NiTi形状记忆合金激光增材制造研究进展

NiTi形状记忆合金卓越的功能特性,生物相容性,高阻尼及低刚度,耐腐蚀等性能,深受广泛关注。NiTi形状记忆合金制备、加工困难,成为阻碍NiTi形状记忆合金应用的关键。近20年发展起来的增材制造技术,能直接成形制造复杂的NiTi形状记忆合金结构,在航空航天、医疗设备等领域具有巨大应用价值和发展前景。本文结合国内外NiTi形状记忆合金激光增材制造研究中面临的主要问题和解决方法作综合评述。具体包括NiTi形状记忆合金传统制造和激光增材制造对比;激光能量输入和热处理工艺对激光增材制造NiTi形状记忆合金微观组织、机械力学性能和功能特性的影响;及展望未来激光增材制造NiTi形状记忆合金研究方向。     

CMT电弧增材制造铝青铜的微观组织及耐腐蚀性能研究

目的研究冷金属过渡技术(Cold metal transfer,CMT)增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织演变规律以及在不同温度下的耐腐蚀性能。方法采用CMT电弧增材的方式制备了铝青铜合金的薄壁试样件,通过光学显微镜研究了试样件在不同位置的微观组织演变规律,并通过电化学工作站测试试样在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电位极化曲线,进而分析其耐腐蚀性能。结果 CMT电弧增材制造铝青铜合金的微观组织主要表现为3个区域。前3层微观组织由基材树枝晶转变为柱状晶的区域;中间稳定区域主要是垂直于基板方向生长的均匀柱状晶微观组织;以及在最后一层出现柱状晶转向树枝晶的区域。当温度由20℃上升到60℃时,该材料的稳定电位ER由-0.2540 V下降到-0.2745 V。自腐蚀电流密度由2.84×10-6 A/cm~2增加到了5.149×10-6A/cm~2。结论采用合适工艺参数,可以获得致密无缺陷的CMT电弧增材制造铝青铜合金薄壁试样,在试样的稳定区域,微观组织是外延生长的柱状晶。同时试样在质量分数为3.5%的NaCl浓度溶液中有着良好的耐腐蚀性能,并且由于腐蚀过程介质温度的升高,电极反应速度加快、溶液的对流和扩散加强,从而加快了阳极过程和阴极过程,加速了金属的腐蚀。由此可见,介质温度对腐蚀速率的影响是非常重要的。     

表面冲击改善铝合金搅拌摩擦焊接头应力腐蚀抗力的研究进展

铝合金广泛应用于航空航天、高速列车等新型装备,搅拌摩擦焊是这些装备的重要制造方法之一。然而,这些焊接结构在建造、服役过程中往往受到腐蚀环境的影响,在外力或残余应力耦合作用下极易发生应力腐蚀。诸多研究证实表面冲击技术可以提高铝合金的抗应力腐蚀性能,然而关于其防护机理尚处于推测阶段,至今没有统一定论。从应力腐蚀的力学因素和腐蚀因素两方面出发,剖析表面冲击对材料力学性能和耐腐蚀性能的影响,在此基础上,提出了表面冲击抑制铝合金应力腐蚀作用机制的研究方向,即通过构建关系模型定量表征改性层力学因素和腐蚀因素对接头应力腐蚀抗力的贡献率,可为阐明表面冲击抑制铝合金FSW接头应力腐蚀的关键因素及作用机理奠定基础,并为冲击工艺的优化提供理论支持。     

2219和2195铝合金焊接接头的腐蚀行为差异研究

目的 研究运载火箭贮箱用2195新型铝锂合金搅拌摩擦焊接头和熔化焊接头相对于传统的2219铝合金焊接接头耐腐蚀性能的差异,分析耐蚀性的演变规律,为贮箱制造及表面防护提供理论指导。方法 以传统的2219铝合金为对照,采用盐雾腐蚀试验、动电位极化曲线测试等方法系统研究2195铝锂合金焊接接头的腐蚀电位、腐蚀电流密度、腐蚀速率等方面的性能,进而判断新型铝合金材料与传统铝合金材料耐蚀性能的差异。结果 2种铝合金焊接接头各个亚区的耐蚀性均呈现相同的变化规律,其中搅拌摩擦焊接头的耐蚀性能按照热影响区、母材区、热机影响区、焊核区的顺序依次增加;TIG焊接头的耐蚀性能按照热影响区、母材区、焊缝区的顺序依次增加,且在热影响区存在晶间腐蚀的现象。此外,2219和2195铝合金TIG焊接接头热影响区自腐蚀电位分别为?0.653 V和?0.667 V,腐蚀电流密度分别为7.35 mA/cm²和7.55 mA/cm²。结论 2219和2195铝合金搅拌摩擦焊和TIG焊接头的耐蚀性差别不大,且均在热影响区耐蚀性最差;采用同种合金进行焊接时,TIG焊接头的耐蚀性能比FSW接头的差。     

超声冲击对铝合金搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响

目的分析超声冲击对铝合金搅拌摩擦焊成形后接头的组织及耐蚀性的作用效果。方法采用超声冲击设备对2A12铝合金搅拌摩擦焊接头表面进行超声冲击处理,并对超声冲击前后接头的显微组织、显微硬度以及耐腐蚀性能进行了分析。结果经过超声冲击处理后的铝合金接头上表面会产生一层塑性变形层,并且塑性层内位错密度增大,使表层金属得到一定程度的加工硬化,促使冲击后接头各区域的表面硬度明显提高,冲击后接头热机械影响区和热影响区硬度提高达60%以上;腐蚀浸泡试验发现,超声冲击后接头的点腐蚀程度较超声冲击前明显减缓,腐蚀速率约是冲击前的1/2。结论超声冲击有效改善了铝合金搅拌摩擦焊接头区域材料过时效的软化现象,并且有效改善了接头的抗腐蚀性能。     

超声冲击对2A12铝合金搅拌摩擦焊接头腐蚀行为的影响

采用腐蚀挂片和动电位极化曲线测试对比研究了超声冲击前后2A12铝合金搅拌摩擦焊接头在3.5% NaCl水溶液中的腐蚀行为. 试验结果表明，超声冲击后接头的平均腐蚀速率是冲击前的1/2，未冲击试样热影响区的自腐蚀电位为?0.629 V(Ag/AgCl)，腐蚀倾向最高，由点蚀和晶间腐蚀引起的腐蚀坑平均深度达到125 μm；经过超声冲击处理后，接头各区的自腐蚀电位升高，腐蚀电流密度降低，表面基本呈现均匀腐蚀的形态，最大腐蚀深度不超过40 μm. 超声冲击使材料表层晶粒发生细化和致密化，是材料耐蚀性能提高的主要原因.     

平板及回转试件表面超声冲击装置的设计

目的针对现有冲击装置只能对一种外形结构进行加工,造成设备占用空间大、成本高等问题,设计了一种适用于多种外形结构的表面超声冲击装置。方法针对平板件和回转件的结构特点,设计了一套超声冲击设备,包括台面、调速电机、三爪卡盘、尾座、三轴丝杠系统和超声冲击枪等组成部分。结果一套装置即可实现对平板及回转件的超声冲击处理。结论该超声冲击装置兼具对平板件和回转件处理的能力,特别是对于当构件表面存在局部不平整时,如存在焊缝金属余高的情况下可保持冲击载荷的恒定,从而保证冲击能量的稳定性。