高温抗蠕变铝合金及铝基复合材料研究进展

铝合金结构或导体材料在高温环境下易发生蠕变现象,且性能随服役时间的延长而劣化,甚至发生结构破坏,导致灾难性事故的发生.因此,有效提高铝合金抗蠕变性能是其可应用于高温高载荷环境且保持优异性能的关键.目前,国内外主要通过稀土处理、合金化处理及添加增强体等方法细化铝合金晶粒,并在铝合金晶内和晶界处形成弥散分布、热稳定性高的析出相,采用细晶强化、析出强化、弥散强化、直接强化等机制钉扎晶内位错运动,抑制晶界移动,从而显著减缓铝合金的稳态蠕变速率,提升其抗蠕变性能.另外,可以通过构建蠕变性能与蠕变条件、微观结构、析出相特征之间的关系模型,预测铝合金的蠕变特性与服役寿命,为高温抗蠕变铝合金及铝基复合材料的设计提供理论依据.本文在铝合金蠕变行为分析基础上,针对扩散蠕变、晶界滑移和位错蠕变等高温蠕变机制,从稀土微合金化、多元微合金化及复合强化等方面入手,归纳了高温抗蠕变铝合金及铝基复合材料的研究现状,揭示了高温蠕变性能的改善机制,并综述了蠕变理论模型构建及寿命预测方法的研究,同时分析了抗蠕变铝合金及铝基复合材料研究中存在的问题与发展趋势.     

C/C复合材料拉伸强度与针刺成型参数相关性研究

采用Design-expert软件设计预制体不同针刺成型参数组合试验, 研究预制体针刺成型参数对针刺碳/碳(C/C)复合材料拉伸强度的影响, 并构建了响应曲面数学模型, 实现对针刺C/C复合材料拉伸强度的优化与预测, 其模型显著性P=0.0206, 各试验实测值与预测值相对误差≤10.82%, 模型具有较高的拟合度。响应曲面回归分析表明: 针刺深度对拉伸强度有极显著影响, 针刺密度对拉伸强度有显著影响, 在本研究的针刺成型参数取值范围内, 拉伸强度的预测区间为42.31~91.87 MPa。通过模型优化出的针刺成型参数组合为: 针刺密度11 pin/cm²、针刺深度 11 mm、网胎面密度50 g/m², 相应拉伸强度预测值为88.62 MPa, 验证值为90.71 MPa, 相对误差2.36%。     

薄膜沸腾CVI双热源加热法制备C/C复合材料及其致密化特性

采用薄膜沸腾CVI以双热源加热的方法在900~1200℃下热解二甲苯前驱体增密二维针刺炭毡预制体,30~35h内制备出密度1.70g/cm3~1.73 g/cm3的C/C复合材料。研究致密化过程中热解炭基体的沉积速率变化规律,应用排水法和偏光显微镜分别测试材料的密度及热解炭层的厚度。结果表明,当沉积温度由900~1000℃升高至1100~1200℃时,沉积前沿的厚度拓宽,热解炭的初始沉积速率增大,但高沉积温度下预制体边缘将优先完成致密化,导致材料的平均密度由1.72~1.73g/cm3降低至1.70,致密化均匀性变差,材料轴向和径向方向的密度偏差高于0.04g/cm3。上热源开多个轴向通孔可使沉积前沿的厚度减小,前驱体在预制体内的传输效率提高,进而改善较高沉积温度下材料的致密化效果。     

BP神经网络在复合材料研究中的应用

人工神经网络因能处理复杂的非线性问题而成为材料科学研究的一种重要方法.在介绍BP神经网络的基础上,综述了其在复合材料设计、工艺优化、性能预测、损伤检测及预测等方面的应用情况,分析了应用中存在的问题,展望了其发展趋势.     

厌氧氨氧化污泥包埋固定化及其脱氮效能

为维持水中厌氧氨氧化菌生物量,采用水性聚氨酯(WPU)对厌氧氨氧化污泥进行包埋固定化,同时对比聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)以及PVA-SA包埋后颗粒的机械稳定性和厌氧氨氧化性能.结果显示:4种包埋颗粒均表现出良好的厌氧氨氧化性能,WPU颗粒生物活性最好,机械稳定性最高,相比其他几种材料具有明显的优势,适合作为厌氧氨氧化包埋材料.在WPU包埋颗粒的连续流实验中,通过不断降低水力停留时间(HRT)的方式增加容积负荷,当容积负荷为1.697 kg/(m3·d)时,WPU包埋颗粒仍能达到80%总氮(TN)去除率,并且在100 d内没有观察到出水SS增加和颗粒碎裂的现象,表明WPU包埋颗粒具有很强的抗负荷冲击能力和厌氧氨氧化性能,并且在长期运行中能保持良好的污泥截留能力和稳定性.通过16S r DNA-Cloning分析发现:WPU包埋颗粒内厌氧氨氧化菌主要是Candidatus Brocadia fulgida(JX243641.1),包埋材料作为载体,起到保护厌氧氨氧化菌和提高生物量的作用,但对菌体本身和菌群结构没有影响.     

烧结混合料中SiO2和FeO含量对烧结矿强度的影响

采用烧结杯制备烧结试样,依据实验结果在水钢65m2烧结机上进行工业试验;应用标准转鼓测试强度、光学显微镜和X射线衍射仪分析组织和相结构,研究了原料成分波动对烧结矿强度的影响.结果表明,SiO2含量对烧结矿强度有较大影响,SiO2的质量分数为5.37%～5.67%时,烧结矿强度较高;MgO和FeO含量对烧结矿强度也有一定影响,SiO2的质量分数为4.84%～5.00%时,降低烧结料中的MgO和FeO含量可促进烧结矿中铁酸钙的生成,改善其强度.     

预制体对C／C复合材料热膨胀系数的影响

以天然气为前驱气体,整体碳毡和2D针刺碳毡为预制体,采用热悌度化学气相渗积技术制备了两种C／C复合材料,其表观密度均为1．74g／cm^3。借助光学显微镜和扫描电子显微镜观察了热解碳基体的生长特征和微观形貌,采用热膨胀仪测量了两种材料的热膨胀系数（CTE）,研究了由不同预制体增强C／C复合材料的CTE,解释了造成材料不同方向CTE差异的主要原因。结果表明,随着温度升高,材料A和B的CTE是逐渐升高的,且Z向CTE值均大于XY向。当两种材料在Z向的纤维体积分数接近时,随着XY方向纤维体积分数增大,材料在Z向的CTE增大,在XY向的CTE降低,两种材料存XY和Z向的CTE旱如下分布：αB—z〉dAz〉αA—xy〉αBxY-C／C复合材料的CTE主要取决于纤维体积分数和排市、碳基体及材料中的孔隙分布情况,前者起决定作用。     

密封用炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

针对液体火箭发动机涡轮泵密封件磨损量较大问题,在MVF-1A多功能立式摩擦磨损试验机上,以GCr15钢环为对偶件,研究低载荷高线速度(12N,2.25m/s)以及高载荷低线速度(50N,1.25m/s)工况条件下热处理温度不同时(2 250、2 400和2 500℃)对炭/炭(C/C)密封材料摩擦磨损性能的影响,采用扫描电镜观察摩擦表面形貌,利用能谱仪确定摩擦表面元素组成。结果表明:低温(2 250℃)热处理材料石墨化度程度低,弯曲强度高,摩擦因数小,线性磨损量大;随着热处理温度的升高,材料石墨化程度升高、界面结合强度弱化,弯曲强度降低;当热处理温度升高到2 500℃后,材料表面易形成完整致密的磨屑膜,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损,摩擦因数大,线性磨损量低。此外,在高载荷条件下,适当增大线速度(1.50、1.88m/s),有利于降低摩擦因数及线性磨损量。由此可知,采用高温(2 500℃)热处理的C/C复合材料具有良好抗磨性能,可较好地满足密封件使用要求。     

Y2O3掺杂ZrSiO4涂层的微观组织和相结构研究

本文采用大气等离子喷涂成功制备了ZrSiO4及Y2O3掺杂ZrSiO4涂层,研究了Y2O3掺杂后ZrSiO4涂层微观组织结构、力学性能,并研究了涂层在1300 ℃下的烧结行为。结果表明,等离子喷涂ZrSiO4涂层主要由ZrSiO4、t-ZrO2、少量的m-ZrO2及无定型SiO2组成,而等离子喷涂ZrSiO4-5%Y2O3涂层主要由c-ZrO2、少量ZrSiO4相及无定型SiO2组成。相较于ZrSiO4涂层,Y2O3掺杂略微提高了ZrSiO4-5%Y2O3涂层的硬度和断裂韧性。在1300 ℃高温烧结48 h后等离子喷涂ZrSiO4涂层中(t,m)-ZrO2和无定型SiO2反应生成重新ZrSiO4相,该反应伴随着体积收缩,使得涂层中存在着大量孔隙和裂纹。相较于纯ZrSiO4涂层, ZrSiO4-5%Y2O3涂层中主要是c-ZrO2相和ZrSiO4相,添加Y2O3有助于涂层中的ZrO2保持在立方相（c-ZrO2）,提高了ZrO2的高温相稳定性。     

稀土铈与钢中低熔点金属铅的作用研究

通过熔渗实验研究了铈与铅在钢中的作用机理.OM、EPMA和XRD分析表明,Ce与Pb在钢中有较强的化学亲和力,易形成CePb和Ce5Pb3高熔点金属间化合物,从而改善和消除杂质元素铅对钢性能的危害;采用Miedema模型计算Ce-Pb固态合金的生成焓,从热力学上证明了实验分析的结果.