W-Mo-Ti功能梯度材料的断口形貌研究

目前，金属-金属功能梯度材料的研究开发是材料科学领域的一大热点，但对采用共沉降法制备的金属-金属功能梯度材料微观组织的研究还很少，因而对此种功能梯度材料进行显微分析显得尤为重要．采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)，对共沉降法制备的W—Mo—Ti系功能梯度材料的显微组织、断口形貌进行了较详细的研究．     

梯度功能材料热应力缓和优化设计

在研究梯度功能材料效应力缓和优化问题时,提出了一个分析梯度功能材料中间层体积组分规律的关系式．并运用这个关系式．结合优化理论,对效应力缓和梯度功能材料进行了计算,并得出一些对梯度功能材料设计有价值的结论。     

WC-Co梯度硬质合金的渗碳处理工艺

对表面贫钴的无η相WC-Co硬质合金进行渗碳热处理制备梯度硬质合金。通过正交试验探究了各工艺参数对梯度结构的影响;利用极差分析与方差分析法确定最佳渗碳工艺参数水平。结果表明:各工艺参数对梯度结构和贫Co幅度的影响程度依次是渗碳温度、甲烷体积分数、渗碳时间及混合气体流速。随渗碳温度的升高和渗碳时间的延长,梯度层厚度和贫Co幅度增大;随甲烷体积分数的增大,梯度层厚度和贫Co幅度减小;随混合气体流量的增加,梯度层厚度和贫Co幅度先增大、后减小;最终确定了合理的制备工艺参数,即渗碳时间t=120min,渗碳温度T=1 420℃,甲烷体积分数φ=1.5%,混合气体流量qV=8L·min-1。     

金属－陶瓷梯度材料的热应力分析

分析了金属－陶瓷梯度材料的微观结构特征，并用Ｅｓｈｅｌｂｙ等效原理和Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ平均场理论导出了梯度材料性能预测的三相理论公式．在对性能预测的基础上，用有限元法计算了ＭｇＯ／Ｎｉ梯度材料体系的制备热应力；得到了一些有意义的结论．     

陶瓷／金属梯度材料瞬态传热的有限差分分析

利用有限差分法对陶瓷/金属梯度材料的瞬态传热问题进行数值计算,得出了线性梯度材料在不同瞬时的温度分布以及不同梯度结构的梯度材料在不同时刻的温度分布。     

金属/陶瓷梯度热障涂层的研究进展

综述了金属／陶瓷梯度涂层材料的作用机理、研究工作及应用领域、金属／陶瓷梯度热障层的制备工艺。     

功能梯度材料的进展

功能梯度材料是一种新型复合材料，介绍了功能梯度材料的概念，制备工艺，应用领域，设计方法及其特征评价，并讨论了功能梯度材料研究的主要方面。     

金属-陶瓷梯度材料动态温度响应变物性分析模型研究

以ZrO_2/Ti-6Al-4V金属-陶瓷梯度材料为例,研究了梯度材料在承受热冲击载荷作用时的动态温度响应分析模型问题。研究的重点是分析材料的热导率和热容随温度变化的特性(即变物性特性)对动态温度响应的影响。分析结果表明,当梯度材料承受热冲击载荷作用时,变物性特性对材料的动态温度响应和材料隔热性能预测的影响十分明显,在对梯度材料的隔热性能进行优化设计时,必须采用动态变物性温度响应分析模型和理论进行分析。     

金属—陶瓷梯度材料动态温度响应变特性分析模型研究

以ＺｒＯ２／Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ金属－陶瓷梯度材料为例，研究了梯度材料在承受热冲击载荷作用的动态温度响应分析模型问题，研究的重点是分析材料的热导率和热容随温度变化的特性（即变特性特性）对动态温度响应的影响。分析结果表明，当梯度材料承受热冲击载作用时，变物性特性对材料的动态温度响应和材料隔热性能预测的影响十分明显，在对梯度材料的隔热性能进行了优化设计时，必须采用动态变物性温度响应分析模型和理论进行分析     

离心铸造内生强化Al3Ni／Al功能梯度材料

采用离心铸造法制备ＡＩ３Ｎｉ／ＡＩ功能梯度材料，并研究了组织结构及物理力学性能。结果表明，离心铸造Ａ１－１０％Ｎｉ合金可获得ＮＩ３Ｎｉ强化相体积浓度和尺寸均呈梯度分布的材料。其强化相分布特征为，沿离心力方向，强化相尺寸逐渐增大，体积浓度逐渐增高。线膨胀系数、弹性模量、＊强度、韧性均随强化相的梯度分布变化。控制强化相的梯度分布即控制材料的性能变化。     

梯度多孔镁的制备及压缩性能研究

以镁粉和造孔剂碳酸氢铵为主要原料,采用粉末冶金技术制备梯度多孔镁。研究了造孔剂梯度分布和烧结温度对梯度多孔镁孔隙特性、烧结收缩行为以及压缩性能的影响。研究结果表明,随着梯度结构中间层造孔剂含量的增加,梯度多孔镁样品的平均孔隙度升高,烧结收缩率、抗压强度以及杨氏模量均降低。此外,随着烧结温度的升高,梯度多孔镁样品的平均孔隙度降低,烧结收缩率、抗压强度和杨氏模量均增加。造孔剂分布为质量分数5％15％的多孔镁样品经620＂C烧结2h后,平均孔隙度为27．3％,烧结收缩率为11．7％,抗压强度为24．5MPa,杨氏模量为1．83GPa．     

基于COMSOL的质子交换膜燃料电池梯度扩散层的数值模拟

为了研究质子交换膜燃料电池的扩散层结构对燃料电池导电、排水、导气等性能的影响,利用COMSOL Multiphysics软件对质子交换膜燃料电池进行仿真模拟分析,主要针对扩散层孔隙率沿厚度方向梯度变化的规律及燃料电池阴极侧传质过程和电池性能进行了模拟分析。结果表明：采用梯度结构的扩散层可以减小阴极水淹现象的发生,孔隙率梯度分布的扩散层电池性能优于孔隙率均匀分布的扩散层的电池性能;在平均孔隙率相同时,孔隙率梯度结构变化越大,阴极侧排水能力越强,液态水残留量越少。     

TiC涂层梯度硬质合金残余热应力分析

采用有限元方法分析有无梯度2种TiC涂层硬质合金的残余热应力,研究了残余应力随涂层及梯度层厚度的变化。结果表明:增加梯度层后,涂层内残余热应力的减小超过10%,合金中残余应力减小30%以上,表面残余应力也明显下降;随着涂层厚度的增加,涂层内拉应力大幅减小,剪切应力与等效应力略微增加,涂层梯度硬质合金的等效应力呈下降趋势;随着梯度层厚度的增加,涂层内残余应力减小,当梯度层厚度较大时,残余应力不再改变。因此,选择合适的涂层和梯度层厚度,涂层厚度一般为5～8μm,梯度层厚度控制在20μm左右,可以有效缓和残余应力,提高材料的结合强度。     

过共晶Al-16%Si合金梯度功能材料的组织与性能

采用离心技术成功地制备了过共晶Al 1 6%Si合金梯度功能材料。采用金相及扫描电子显微镜、HV 5型小负荷维氏硬度计及销盘式ML 1 0 0型磨粒磨损试验机研究了该梯度功能材料的组织、硬度及耐磨性的分布规律。结果表明 ,由于Si的密度比Al液的密度稍低 ,在离心力场中初晶硅向试样内侧移动。Al 1 6%Si合金梯度功能材料的组织分布为 :最内层初晶硅含量最多、尺寸也最大 ,由内向外 ,初晶硅的体积分数及尺寸均逐渐减小 ,且呈梯度变化。在外层一定厚度内 ,完全不含初晶硅 ;硬度分布为内层硬度较高 ,由内向外硬度逐渐减小 ,呈梯度分布 ;耐磨性由内向外呈梯度下降趋势     

多孔泡沫金属换热器内流体的流动和传热分析

对管间填充多孔泡沫金属的方形管壳式换热器内流体沿管间轴向强制层流的流动和恒热流密度的传热进行了理论研究。结果表明,流体的径向速度分布呈现类似于光管内湍流时近壁处薄层内变化率大,其余大部分区域平坦的特征;流体和泡沫的径向温度分布较为平坦;流体的压力降随泡沫孔数（ppi）增大的增长明显大于时流换热的Nu数随ppi数增大的增长;泡沫的孔隙率越小,流体的压力降越大,对流换热的Nu数也越大。     

粉末冶金法制备梯度多孔Mg-Ca合金

采用粉末冶金法以碳酸氢铵为造孔剂、镁粉和钙粉为原料,制备了梯度多孔Mg-Ca合金。研究了造孔剂含量、分布和烧结温度对梯度多孔Mg-Ca合金孔隙特性的影响。测量了烧结产物的弯曲性能。研究结果表明随着中间层造孔剂含量的降低,孔隙梯度分布加大,试样的平均孔隙度降低,但梯度孔隙结构导致试样的抗弯强度增加。此外,随着烧结温度的升高,梯度多孔Mg-Ca合金的平均孔隙度降低,抗弯强度增加。XRD和SEM观察结果都表明,烧结产物中没有造孔剂碳酸氢铵的残留,主要有Mg和Mg2Ca两相组成。     

基于梯度信息的实时优化与控制集成策略

针对工业过程的最优操作问题,分析过程系统的层次模型,提出实时优化与控制集成的级联结构. 对于优化层采用基于梯度信息的稳态实时优化方法,通过在线采集过程测量值,估计过程的梯度信息,更新设定值. 不需要使用显式的过程模型,可以有效抑制模型失配对优化目标的影响. 利用最小二乘的思想求解梯度向量,降低计算成本,可应用于大规模工业过程的稳态实时优化. 提出非线性过程中被控变量的选取方法,利用非线性模型计算平均损失,优化效果具有全局性. 为了快速求解非线性规划问题,对某些条件进行合理假设,从而获得次优解,给出求解被控变量的解析方法,提高计算效率,同时将优化层与控制层联系起来. 通过对数值算例、蒸发过程和放热反应过程的研究,验证所提出方法的有效性.     

离心铸造条件对Mg_2Si/Al梯度复合材料组织与性能的影响

采用离心铸造法制备了内外层特别是内层富含细小Mg2Si颗粒的铝基梯度复合材料。研究了模具离心转速和预热温度对Mg2Si/Al梯度复合材料内层显微组织和性能的影响。研究结果表明,随着模具离心转速的增大,铸件内层Mg2Si颗粒相分布趋于均匀,颗粒相体积分数、显微硬度和耐磨性能均有较大幅度提高。而模具预热温度对铸件内层颗粒相体积分数及性能影响较小。在模具离心转速为1560 r/min,预热温度为300℃的条件下,铸件内层性能达到最佳值,磨损率仅为相同干滑动摩擦磨损条件下HT200的1/30~1/40。     

Multi-physical field coupling simulation of TCVI process for preparing carbon/carbon composites

To prepare Carbon/Carbon (C/C) composites with advanced performance, the thermal gradient chemical vapor infiltration (TCVI) process has been optimized by simulation. A 2D axisymmetric unstable model was built, which included convection, conduction, diffusion, densification reactions in the pores and the evolution of the porous medium. The multi-physical field coupling model was solved by finite element method (FEM) and iterative calculation. The time evolution of the fluid, temperature and preform density field were obtained by the calculation. It is indicated that convection strongly affects the temperature field. For the preform of carbon/carbon composites infiltrated for 100 h by TCVI, the radial average densities from simulation agrees well with those from experiment. The model is validated to be reliable and the simulation has capability of forecasting the process.