横向稳态磁场作用下微束等离子电弧数值分析

为分析外加横向稳态磁场作用下电弧特性与电弧对工件热、力输入的变化规律,本文建立了微束等离子电弧三维模型,将外加磁场简化为背景场添加至模型,使用有限元分析软件COMSOL进行求解计算.结果表明:外加横向稳态磁场作用下,喷嘴内部各项特性均未发生较大变化,喷嘴下方电弧等离子体在洛伦兹力的作用下向x负方向移动,电弧温度、等离子...     

外加纵向交变磁场下的TIG焊电弧数值模拟

在局部热平衡状态假设前提下,以磁流体动力学为基础,建立二维轴对称TIG焊电弧模型,研究外加纵向交变磁场下电弧所产生的周期性变化。当磁场强度为0.03 T,交变频率为1 000 Hz时,与无外加磁场的电弧相比,电弧发生明显的收缩现象。根据进一步的模拟研究,发现当磁场方向改变,电弧会随之发生收缩或扩散现象,但相较于无外加磁场的电弧,总体上还是呈现收缩现象。靠近阳极区域的电弧温度及阳极所受压力会随磁场方向的变化而发生周期性的单/双峰转变。     

吸气式电弧加热发动机直流放电等离子生成试验研究

本文介绍了一种等离子体放电试验装置,包括试验舱体、真空机组、真空机组控制系统、试验电源、氮气加热装置、配气系统、测量系统以及铜电极板等对无来流条件0.4MPa氮气来流的等离子体生成状态进行试验研究与分析,得到了各种因素对等离子体生成的影响.     

横向交变磁场对铝合金电弧增材成形组织与性能的影响

为细化铝合金电弧增材成形组织晶粒、减少组织缺陷、提高熔覆层的力学性能,在电弧增材成形过程中耦合横向交变磁场制备了铝合金熔覆层,并对熔覆层微观组织结构和力学性能进行表征分析,研究了在横向交变磁场中励磁电流变化对熔覆层组织和性能的影响。结果表明：在磁场作用下,凝固组织中粗大柱状晶数量减少,等轴晶数量增多,晶粒尺寸细化。当励磁电流为11 A时,熔覆层截面平均显微硬度为83.9HV,较无磁场时提高近10%。当励磁电流为8 A时,在横、纵两方向上抗拉强度分别为275.7 MPa、254.3 MPa,平均延伸率分别为21.9%、26.2%,综合力学性能均高于未引入磁场。     

脉冲叠加直流偏压电弧离子镀TiCrNx薄膜的制备与性能研究

采用脉冲叠加直流偏压电弧离子镀技术在硬质合金刀具表面制备TiCrNx薄膜,利用XRD,SEM,多功能材料表面性能测试仪等对TiCrNx薄膜进行表征.结果表明,TiCrNx与TiN薄膜相比,硬度有所下降.膜-基结合力与靶材阴极弧电流及偏压有关.     

氩-氦-二氧化碳混合气体电弧行为及其对焊缝成形的影响

采用钨极氩弧焊对不同比例氩-氦-二氧化碳混合气体的电弧物理特性及其焊缝成形进行了实验.结果表明,三元混合气体的电弧形态中可观察到柱状中心区.混合气体中氦气的体积百分比小于45%时,其电弧特性与氩弧差别不大.氦的体积分大于75%时,其电弧形成具有氦弧的性质.随着混合气体中氦气比例的增加,熔深和熔宽均增加,但熔深增加得更明显一些.     

电弧离子镀TiN薄膜的往复滑动摩擦学行为研究

采用电弧离子镀技术在不锈钢基片上沉积了TiN薄膜,利用显微硬度计测量了薄膜的表面硬度.采用球-盘式摩擦磨损实验机对比研究了基片和薄膜在与GCr15配副的情况下,二者在空气中干磨擦状态下的摩擦磨损性能;利用扫描电镜(SEM)、能量衍射谱仪(EDS)和表面粗糙度台阶轮廓仪对薄膜的磨损区域进行了微观分析.实验结果表明,随着法向载荷和往复速率的增大,薄膜和基体的摩擦系数都减小,但薄膜的摩擦系数始终小于基体的摩擦系数.不锈钢基体与GCr15配副时,基体磨损较大,此时的磨损机制是犁削磨损和磨料磨损;而TiN薄膜与GCr15配副时,薄膜不仅无磨损,而且其表面将形成一层具有润滑作用的移着膜,此时的磨损机制主要是磨料磨损,因此在不锈钢基体上沉积TiN薄膜有利于提高基体的耐磨性.     

共晶Al-Si自生复合材料在直流磁场作用下的组织形成规律

在直流磁场作用下制备了Al-Si共晶自生复合材料,其组织发生共晶分离,在试棒外表层形成硅的富集层,其厚度随磁感应强度的增大而增加。探讨了直流磁场对自生复合材料微观组织形成规律的影响机理。      

钛屑再生制备Al-Ti-B细化剂及其晶粒细化行为的研究

钛及钛合金属于难切削加工材料,生产过程中易产生大量废屑,再生利用钛屑已成为急需解决的问题.本文利用钛屑和氟硼酸钾在铝熔体中反应制备了Al-5Ti-1B细化剂,通过金相显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪对细化剂进行分析,研究了细化剂加入量和保温时间对工业纯铝细化效果的影响.研究表明,Al-5Ti-1B细化剂主要由α-Al、TiAl3和TiB2相组成,TiAl3相主要为块状,尺寸为10~30μm;TiB2相均匀分布在合金中,平均尺寸小于2μm。随着细化剂加入量的增加,晶粒尺寸不断减小;当加入量达到0.3%时,晶粒细化效果最好,进一步增大细化剂添加量,晶粒尺寸下降不明显。细化剂保温60 min时,晶粒细化效果良好;保温120 min时,出现了严重的细化衰退现象,晶粒尺寸达到953μm;商业杆状细化剂保温120 min时未出现明显的细化衰退。     

LY12铝合金微观组织在交变磁场作用下组织变化研究

通过对LY12铝合金试件在交变磁场作用前后的微观组织变化研究,分析磁处理前后微观组织组成成份变化,进而得出交变磁场导致LY2铝合金组织细化的组织因素及作用机理,发现磁处理技术对铝合金的塑性有所提高,强度变化不人.     

Effects of applied magnetic field on twin-wire indirect arc shapes

Research on regularity of indirect arc shapes change with variation of applied magnetic field is studied. Results show that indirect arc would be elongated or compressed in XOZ plane with variation of applied transverse magnetic field’s direction and intensity, while the indirect arc would be deflected with the application of longitude magnetic field in YOZ plane, and the deflection degree and direction will be also changed by the variation of longitude magnetic field’s intensity and direction. It is considered that change of arc shapes is caused by variation of arc forces. The influence of Ampere force on indirect arc deformation and deflection is analyzed in this paper.     

脉冲磁场作用于钢液熔体的电磁场数值模拟

为了解脉冲磁场的电磁力特性,利用ANSYS软件,脉冲电源波形采用梯形波,对脉冲磁场作用下钢液的电磁场进行了模拟,得到了电磁力周期变化规律,脉冲频率和脉冲波型对脉冲电磁力的影响规律.结果表明:脉冲磁场作用下,电磁力瞬时发生变向,往复振荡熔体;在研究的脉冲放电频率范围内,脉冲放电频率的改变对电磁场、力场的分布影响不大;对于采用的梯形脉冲波形,电磁力随着脉冲上升沿和下降沿宽度的减小而显著增大,而当脉冲宽度增大时,脉冲电磁力呈现减小的趋势.     

Structure refinement of pure Mg under pulsed magnetic field

Abstract

A pulsed magnetic field (PMF) was introduced into the solidification of pure Mg. Fine uniform equiaxed grains are acquired in the whole ingot from the PMF treatment, in contrast with the coarse columnar grains observed in conventional casting, and the average grain size is refined to 260 μm with a 200 V PMF treatment. Pulsed magnetic field increases melt convection during solidification, and the violent agitation causes warmer liquid to fracture the tip of columnar dendrites or to break off dendrite branches to promote the formation of an equiaxed structure, with the broken pieces transported into the bulk liquid acting as nuclei. In addition, the uniform temperature field resulting from the stirring increases the likelihood of nuclei survival. The Joule heat effect also participates in the structure refinement. The pure Mg produced with a 200 V PMF treatment exhibits improved mechanical properties, such as the ultimate compressive strength (227 MPa) and fracture strain (33·2%).     

旋转磁场对Pb-Sn-Sb合金组织及性能的影响

为了改善Pb-Sn-Sb三元轴承合金液态成型过程中的比重偏析,用旋转磁场控制Pb-Sn-Sb合金液态成型过程.采用光学显微镜、扫描电镜能谱分析研究了旋转磁场对Pb-Sn-Sb合金显微组织及成分分布的影响.用布氏硬度计、摩擦磨损试验机测试Pb-Sn-Sb合金的硬度及摩擦磨损性能.实验结果表明:旋转磁场能有效改善Pb-Sn-Sb合金的比重偏析,且能细化晶粒.激磁电压为45V时,SbSn块状化合物在试样上下截面分布最均匀,块度变小,比重偏析改善效果最好;试样上下截面Pb、Sn、Sb三元素含量基本趋于一致.随着激磁电压增加,试样上下截面的硬度及耐磨性有一定程度提高,并明显趋于一致.     

Numerical study on effect of external magnetic field, current profile, arc current and arc column radius on helical instabilities of arcs

This model differs from previous works in that the electrical conductivity (and the current profile) is approximated in a more realistic way (parabolic instead of flat profile). The magnetohydrodynamic equations in an electrostatic approximation serve as the starting point of the theory. The effects of the external axial magnetic field, current profile, arc current and arc column radius on the helical instabilities of arcs were numerically studied. Numerical results show that the short wavelength perturbation can be stabilized by positive direction magnetic field, whereas the long wavelength perturbation can be stabilized by reverse magnetic field when the current profile is the uniform distribution. In the short wavelength perturbation case, the effect of positive direction magnetic field on the arc stability is very small when the current profile has a parabolic distribution. However, its stabilizing effect is enhanced for the long wavelength perturbation. The intermediate and long wavelength perturbation can also be stabilized by reverse magnetic field. The low current is beneficial for stabilizing arcs.     

Nano-crystalline CVD diamond films deposited on cemented carbide using high current extended DC arc plasma process

Nano-crystalline diamond (NCD) films have been grown on cemented carbide substrates by high current extended DC arc plasma process using Ar/H₂/CH₄ gas mixture at low gas pressure. The plain view and cross section of films are characterized with scanning electron microscopy. A uniform and smooth surface morphology of NCD thin films is observed. Raman spectroscopy has been used to investigate purity of the NCD films. Experimental results on the synthesis and characterization of the NCD films on cemented carbide substrates are discussed in this article.     

电弧放电制备氮和金属元素掺杂的碳纳米颗粒

在进气口氮气为800℃条件下,采用直流电弧放电方法制备了具有特殊结构的掺杂氮和金属元素的碳纳米颗粒(CNPs).高分辨透射电镜(HRTEM)表征结果显示,此种CNPs中有许多弯弯曲曲的空隙或孔道,整体犹如缠绕的线团.实验发现这种CNPs在乙醇、丙酮以及蒸馏水中均可以形成稳定的悬浮液(浓度小于0.5wt%),在蒸馏水中形成的悬浮液的电导率随温度升高而增加的趋势明显增强.     

强磁场下Al-Si过共晶合金组织细化原理研究

为了改善Al-Si合金性能,研究了强磁场对Al-Si过共晶合金组织的影响.依据热力学和晶粒形核理论,阐述了组织变化的原因.研究表明:当Al-Si过共晶合金在600℃施加强磁场并平行于磁场方向下凝固时,共晶组织被细化,但对初生硅相影响不大;磁场强度越大,细化效果越明显;强磁场降低了固态熵和磁自由能的影响,使共晶组织临界形核半径减小,而硅由于是逆磁质对其影响不大;强磁场使液态金属平行于磁场方向流动,进一步细化了组织.     

磁流体在交变磁场中的热效应研究

制备了平均粒径分别为4、6 和8nm 的Fe3O4 粒子,将其分散在不同的介质中,在63kHz、7kA/m的交变磁场中研究其热效应。实验结果显示,粒径较大的Fe3O4 粒子具有较高的产热比功率(SAR),Fe3O4 粒子经过表面处理后SAR显著增加,而且SAR随表面活性剂不同而不同,还显示SAR与磁场强度的平方成正比。