增材方向对激光粉末床熔融钨材料抗高热负荷性能的影响

激光粉末床熔融(LPBF)作为一种新兴的增材制造技术,为未来聚变堆偏滤器mono-block的制备提供了新的成形方法.本研究利用LPBF,采用水平增材和竖直增材2种方式对纯钨样品进行了制备.研究发现,在15 MW/m2的热负荷下,竖直增材样品发生了明显的熔化和飞溅现象,水平增材样品只发生少许开裂和轻微溅射.通过微观组织...     

ZrC增强细晶钨材料的高温性能和高热负荷冲击性能研究

采用常压氢气烧结制备了W-ZrC材料,研究了添加ZrC对材料室温和高温力学性能与组织的影响,并对高热负荷冲击下的损伤行为进行了研究。结果表明,添加ZrC有利于钨材料的致密化和晶粒细化,提高了烧结态钨材料的强韧性：其中W-3wt%ZrC相对密度和室温拉伸强度分别达到99.7%和472MPa,400℃至1000℃的拉伸强度在420MPa左右,应变由室温的3.4%增加至1000℃时的11%。高热负荷冲击结果表明高强度能提高材料抗高热负荷冲击能力,W-3wt%ZrC材料在200 MW/m2 (5 ms)以下的高热负荷冲击表面基本无裂纹,在300-400MW/m2时出现的主裂纹网格间距明显较W-0.7wt%ZrC小。随高热负荷冲击能量增加,裂纹大致沿纵向向基体内部逐渐扩展。裂纹扩展遇到第二相粒子时,部分穿过第二相粒子,部分终止于第二相粒子。裂纹穿过第二相粒子时,裂纹与第二相粒子发生了交互作用,裂纹扩展方向发生改变。     

爆炸压涂钨铜覆层到铜表面的研究

采用爆炸烧结将钨铜合金覆层烧结到纯铜表面的方法,即将钨铜合金粉末预压到铜板的表面后,进行通氢烧结,然后通过爆炸压实将混合粉末进一步压实在铜板表面,最后扩散烧结成为钨铜复合材料。先采用AUTODYN软件模拟了爆炸压实过程中粉末与铜板中的压力分布,确定了一套可以使覆层粉末中压力分布均匀,有利于钨铜合金粉末均匀致密化的参数。而后进行爆炸压实试验,制出的试样覆层密度达到了理论密度的99.3%。对爆炸后的试件进行电子探针检测,检测结果表明钨铜粉混合均匀,钨颗粒的尺寸比铜颗粒要大的多。断口分析结果显示,钨铜覆层的断口形貌不同于传统的断口形貌。钨铜结合面的形貌分析表明,钨铜合金密实的烧结在了铜基体的表面。     

核聚变装置中钨材料损伤行为的研究进展

轻核聚变反应产生的核能是解决能源问题的有效途径。但核聚变堆中材料的工作环境苛刻,钨凭借其优异性能成为今后核聚变装置中最有前途的备选材料,然而纯钨用于聚变堆时,存在韧脆转变温度较高、再结晶温度低、辐照硬化和脆化以及难加工等问题。因此,引入钨基材料以达到解决上述问题的目的。在此基础上,介绍了钨和钨基材料在等离子体辐照、高热负荷以及高能中子辐照作用下的损伤行为,讨论了损伤机理,并指出了尚需研究的若干关键问题。     

钨铜EFP药型罩的制备及成形性能

研究了30w-Cu EFP药型罩的制备及成形性能.采用普通钨粉、铜粉和超细钨铜复合粉制备两种不同的棒材,然后测试棒材的锻造性能,最后选用锻造性能好的材料制备EFP药型罩.研究表明:采用普通钨粉、铜粉制备的材料具有较好的压力加工性能;所制备的30W-Cu EFP药型罩材料的致密度达98.2%理论密度,退火后材料的抗拉强度达到315 MPa,延伸率达15.3%.     

高热负荷作用下钨的热疲劳损伤研究

利用实验室自主搭建的电子束热疲劳测试系统,研究了再结晶态钨在功率为141.5 MW/m~2,不同循环次数下热疲劳损伤性能的变化规律。采用扫描电子显微镜(SEM)观测了损伤后表面形貌的变化,采用原子力显微镜(AFM)观测了损伤表面的三维形貌的变化,同时也测出损伤表面粗糙度。采用显微硬度计测试了热疲劳损伤后晶粒表面显微硬度的变化。结果表明:随循环次数的增加,钨热疲劳损伤加剧,当循环1000次时,钨表面已经有熔融的形貌出现;测得损伤表面的粗糙度随循环次数呈近似线性变化;损伤之后的显微硬度先升高后降低,主要是由于存在疲劳硬化的现象。     

电火花沉积钨涂层的温度场和残余应力有限元模拟

目的 通过模拟钢基体表面电火花沉积钨涂层过程中的熔池区域温度场变化及其残余应力分布,以便更好地理解电火花沉积钨涂层的工艺过程,得到钨涂层成膜过程中的温度场分布和残余应力形成机制.方法 采用电极低速旋转与上下点动相结合的电火花沉积工艺,由点到线、再到面的沉积顺序,在钢基体表面均匀制备抗烧蚀钨涂层.同时,采用ANSYS仿真...     

高压扭转制备钨铜梯度材料的仿真和实验研究

采用ABAQUS软件对钨铜材料高压扭转变形进行有限元模拟,分析了扭转变形过程中的应力场分布和应变累积状态,以及压力和温度对界面层应变累积的影响。模拟结果表明,铜在HPT变形过程中为剪切变形的主要承受方,钨未得到充分的剪切变形,界面层应变累积最大;较高的温度和压力有利于界面层的应变累积,但温度的提升效果并不显著,并且高压力和高温度易导致铜反挤和模具失效。在300 ℃、1 GPa、扭转5圈的工艺条件下采用高压扭转工艺制备了界面连接质量良好的钨铜梯度材料。实验结果表明,随着扭转半径的增大,钨和铜的组织均得到显著细化,平均晶粒尺寸分别约为32.6 μm和0.28 μm,并且在界面处出现晶粒尺寸约为4.8 μm的铜组织过渡层;界面处钨和铜结合良好,钨和铜元素的扩散距离分别约为1.74 μm和2.59 μm。铜的显微硬度由初始态的79 Hv提升至131 Hv,界面处钨的显微硬度由初始的347 Hv提高到424 Hv,表明大变形条件下的晶粒细化和缺陷累积有利于界面连接和性能提升。     

新型钨铜触头材料电弧侵蚀的研究

研究了新型钨铜触头材料的电弧侵蚀，结果表明，纤维结构的钨铜触头材料损耗量比粉末冶金法制备的钨铜触头材料低，同时从侵蚀形貌能够看出，纤维结构的触头材料蚀坑小且只有少量的液滴喷溅．表现出良好的抗侵蚀性能。     

预置应力对焊接残余应力峰值的影响

运用三维热塑性有限元法对不同预置应力下搭接接头角焊缝的焊接残余应力的影响进行了分析,提出了通过预置应力来降低焊缝根部的焊接残余应力峰值,从而提高结构的使用寿命的方法。     

偏滤器第一壁W/Cu FGM的热应力模拟与优化设计

采用有限元ANSYS软件对偏滤器第一壁W/Cu FGM进行热应力模拟分析,并对其参数进行优化设计。结果表明,优化后的梯度层应力较无梯度层时得到了极大的缓和,最大等效应力值降低58%。最优化的梯度层层数为5,Cu浓度分布指数为0.4;同时在10 MW/m2的表面热流冲击下,表现出较好的抗热冲击能力     

W/Cu功能梯度材料的制备及应用

W/Cu功能梯度材料性能优异应用广泛,以W/Cu功能梯度材料的制备方法为研究对象,探讨不同制备方法存在的优缺点,包括熔渗法、粉末冶金法及等离子喷涂法。作为等离子体材料应与等离子体相适应,耐热冲蚀。在电子领域中,其一侧应满足与基板的封接问题,另一侧满足高导热、低热膨胀系数的要求。目前虽然研发出多种新工艺、新技术,但需进一步了解其控制因素及影响机理,另外每种工艺适用范围比较小,需开发高效、低成本、适用广、易控制的制造工艺。     

W／Cu功能梯度材料的热应力优化设计

运用有限元软件对W／Cu梯度材料进行了热应力优化设计，结果表明，在30MW／m^2的表面热流负荷下，经过优化设计的W／Cu功能梯度材料有较好的热应力缓和效果，与非梯度材料相比等效热应力降低了62．3％，表面工作温度下降了50℃；与单纯金属W相比，W／Cu梯度材料的表面工作温度较之大幅度降低445℃。     

高导热金刚石/铜复合材料的导热研究进展

金刚石/铜复合材料具有密度低、热导率高及热膨胀系数可调等优点,且与新一代芯片具有良好的热匹配性能,因此其在高热流密度电子封装领域具有非常广泛的应用前景。然而由于金刚石与铜界面润湿性差,界面热阻高,导致材料热导率比铜还低,限制了其应用。为了改善其界面润湿性,国内外通过在金刚石表面金属化或对铜基体预合金化等手段来修饰复合材料界面,以提高金刚石/铜复合材料的热导率。本文综述了表面改性、导热模型相关的界面理论以及有限元模拟的研究进展,讨论了制备工艺、导热模型和未来发展的关键方向,总结了金刚石添加量、颗粒尺寸等制备参数对其微观组织结构和导热性能的影响规律。     

The comparison of W/Cu and W/ZrC composites fabricated through hot-press

In this study the W/Cu and W/ZrC composites have been fabricated by hot-press and then their mechanical properties were compared in addition to their ablation resistance. To produce W-20vol.%Cu composite at first stage the elemental W and Cu powders were ball milled for 3 h in rotation speed of 200 rpm, in which 2% nickel was added in order to reduce the density. The mixed powders were hot-pressed for 1 h at 1400 °C and compact pressure of 30 MPa. Additionally W/40vol.%ZrC composite has been fabricated by hot-pressing of mixed W and ZrC powders in 30 MPa and 2200 °C for 1 h. Since these materials are used at elevated temperature applications, where ablation is the main source of material failure, after producing the composites their ablation resistance was evaluated in a real condition. The results show that not only W–ZrC composite is better than W–Cu composite in mechanical properties, but also in ablation resistance.     

W/Cu梯度功能材料板稳态热应力分析

采用解析法研究了W/Cu梯度功能材料板的残余热应力和在稳态梯度温度场下的工作热应力的大小和分布状况。结果表明:随着成分分布指数的增加,残余热应力与工作热应力的最大值先减小后增大,当成分分布指数(P)取1时,达到最小值;随着梯度层数的增加,热工作热应力的最大值逐渐减小,但当梯度层数达到6时,随着梯度层数的增加,缓和效果并不明显;当梯度层厚度增加到5 mm时,工作热应力的最大值约为非梯度材料工作热应力最大值的50%。     

热处理对铜基多元合金导电性能的影响

借助金相显微镜、TEM、SEM/EDS、XRD及电导仪研究了热处理对铜基多元合金导电性能的影响。结果表明:热处理能提高该合金的导电性能,当该合金经960℃×1h及480℃×4h时效后可获得较高的导电性能;并对其导电性能变化的原因进行探讨。     

具有金刚石/铜中间层W-RAFM模块的制备与评价

为了缓解钨-低活化钢(W-RAFM)直接连接产生的热应力,加入热膨胀系数介于二者之间的高导热金刚石/铜复合材料作为中间层,并在金刚石/铜两侧辅以Cu Cr Zr箔,达到较高的连接强度。利用超高压力通电短时高效的特点,一次性制备出有金刚石/铜层的W-RAFM模块。ANSYS Workbench的热冲击数值模拟显示,模块可承受1~2 MW/m2的稳态热流冲击。     

加工工艺对高性能铜合金组织和性能的影响

在真空感应炉熔炼得到Cu-0.2Cr-0.1Ag合金,研究了该合金在不同加工条件下的组织、强度和导电性变化.研究表明,通过固溶强化、时效强化和形变强化等手段的配合,可以获得高强度、高导电性的Cu-0.2Cr-0.1Ag合金.固溶、时效处理后的合金导电率达91%IACS,伸长率为37.4%.在固溶后加入冷变形,然后再时效,可以使强度提高84 MPa,而导电率不发生变化,再继续冷变形可以使强度提高到556 MPa.     

纤维结构W/Cu触头材料的制备

采用织网叠层法,以钨丝为纬线,铜丝为经线编织二维网,将网与铜坯叠放在一起,于真空烧结炉中熔渗的真空熔渗工艺制备纤维结构W/Cu触头材料。试验给出了该工艺的主要工艺参数。与粉末冶金制造的W/Cu触头材料的烧蚀性能作对比,从触头表面在电弧烧蚀后的熔层形貌分析表明,纤维结构W/Cu触头材料呈现较好的抗烧蚀特性。