明:该系统可以最大限度提高金属板材成形性能,不仅防止了板材变薄在尾部产生褶皱以及工件拉裂的情况,而且可以提高板材拉深极限。     

Ti-Al-Si-N多层梯度涂层的微观结构及力学性能研究

目的 分析Ti-Al-Si-N多层梯度涂层微观结构特征和力学性能,得到涂层强化机制.方法 采用阴极电弧离子镀镀膜工艺,使用4个靶材交替沉积的方式,分别在高速钢和Si基底上制备Ti-Al-Si-N多层梯度涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和纳米压痕仪对Ti-Al-Si-N多层梯度涂层晶相组织、微观结构和力学性能进行了表征.结果 Ti-Al-Si-N多层梯度涂层中主要相为(Ti,Al)N晶相,择优取向(200).Ti-Al-Si-N多层梯度涂层由TiN、TiAlN、TiAlSiN三种层区组成,层区厚度分别为41.7、1458.3、1450 nm.通过HRTEM实验观察TiN、TiAlN层区结构发现,在TiAlN层区内部形成了TiAlN/TiN周期变化的结构,证实为TiAlN/TiN纳米多层涂层微结构特征,其中TiN调制层为1 nm左右,TiAlN调制层约为0.5 nm,调制周期约为1.5 nm.此外,发现TiAlN层区存在nc-TiAlN/α-Si3N4结构,TiAlN晶粒大约为6 nm左右,非晶层Si3N4大约为2～3 nm.制备的Ti-Al-Si-N多层梯度涂层硬度为27.7 GPa,弹性模量为338.0 GPa.结论 构建了Ti-Al-Si-N多层梯度涂层示意图,对于涂层的强化机制,可以用模量差理论、交变应力场理论及nc-TiN/α-Si3N4模型进行说明,其主要强化机制为nc-TiN/α-Si3N4模型理论.