316L不锈钢/铜梯度复合材料的微观组织与成分分布

利用无压浸渗法制备了316L不锈钢/Cu梯度复合材料,研究了该复合材料中不锈钢球的溶解变化形貌及成分分布规律.结果表明,溶解不锈钢球的形态及分布演变特征为从边缘溶解形态为短齿状,演变为大量的树枝与部分颗粒的混合形态,最后变为完全的颗粒形态;复合材料成分变化特征为无论钢球是否溶解,在界面处成分过渡梯度很大并且基体成分中Cu含量均在86%左右.     

基于有限元方法的硬质合金/Ti/TiC/Ta-c多梯度复合涂层的残余热应力分析

基于有限元方法,通过Ansysworkbench软件分析了硬质合金梯度涂层的热应力缓和机制。比较了单层Ta-c涂层、Ti/Ta-c复合涂层及Ti/Ti C/Ta-c多梯度复合涂层对热应力场的影响。分析了Ti/Ti C/Ta-c多梯度复合涂层中Ti、Ti C、Ta-C层厚度和涂层沉积温度等因素对热应力的影响。结果表明:3种涂层中,等效应力最大值皆出现在最表层的Ta-c层中,且Ti/Ta-c复合涂层所受等效应力最大,为354.74 MPa;单层的Ta-c涂层等效应力值最小,为132.89MPa;在Ti和Ta-c之间增加Ti C过渡层时,等效应力减小为251.76 MPa。Ti C、Ta-C层厚度对热应力的影响较大;涂层热应力随着涂层沉积温度的升高逐渐呈线性关系递增,且随温度的增加,Ta-c层中的sp~3键会向sp~2键转化,转化过程中碳sp~3键释放应力,会使涂层残余应力有所减小。     

非对称HA/316L不锈钢梯度生物材料的制备与表征

采用干粉铺叠法和热压工艺制备了非对称HA/316L不锈钢功能梯度生物材料,并测定了其相对密度和抗弯强度,采用X射线衍射仪、扫描电镜、金相显微分析技术等对材料进行了物相和显微组织分析.结果表明:非对称HA-316L不锈钢生物FGM在宏观上呈现明显的梯度分布,微观上则各成分分布连续、均匀,各梯度层之间没有明显的宏观界面,界面结合紧密;随着316L不锈钢含量的增大,材料的相对密度增加,抗弯强度提高,平均抗弯强度达450 MPa左右,体现出FGM的热应力缓和行为;此外,在生物FGM中,HA和316L不锈钢两相在热压过程中发生了不同程度的固溶,表明HA和316L不锈钢能够形成好的结合.     

MoSi2/不锈钢连接梯度过渡层的残余应力

采用放电等离子烧结（SPS）技术,利用MoSi2/316L梯度材料作为过渡层连接MoSi2与316L不锈钢,并运用有限元软件ANSYS对MoSi2与316L不锈钢接头制备过程中所产生的残余应力进行分析。结果表明：随成分分布指数P增加,最大径向和轴向残余拉应力先减后增,当P=0.8时,两者同时接近最小,且MoSi2侧的最大径向拉应力较小;随梯度层数n增加,最大径向和轴向残余拉应力逐渐减小,当n=9时,最大径向和轴向残余拉应力分别降为n=0时的24%和25%,且梯度层继续增多时,变化趋势变得平缓;随梯度层厚度d增加,最大径向和轴向残余拉应力逐渐减小,当d=1.0 mm时,变化趋势平缓;利用P=0.8、d=1.0 mm、n=9的MoSi2/316L梯度材料作为过渡层体系获得致密且均匀的连接接头。     

ZTAp/HCCI复合材料热处理条件下的界面残余热应力

基于ANSYS有限元模拟,采用随机分布,建立了不同体积分数(10％、15％、20％、30％)、不同界面过渡区厚度(0、10、20、50和100μm)的ZTA陶瓷颗粒增强高铬铸铁基复合材料模型.结合实验,研究了不同复合材料热处理后的残余应力分布.结果 表明:复合材料界面过渡区域的存在能够降低界面残余热应力.随着界面过渡区尺寸的增加,残余热应力呈现先增大后减小的趋势.颗粒体积分数低时,界面过渡区对复合材料残余热应力影响作用大;颗粒体积分数高时,ZTA颗粒对复合残余应力起主要影响作用.     

材料硬化模型对316L不锈钢焊接残余应力的影响

316L奥氏体不锈钢具有较强的应变硬化特征,建立合适的硬化模型可以更加准确地预测焊接残余应力.建立一种新型的非线性混合硬化模型,基于SYSWELD软件,采用间接耦合的三维热弹塑性有限元法模拟316L奥氏体不锈钢三道槽焊缝的残余应力.结果表明,材料的硬化模型对焊接残余应力的预测具有重要的影响,随着热循环次数的增加,硬化模型的影响越明显;与实际测量结果比较,随动硬化模型低估了焊接残余应力,等向硬化模型高估了残余应力,采用非线性混合硬化模型可以更加准确地模拟焊接残余应力.     

颗粒增强镁基复合材料热残余应力的有限元分析

由于基体与增强相之间热膨胀系数的差异,颗粒增强镁基复合材料在制备和热处理过程中,在颗粒和基体的界面处会产生热残余应力。通过建立了随机颗粒模型,利用有限元模拟分析了复合材料降温过程中颗粒形状、颗粒尺寸和颗粒质量分数对基体热残余应力的影响。结果表明:颗粒形状对基体热残余应力影响较大。颗粒形状越接近球形,基体上等效应力越小;单胞、多胞模型基体上热残余应力随颗粒尺寸的增大而增大,相同尺寸下随颗粒质量分数的增大而增大;对于多胞模型基体,颗粒与基体应力的交错会使热残余应力有所降低。     

WC-Co梯度硬质合金的本构关系及应用

功能梯度硬质合金实现了高硬度与高强度的完美结合. 然而, 由于材料成分及物性的梯度变化使得材料内部的残余热应力影响了产品的性能. 为了分析制备及服役过程中梯度硬质合金中残余应力的影响, 通过定义弹性约束因子和引入塑性约束因子得到了材料的弹塑性本构关系. 将此本构模型结合有限元方法得到了梯度硬质合金内部残余热应力的分布. 数值计算结果表明: 残余热应力主要集中在样品近表面的梯度区. 在富钴区出现了拉应力, 而在表明出现了压应力, 表面最大压应力有380MPa. 同时, 采用X射线衍射法测试了样品的表面应力, 得到的结果是-379.75Mpa. 实验观测与数值模型符合较好.     

WC-Co梯度硬质合金的本构关系及应用（英文）

功能梯度硬质合金实现了高硬度与高强度的完美结合。然而,由于材料成分及物性的梯度变化使得材料内部的残余热应力影响了产品的性能。为了分析制备及服役过程中梯度硬质合金中残余应力的影响,通过定义弹性约束因子和引入塑性约束因子得到了材料的弹塑性本构关系,将此本构模型结合有限元方法得到了梯度硬质合金内部残余热应力的分布。数值计算结果表明:残余热应力主要集中在样品近表面的梯度区。在富钴区出现了拉应力,而在表明出现了压应力,表面最大压应力有380 MPa。同时,采用X射线衍射(sinψ)~2法测试了样品的表面应力,得到的结果是–379.75 MPa,实验观测与数值模型符合较好。     

纤维增强金属基复合材料中轴向热残余应力分析

采用ANSYS有限元分析软件,通过显微复合材料模型,系统地分析了纤维直径、TiC 中间层厚度、纤维体积分数和制备温度等因素对SiC纤维增强Cu基复合材料轴向热残余应力的影响特征.结果表明,纤维直径的变化并不影响热应力的人小,但直径越小应力梯度越大;TiC中间层的厚度变化对自身及基体中的应力影响较小:但制备温度的变化对TiC层中的热应力影响较大;纤维体积分数的变化对纤维和基体中的热应力也有着非常显著的影响.     

316L不锈钢表面Ni-Ti合金薄膜的力学特性研究

目的提高316L不锈钢表面的硬度及耐磨性能。方法采用磁控溅射法在316L不锈钢表面制备Ni-Ti合金薄膜,并通过纳米压入法对316L不锈钢表面、Ni-Ti合金薄膜和Ni-Ti合金材料的力学性能进行测试,分析不锈钢基Ni-Ti薄膜的耐磨性能。应用有限元反演分析方法求解基体和薄膜的弹塑性幂本构关系。结果316L不锈钢与Ni-Ti合金抵抗载荷的能力较弱,但316L不锈钢表面Ni-Ti薄膜抵抗外加载荷的能力较强,且抵抗塑性变形的能力得到强化。Ni-Ti薄膜、316L不锈钢基体和Ni-Ti合金的硬度分别为8.2795、5.2405、2.9498 GPa,薄膜的硬度明显大于基体和Ni-Ti合金,说明Ni-Ti薄膜使得316L不锈钢的耐磨性显著提高。薄膜的弹性性能较基体与Ni-Ti合金有明显优势。为研究薄膜的弹塑性性能,建立ABAQUS二维有限元模型,考虑Berkovich压头和试样之间摩擦系数为0.16,通过纳米压入实验和有限元分析的对比,反演分析分别计算得到基体和薄膜的特征应力、特征应变、应变强化因子,继而确定初始屈服应力,得到Ni-Ti合金薄膜和316L不锈钢基体的弹塑性幂本构关系。结论 Ni-Ti薄膜具有良好的力学特性,使316L不锈钢表面的硬度显著提高,因此有效提高了不锈钢的耐磨性能。     

Finite Element Simulation for Laser Direct Depositing Processes of Metallic Vertical Thin Parts（3）

利用模拟不锈钢直薄壁件沉积过程中热应力场的计算结果,分析了直薄壁件产生的“圣诞树”台阶和基板的变形特征．分析结果说明,“圣诞树”台阶产生的原因是激光束扫描路径的起点与终点处温度场特征的不同和熔池温度的差别．基板的翘曲变形仅产生在基板上有沉积材料的部位,基板的左、右端部产生刚性位移．基板端部位移的实验测量与有限元计算结果相符合,证明了分析温度场和热应力场的有限元模型的正确性．     

基于有限元模拟的20/316L双金属复合管拉拔参数的优化

借助有限元软件ABAQUS6.5模拟研究20碳钢作基管、316L不锈钢作内衬管的双金属复合管的拉拔成形过程,分析稳定拉拔阶段成形区内轴向、径向和环向应力的分布,找出拉拔后衬管出现横裂、纵裂及模具受磨损的原因,探讨拉拔力和内外管间残余接触压力的分布规律.通过正交实验法进一步研究拉拔参数(模具锥半角α、过渡圆弧半径r、定径带长度l、摩擦因数μ、拉拔速度v、模具直径d)对拉拔20/316L双金属复合管的影响,采用极差和方差分析法对模拟结果进行分析,得到复合管在最大残余接触压力条件下的最优拉拔工艺参数(α=11-、r=3 mm、l=7 mm、μ=0.05、v=0.03 m/s、d=17.3 mm)及各因素对分析指标的影响规律.在此基础上对优化方案进行数值模拟,模拟结果表明了正交实验对拉拔复合管参数优化的有效性.应用拉拔试验表明,参数优化后的硬质合金拉拔模具的工作寿命比未优化前硬质合金模具的工作寿命高出6倍.     

医用 316L 不锈钢表面多巴胺 / BSA 复合膜缓蚀性能研究

目的研究医用316L不锈钢表面组装多巴胺/牛血清白蛋白分子(BSA)复合膜的缓蚀性能。方法采用浸泡法在医用316L不锈钢表面制备以多巴胺自组装膜为桥接层的多巴胺/BSA复合双层自组装膜,通过动电位扫描、交流阻抗测试,SEM,EDX等手段分析BSA组装液质量浓度对复合双层自组装膜吸附行为及耐蚀性能的影响。结果在合适的自组装条件下可获得具有缓蚀效果的复合双层膜。BSA质量浓度过高和过低均对缓蚀性能有不利影响,当BSA质量浓度为40 g/L时,复合双层膜对生理盐水环境中316L不锈钢取得最佳缓蚀效率,缓蚀效率由单层多巴胺的62.4%增加至83.9%。结论多巴胺成功嫁接BSA分子,使其吸附在不锈钢表面,和单层BSA吸附相比,其吸附量大大提高,表明对于316L不锈钢人体植入材料,可以利用多巴胺桥接BSA获得兼具生物活性和耐腐蚀性的改性表面。     

基于有限元模拟的20/316L复合管拉拔成形分析

为研究20/316L复合管拉拔成形过程,给出拉拔成形时轴向应力和径向应力对成形区内金属流动的影响,运用非线性有限元分析软件ABAQUS/Explicit,对20/316L复合管拉拔过程进行仿真,得到了拉拔完成后稳定拉拔阶段的轴向应力、径向应力及等效塑性应变的分布,分析了拉拔全过程内外管之间残余接触压力的变化,以及稳定拉拔阶段拉拔力的分布规律。实验表明,经参数优化后的硬质合金拉拔模具的工作寿命是未优化前模具的6倍,并且得到了具有优良综合性能的内衬不锈钢复合管,该研究可节约分析时间,降低成本,又可为提高复合管质量、延长模具寿命提供参考。     

络合剂对316L不锈钢化学机械抛光效果的影响

为提高316L不锈钢化学机械抛光（chemical-mechanical polishing,CMP）效率,针对络合剂类型对316L不锈钢加工效果的影响及影响机制进行研究。以材料去除率（material removal rate,MRR）和表面粗糙度（R_a）为指标,探究络合剂类型（甘氨酸、草酸和柠檬酸）及浓度对抛光效果的影响。利用电化学工作站、接触角测量仪和X射线光电子能谱仪（XPS）分析络合剂对316L不锈钢CMP加工影响机制。结果表明:当甘氨酸质量分数为0.2%时,能够同时获得较高的材料去除率和较低的R_a,分别为210 nm/min和1.613 nm。高浓度的络合剂对316L不锈钢材料去除率的抑制作用来源于络合剂增强了316L不锈钢表面耐蚀性,降低了表面氧化速度。XPS分析表明部分甘氨酸络合物会吸附于316L不锈钢表面产生缓蚀作用。      

不锈钢表面含Cu功能梯度复合改性层的制备及抗菌性能

为提高奥氏体不锈钢(ASS)的耐磨性及赋予其抗菌性能,应用改进的活性屏离子渗氮(ASPN)技术,将纯铜冲孔板置于不锈钢冲孔板上面作为活性屏的顶盖,对316奥氏体不锈钢在低温下(430℃)进行表面渗氮处理,在其表面形成由含Cu抗菌沉积层和S相(氮在奥氏体中的过饱和固溶体γ_N)硬质支撑层组成的功能梯度复合改性层。用扫描电镜(SEM)及其所附能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)表征复合改性层的组织形貌、成分及相结构。用显微硬度计和往复摩擦磨损试验机测试了基体和复合改性层的显微硬度和摩擦磨损性能,用金黄色葡萄球菌进行体外抗菌试验评价复合改性层的抗菌性能。结果表明,在偏压达到250 V后,形成了连续分布的硬质S相扩散层和含Cu沉积层组成的复合改性层。改性层表面最高硬度可达928 HV0.05,与Si₃N₄小球对磨时比磨损率较基体降低约57.76%,显著提高了不锈钢的耐磨性。抗菌试验表明,复合改性层与金黄色葡萄球菌接触24 h后,对金黄色葡萄球菌抗菌率提高到98.5%。改进的活性屏离子渗氮技术制备的功能梯度复合改性层可以有效提高...     

316L不锈钢25～350℃中的拉伸行为及流变应力计算

通过高温试验装置在模拟井下工况温度25～350℃范围内进行了316L不锈钢的拉伸试验。结合拉伸试验数据、拉伸后微观结构以及断口形貌对316L不锈钢的25～350℃范围内的拉伸变形行为进行了探讨。应用温加工变形理论,建立了316L不锈钢在井下温度场环境中的形变本构方程。基于拉伸试验数据,计算了应变速率因子Z,变形激活能Q,建立了316L不锈钢温变形过程的流变应力计算模型,为完井设计中膨胀管膨胀施工提供了参考依据。