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基于改进型YOLOv5算法的IN718镍基合金激光熔覆孔隙高精度检测及其控制方法 被引量：1
1
作者 盛杰 王勇 +6 位作者 徐天翊 林相奇 孟宪凯 周建忠 陈峰 李果 黄舒 《中国表面工程》 北大核心 2025年第3期139-151,共13页
为了提升激光熔覆损伤修复件中孔隙的检测精度,以调整激光熔覆工艺参数,从而减少熔覆层气孔、开裂等缺陷,提升激光熔覆层质量,开展IN718镍基合金不同工艺参数下的激光熔覆试验,并开发一种改进型SP-YOLOv5孔隙检测算法。在输入层与卷积... 为了提升激光熔覆损伤修复件中孔隙的检测精度,以调整激光熔覆工艺参数,从而减少熔覆层气孔、开裂等缺陷,提升激光熔覆层质量,开展IN718镍基合金不同工艺参数下的激光熔覆试验,并开发一种改进型SP-YOLOv5孔隙检测算法。在输入层与卷积层之间增加Coordatt注意力机制模块,从而增强特征图的空间位置信息权重;改写YOLOv5网络结构,以增强网络模型对孔隙类小目标的检测能力;采用Soft-NMS代替原有NMS(非极大值抑制)进行检测结果后处理,进一步降低网络漏检率;将SP-YOLOv5算法孔隙检测结果与YOLOv5、Faster RCNN、RCNN以及ImageJ软件分析结果进行对比,得出SP-YOLOv5算法模型比其他算法模型的精度最高提升了10.57%;在此基础上,通过对激光熔覆熔池温度、熔池面积及熔覆层横截面孔隙率、熔宽、熔高、熔深等的测量,基于Stacking算法建立激光熔覆工艺参数与孔隙率的回归预测模型,并采用目标优化算法获得了较优激光熔覆工艺参数组合(激光功率1330 W、扫描速度460 mm/min、送粉率13 g/min),对熔覆件进行孔隙参数测量,结果显示,在这些优化参数下,Stacking模型预测的孔隙率与实际测量值的一致性达到97.5%,验证了优化方法的有效性,研究结果可为激光熔覆层孔隙缺陷的有效控制提供理论依据。 展开更多
关键词 激光熔覆 孔隙 计算机视觉 深度学习 目标 优化
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弹体热防护涂层材料及制造技术工程实践
2
作者 肖军 陈建敏 +5 位作者 廖志忠 王建 杨硕 曾一兵 孙伟华 程功 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期442-453,共12页
高速机载导弹弹体结构热防护涂层材料及防热涂装工程技术在产品研制、批产交付、使用维护和战斗力发挥等方面发挥重要作用。该类产品产量大,且任务剖面和寿命剖面具有服役环境严酷、使用维护要求高等特点;其批产交付有别于航天飞行器、... 高速机载导弹弹体结构热防护涂层材料及防热涂装工程技术在产品研制、批产交付、使用维护和战斗力发挥等方面发挥重要作用。该类产品产量大,且任务剖面和寿命剖面具有服役环境严酷、使用维护要求高等特点;其批产交付有别于航天飞行器、箱式或筒装的战略/战术导弹及常见机械、船舶等装备设施所用常规表面涂装技术以及实验室材料制备、测试和表征。以实现先进性能、稳定批产交付高可靠性产品为目标,针对产品结构热防护自主工程研制面临批生产规格繁多、形貌复杂、数量大、已有涂装材料工艺施工难、周期长、质量不易监控、故障多及成本受限等诸多困难及工程问题,开展一系列表面工程技术应用研究。结合该产品结构和使用维护、任务与寿命剖面特点的深度分析,研讨产品适用的外防热涂层、内隔热涂层工程材料体系的选用,大批量、高效防热涂装生产技术研发以及产品质量监控相关的理化检测、工序检验和交付检验及故障处理等直接影响批产交付相关专项技术所开展的应用研究和工程实践。研究结果可为相关材料的改进、新研和工程应用提供有益的借鉴和参考。 展开更多
关键词 工程应用研究 热防护涂层 防热涂装/防热涂装生产技术 质量检验 故障分析 机载导弹和空空导弹
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空间原子氧防护涂层技术研究现状及挑战
3
作者 王虎 何延春 +10 位作者 李中华 周超 李坤 李学磊 左华平 王晓毅 王兰喜 杨淼 李毅 周晖 张斌 《中国表面工程》 北大核心 2025年第1期40-56,共17页
原子氧防护涂层是保障低轨航天器长寿命高可靠的有效途径。简要阐述原子氧防护涂层的研究进展,对影响原子氧防护涂层性能的因素进行研究。结果表明,涂层的表面粗糙度会增加原子氧与材料表面的碰撞概率,涂层中的缺陷会提供原子氧的侵蚀通... 原子氧防护涂层是保障低轨航天器长寿命高可靠的有效途径。简要阐述原子氧防护涂层的研究进展,对影响原子氧防护涂层性能的因素进行研究。结果表明,涂层的表面粗糙度会增加原子氧与材料表面的碰撞概率,涂层中的缺陷会提供原子氧的侵蚀通道,涂层的成分与结构会影响原子氧反应的概率。调查空间原子氧防护涂层的种类,分析不同类型涂层的特点。无机涂层防护性能优异,但其柔韧性较差;有机硅涂层柔韧性较好,但在大通量原子氧作用下易出现缺陷;复合结构涂层可以满足多种功能复合的需求,但对工艺要求也较高。对涂层制备方法进行整理归纳,对比分析磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、离子束共沉积、原子层沉积、溶胶-凝胶、前驱体光解/水热固化六种不同制备技术的优缺点以及应用对象。分析介绍原子氧防护涂层的进一步发展趋势。研究结果为我国低轨航天器材料的原子氧防护提供必要的研究依据和参考,为原子氧防护涂层技术的发展提供研究思路。 展开更多
关键词 原子氧 防护 涂层 制备
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超声表面深滚压改善增材制造316L不锈钢微观组织和耐磨性
4
作者 张涛 韩静 +2 位作者 曹超 黄笛 赵继云 《中国表面工程》 北大核心 2025年第3期121-129,共9页
增材制造316L不锈钢及其零部件具有高效、自由成型、优异力学和腐蚀性能等优势,为矿山机械及工程装备关键零部件、液压元件等结构—功能一体化制造奠定了基础。然而,增材制造316L不锈钢耐磨性不足,极大限制了其广泛应用。尝试采用超声... 增材制造316L不锈钢及其零部件具有高效、自由成型、优异力学和腐蚀性能等优势,为矿山机械及工程装备关键零部件、液压元件等结构—功能一体化制造奠定了基础。然而,增材制造316L不锈钢耐磨性不足,极大限制了其广泛应用。尝试采用超声表面深滚压(USSR)方法改善选区激光熔化(SLM)制造316L不锈钢的微观组织,进而提高其耐磨性。微观组织表征表明,USSR方法在SLM制造316L不锈钢表层形成梯度异质结构,表层晶粒细化至87 nm。室温磨损试验表明,相较于SLM试样,USSR试样在干摩擦和乳化液润滑条件下磨损体积分别降低了46.93%和49.58%。耐磨性提高主要来源于梯度异质结构带来的高硬度和变形抗力。研究结果为改善增材制造316L不锈钢及其零部件的耐磨性提供了新的途径。 展开更多
关键词 增材制造 选区激光熔化(SLM) 316L不锈钢 梯度 磨损
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铝合金表面机械强化疲劳性能研究进展
5
作者 高冲 董丽虹 +3 位作者 刘彬 吕晓仁 张宇鹏 李征奇 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期115-131,共17页
表面机械强化技术作为提升铝合金结构部件疲劳性能的有效手段,在表面改性领域应用广泛。然而,在选择强化技术与确定工艺参数时,尚缺乏统一的预判强化后疲劳性能的标准。现阶段关于表面强化处理后性能演变对疲劳性能影响机理的研究尚浅,... 表面机械强化技术作为提升铝合金结构部件疲劳性能的有效手段,在表面改性领域应用广泛。然而,在选择强化技术与确定工艺参数时,尚缺乏统一的预判强化后疲劳性能的标准。现阶段关于表面强化处理后性能演变对疲劳性能影响机理的研究尚浅,且缺乏系统性总结。从表面机械强化塑性变形方式出发,综述压入、碾磨、滚压及多种方法组合的典型表面机械强化技术及发展现状,归纳不同类型的表面机械强化技术对铝合金表面形貌、显微组织、显微硬度、残余应力等方面的影响规律。从疲劳寿命、疲劳裂纹萌生、疲劳裂纹扩展的角度整合表面机械强化技术对铝合金疲劳性能的影响规律及研究方法。鉴于影响机制的复杂性,深入分析表面机械强化对铝合金疲劳性能的作用机制,为工程应用提供了理论支撑与实践指导,填补了在合理选择技术、确定工艺参数及预判强化后疲劳影响机理方面系统性分析的空白。最后,基于当前研究瓶颈,对强化后铝合金疲劳性能的未来研究方向进行展望。 展开更多
关键词 表面机械强化 梯度结构 残余应力 裂纹萌生 裂纹扩展
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喷涂功率对8YSZ/NiCrAlY防护涂层微观结构及抗热震性能的影响
6
作者 陕钰 杨晶晶 +5 位作者 孙虎伟 易戈文 万善宏 马飞 刘海军 马小强 《中国表面工程》 北大核心 2025年第3期316-329,共14页
为提高内燃机热效率,减少散热损失,在内燃机受热零部件表面制备热障陶瓷涂层来发展低散热内燃机,提升内燃机关键受热部件的隔热量和抗高温热冲击损伤能力。采用大气等离子喷涂技术制备了8YSZ/NiCrAlY双层热防护涂层。利用XRD、Raman和SE... 为提高内燃机热效率,减少散热损失,在内燃机受热零部件表面制备热障陶瓷涂层来发展低散热内燃机,提升内燃机关键受热部件的隔热量和抗高温热冲击损伤能力。采用大气等离子喷涂技术制备了8YSZ/NiCrAlY双层热防护涂层。利用XRD、Raman和SEM等表征了YSZ粉体及其涂层的物相组成和显微结构,探究了不同喷涂功率对所制备YSZ涂层组织结构-物相组成及其力学性能的影响,特别是采用马弗炉加热-水淬方式在800℃评价了涂层的抗热震性能,并对其失效机制进行了初步探究。研究结果表明,随喷涂功率从35.75 kW增至42 kW,制备的YSZ涂层物相均由四方相氧化锆组成,涂层未熔融区减小甚至消失,形成明显的柱状晶区和等轴晶区;孔隙和微裂纹数量呈下降趋势,涂层变得更加致密,显微硬度呈先增大后降低趋势,而结合强度缓慢增加。所制备C4(42 kW)YSZ涂层具有较好的显微硬度(817.15±58.65 HV_(300g))和结合强度(66.37±4.90 MPa)。在热冲击试验800次后,C4涂层表现出最好的抗热震性能,但对涂层微观组织结构和性能的损伤严重,已接近涂层热冲击寿命。研究结果为内燃机重要受热部件热防护涂层使役可靠性提供理论依据和关键数据支撑。 展开更多
关键词 等离子喷涂功率 YSZ热防护涂层 扁平粒子 抗热震性能
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兜孔织构的圆柱滚子轴承打滑及生热特性
7
作者 刘延斌 李旭莹 宁仲 《中国表面工程》 北大核心 2025年第4期347-362,共16页
高速圆柱滚子轴承的保持架打滑及摩擦生热是亟待解决的问题,圆兜孔-滚子在滚子轴承中具有高滑速和协调动态接触的特征,在兜孔表面添加微织构势必影响兜孔润滑、保持架打滑及轴承摩擦生热,但其影响规律目前尚不清晰。基于动态Reynolds方... 高速圆柱滚子轴承的保持架打滑及摩擦生热是亟待解决的问题,圆兜孔-滚子在滚子轴承中具有高滑速和协调动态接触的特征,在兜孔表面添加微织构势必影响兜孔润滑、保持架打滑及轴承摩擦生热,但其影响规律目前尚不清晰。基于动态Reynolds方程和Winkler弹性基础模型,建立沟槽织构圆兜孔-滚子协调动态接触润滑模型,运用牛顿-欧拉动力学理论,建立轴承的动力学模型,采用有限差分法、多重网格法及Runge-Kutta积分法实现兜孔润滑与轴承动力学模型的耦合求解,研究圆兜孔沟槽织构的面积率、沟槽数和沟槽深度对兜孔润滑、保持架打滑及轴承摩擦生热的影响规律。结果表明:无论兜孔是否有织构,当轴承高速稳定运转时,兜孔油膜的压力/厚度分布主要取决于滚子的方位角,在非承载区滚子与兜孔后侧的油膜压力远大于与前侧的油膜压力,在承载区则与之相反,但是有沟槽织构的兜孔能够保证双侧都有流体动压效应,而无织构的兜孔则不能保证双侧都存在流体动压效应;有沟槽织构的保持架打滑率和轴承摩擦功耗均比无织构的低,且在沟槽深度小于0.17 mm的范围内,保持架打滑率和轴承摩擦功耗随着沟槽深度的增加而减小,然而当沟槽深度大于0.17 mm时,保持架打滑率和轴承摩擦功耗均有所回升;保持架打滑率和轴承摩擦功耗随着织构面积率的增加而减小;沟槽数对保持架打滑率和轴承摩擦功耗的影响不大。建立兜孔润滑/轴承动力学耦合模型,探究兜孔表面织构对兜孔润滑、保持架打滑及轴承摩擦生热的影响规律,可为圆柱滚子轴承的摩擦学/动力学耦合分析及防滑减摩研究提供参考。 展开更多
关键词 圆柱滚子轴承 兜孔 表面织构 摩擦学/动力学耦合 保持架打滑 摩擦生热
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基于激光熔覆机器人的复杂曲面路径规划与实现
8
作者 宋玉杰 吴意发 +1 位作者 祖海英 陈文启 《中国表面工程》 北大核心 2025年第4期335-346,共12页
目前激光熔覆技术可用于简单平面零件局部损伤表面的修复,但针对复杂曲面零件的激光熔覆修复还存在许多问题。为实现激光熔覆再制造技术在复杂曲面上的应用,结合逆向工程和机器人技术,开展复杂曲面激光熔覆路径的生成研究。基于逆向工程... 目前激光熔覆技术可用于简单平面零件局部损伤表面的修复,但针对复杂曲面零件的激光熔覆修复还存在许多问题。为实现激光熔覆再制造技术在复杂曲面上的应用,结合逆向工程和机器人技术,开展复杂曲面激光熔覆路径的生成研究。基于逆向工程,以螺杆泵转子的螺旋曲面作为研究对象,利用等距平行平面组与试件表面求交得到熔覆路径,针对传统等弓高误差法在曲率变化较大场合的局限性,提出一种曲线离散方法离散熔覆路径,完成路径平滑过渡处理。通过机器人正逆运动学分析验证和运动链的解耦分析,完成激光熔覆机器人轨迹规划;在机器人离线编程软件PQart中搭建机器人激光熔覆仿真平台,进行仿真模拟。选取合适材料与工艺参数,开展复杂曲面机器人激光熔覆试验。结果表明:该方法下的激光熔覆加工路径与曲面轮廓的最大弓高误差在设定目标值范围内,熔覆曲面表面平滑,波纹度小,在曲率变化较大部位搭接良好,整体成型质量较好。研究实现了复杂曲面零件的路径规划,并验证了其合理性与有效性,可为激光熔覆技术在复杂曲面零件上的修复提供参考。 展开更多
关键词 逆向工程 机器人 复杂曲面 路径规划 激光熔覆
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纳米二氧化硅/氟碳树脂耐用超疏水复合涂层制备及防覆冰特性
9
作者 石尔 刘博文 +2 位作者 赵斌 姜昌伟 周武林 《中国表面工程》 北大核心 2025年第4期244-254,共11页
现有超疏水涂层在风力机叶片防覆冰应用中存在制备复杂和耐久性不足的问题。为解决这一问题,采用二步喷涂法在玻璃纤维增强环氧树脂基材上制备出接触角达156.1°的超疏水复合涂层。将疏水性的氟碳树脂作为粘合剂层喷涂后,再将γ-(2... 现有超疏水涂层在风力机叶片防覆冰应用中存在制备复杂和耐久性不足的问题。为解决这一问题,采用二步喷涂法在玻璃纤维增强环氧树脂基材上制备出接触角达156.1°的超疏水复合涂层。将疏水性的氟碳树脂作为粘合剂层喷涂后,再将γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂改性的二氧化硅纳米颗粒分散体喷涂到半固化的粘合剂层,通过自由沉降使得纳米颗粒在氟碳树脂内均匀分布,并增加涂层的疏水性。研究表明:复合涂层表面形成典型的超疏水微纳米结构,涂层中各元素分布均匀。涂层经400目砂纸磨损160个周期后,接触角、滚动角分别保持在152.9°和8.7°。超疏水复合涂层表面在−12℃工况下,结冰粘结强度为97.6 kPa,相较未涂层表面降低了72.1%,延迟结冰时间长达2413 s,相较未涂层表面增加了574%;模拟雨凇动态覆冰工况下,覆冰质量为4.63 g,相较未涂层表面减少了54.58%。二步喷涂法和自组装沉降技术有效提高了超疏水复合涂层的防覆冰性能和耐久性,为风力机叶片防覆冰领域的实际应用提供了新的解决方案。 展开更多
关键词 二步喷涂法 超疏水复合涂层 氟碳树脂 改性二氧化硅 防覆冰
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形变时效对喷射沉积高锌7034铝合金微观组织和力学性能的影响
10
作者 郭洪飞 孙数理 +2 位作者 郭文霞 侯小虎 陈晓东 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期325-333,共9页
喷射沉积7034铝合金具有比强度高、韧性好、密度低等优点,但在汽车、飞机等零部件领域的应用中力学性能还达不到要求。在时效前引入预变形,改善时效态7034铝合金的力学性能。采用电子背散射衍射技术(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)等表征... 喷射沉积7034铝合金具有比强度高、韧性好、密度低等优点,但在汽车、飞机等零部件领域的应用中力学性能还达不到要求。在时效前引入预变形,改善时效态7034铝合金的力学性能。采用电子背散射衍射技术(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段对合金晶粒状态及析出相演变进行分析,并借助力学仪器测试合金的力学性能。结果表明:经10%预变形后,合金平均晶粒尺寸降低,小角度晶界占比与位错密度增加。与未预变形峰时效态合金相比,预变形峰时效态合金硬度由212 HV提升至248 HV,抗拉强度由667.5 MPa提升至781.1 MPa,延伸率由7.8%降至7.6%,提前6 h达到时效硬度峰值,且η′相的数密度高于未预变形峰时效态合金。预变形引入的位错能为沉淀相形核提供形核质点,提高合金内析出相析出速率,能有效改善合金的力学性能,为形变时效在铝合金中的应用提供试验基础。 展开更多
关键词 7034铝合金 形变热处理 显微组织 时效析出相 力学性能
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基于多弹性参数超声反演热障涂层孔隙形貌与宏观弹性特性关系
11
作者 马志远 阳纪伟 +1 位作者 孙珞茗 林莉 《中国表面工程》 北大核心 2025年第1期118-126,共9页
热障涂层(TBCs)内部微观结构对其宏观弹性影响显著,探究TBCs孔隙微观结构特征与宏观弹性之间的关系对于优化制备工艺参数及预测使役寿命至关重要。针对现有基于椭圆近似研究TBCs孔隙率、尺寸、取向与涂层宏观弹性关系,未考虑孔隙不规则... 热障涂层(TBCs)内部微观结构对其宏观弹性影响显著,探究TBCs孔隙微观结构特征与宏观弹性之间的关系对于优化制备工艺参数及预测使役寿命至关重要。针对现有基于椭圆近似研究TBCs孔隙率、尺寸、取向与涂层宏观弹性关系,未考虑孔隙不规则形貌对宏观弹性影响的问题,开展了基于水浸超声背反射试验,采用随机孔隙模型(RVM)与随机球孔模型(RSM)进行超声有限元数值模拟,结合灵敏度分析方法定量反演TBCs的多个弹性常数,并分别与微观力学理论计算以及试验测量的弹性常数进行对比,揭示孔隙不规则形貌对宏观弹性的影响规律。等离子体喷涂Al2O3涂层弹性常数的超声测量、数值模拟以及理论计算结果显示:弹性常数具有明显的弹性各向异性,数值模拟发现基于RSM模型测量的弹性常数值与理论值具有较好的一致性,相对偏差不超过3.32%;基于RVM模型测量的弹性常数值与理论值的相对偏差高达12.53%,孔隙不规则形貌对TBCs宏观弹性具有不可忽略的影响,而且具有不规则形貌的RVM反演结果相较于RSM与试验结果更相近,进一步说明孔隙不规则形貌会显著影响涂层的弹性性能。研究结果为表征TBCs微观结构的复杂形貌提供一定的支撑,对研究TBCs微观结构与弹性性能关系并进一步优化制备工艺具有重要意义。 展开更多
关键词 热障涂层 超声反射 孔隙结构 孔隙形貌 弹性各向异性
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增材制造连续纤维增强树脂基复合材料研究进展
12
作者 刘小龙 王文宇 +2 位作者 赵阳 王晓明 牛宗伟 《中国表面工程》 北大核心 2025年第3期1-18,共18页
连续纤维增强树脂基复合材料是近年发展起来的一种新型高性能复合材料,采用增材制造技术制备复合材料具有制造过程灵活、成型效率高的优点,因此成为研究的热点。总结树脂基体材料和纤维材料的特点,重点论述连续纤维增强树脂基复合材料... 连续纤维增强树脂基复合材料是近年发展起来的一种新型高性能复合材料,采用增材制造技术制备复合材料具有制造过程灵活、成型效率高的优点,因此成为研究的热点。总结树脂基体材料和纤维材料的特点,重点论述连续纤维增强树脂基复合材料增材制造的挤出和浸渍工艺及其温度、打印速度、打印间距等工艺参数对材料的影响,综述连续纤维增强树脂基复合材料的纤维与基体之间、层与层之间断面微观组织结构和材料的拉伸强度与弯曲强度等力学性能。针对目前连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造材料需求增加和性能缺陷等存在的问题做出总结并对发展方向提出建议,如提高复合材料的可回收性并进一步改善增材制造工艺过程等。通过对当前连续纤维增强树脂基复合材料的研究进展进行总结,全面了解该领域的研究现状,对未来的研究趋势及应用领域进行分析和展望。 展开更多
关键词 连续纤维 树脂材料 增材制造 复合材料 界面结合 力学性能
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超声入射方向调控下金属涂层结构应力反演方法
13
作者 柯庆镝 钱智敏 +1 位作者 蒋守志 李路宝 《中国表面工程》 北大核心 2025年第4期104-114,共11页
针对增材制造过程中经常出现涂层结构内应力场检测问题,提出超声入射方向调控下金属涂层结构应力反演方法。基于声弹性理论,通过分析涂层结构内超声纵波各向异性传播过程,阐述不同应力场下超声信号特征的演化规律。构建超声信号特征与... 针对增材制造过程中经常出现涂层结构内应力场检测问题,提出超声入射方向调控下金属涂层结构应力反演方法。基于声弹性理论,通过分析涂层结构内超声纵波各向异性传播过程,阐述不同应力场下超声信号特征的演化规律。构建超声信号特征与应力场状态参量关联关系的函数表达,量化分析应力场对不同入射方向下超声传播过程的影响程度,建立涂层结构应力反演模型,根据应力反演模型计算得到复杂应力场中应力状态参量。采用等离子喷焊增材制造工艺制备涂层结构(C45E4-Ni60)试件,进行拉/压应力加载环境下的超声信号分析试验。结果表明:通过三次调控超声入射角度,根据应力反演方法得到的模型反演应力值与实际加载应力值的相对误差最低能到6.15%,验证了所提出应力反演方法的有效性和精度。 展开更多
关键词 涂层结构 声弹性 超声方向 增材制造 应力检测
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工业油污干冰清洗数值模拟与试验
14
作者 曾勇 郑潇天 +2 位作者 赵雪雅 陈洪博 顾金彤 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期381-397,共17页
目前对于干冰清洗效果还依赖于工人的经验,无法获得较为准确的清洗参数。为了获得干冰清洗的最佳工艺参数,提升清洗效率并降低清洗成本,采用CFD数值模拟和试验相结合的方法,并以常见的附着力等级为2级和4级的油污为清洗对象,研究清洗距... 目前对于干冰清洗效果还依赖于工人的经验,无法获得较为准确的清洗参数。为了获得干冰清洗的最佳工艺参数,提升清洗效率并降低清洗成本,采用CFD数值模拟和试验相结合的方法,并以常见的附着力等级为2级和4级的油污为清洗对象,研究清洗距离、清洗角度、清洗速度和干冰颗粒质量流量等主要工艺参数对清洗效果的影响。通过CFD仿真,分析距离喷枪口不同位置与干冰颗粒浓度以及速度的影响关系,获得干冰清洗距离控制范围;通过静态清洗试验,并与仿真结果对比,验证CFD仿真方法的有效性和准确性;通过正交动态清洗试验,并采用图像二值化处理方法,分析清洗距离、清洗角度、清洗速度和干冰颗粒质量流量对清洗效果的影响关系。最后,通过变参数清洗试验,获得两种油污完全清洗的工艺参数。试验结果表明,对附着力等级2的油污,清洗距离对清洗效果影响最大,而对于附着力等级为4的油污,干冰质量流量对清洗效果影响最大,不同附着力的油污,工艺参数的影响大小不同,清洗参数之间相互制约影响,故在清洗时须选取适当清洗参数。不同附着力的油污,工艺参数的影响大小不同,确定主要清洗参数后,其余清洗参数将发生改变,所以在清洗时须要选择合适的清洗参数。采用仿真试验相结合的方法,针对不同性质的油污,得出精确的清洗参数,可以高效地去除工件表面油污且极大地降低成本。 展开更多
关键词 干冰清洗 数值模拟 二值法 工业油污 计算流体力学
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碱刻蚀埃洛石微米管负载2-巯基苯并噻唑并包覆壳聚糖防腐蚀自修复涂层
15
作者 石浩 王志豪 +7 位作者 褚贵文 张培琦 刘润远 王艺翔 孙雷 宋立英 蒋全通 麻福斌 《中国表面工程》 北大核心 2025年第1期127-140,共14页
目前大多数无机微纳米载体在有机涂层中存在团聚问题,对自修复涂层的防腐蚀性能和使用寿命有一定影响。对碱刻蚀埃洛石微米管(HMTs)负载缓蚀剂2-巯基苯并噻唑(MBT),并通过外包覆壳聚糖(CS)作为微米填料,制备填料在涂层良好分散性和缓蚀... 目前大多数无机微纳米载体在有机涂层中存在团聚问题,对自修复涂层的防腐蚀性能和使用寿命有一定影响。对碱刻蚀埃洛石微米管(HMTs)负载缓蚀剂2-巯基苯并噻唑(MBT),并通过外包覆壳聚糖(CS)作为微米填料,制备填料在涂层良好分散性和缓蚀剂高负载量的自修复涂层。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实HMTs成功负载MBT,且缓蚀剂的防腐功能没有失效。使用扫描电镜图(SEM)和透射电镜图(TEM),观察HMTs、HMTs负载MBT(HMTs-MBT)和包覆CS的HMTs-MBT(CS-HMTs-MBT)的外貌结构。通过热重分析(TGA),测得HMTs对MBT的质量负载约为13wt.%,HMTs外包覆CS的质量分数约为61 wt.%。通过测试各样品在聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层中分散状况,证明包覆CS可以提高微纳米容器在涂层中的分散性。使用电化学阻抗谱(EIS)来评估涂层的自修复能力,通过分析|Z|_(=0.01Hz)值确定在第4 d自修复涂层的自修复能力达到峰值,使用ZSimpWin对获得的阻抗数据进行拟合,验证自修复涂层对金属的防腐蚀能力。在4 d浸泡试验结束后,通过SEM、电镜能谱(EDS)测试和X射线光电子能谱(XPS),得出自修复涂层划痕处铜元素含量大幅降低,利用扫描Kelvin探针(SKP)测试发现划痕处电势谷消失,表明涂层划痕处已被缓蚀剂修复。利用CS在有机涂层中良好分散特性,增强CS-HMTs-MBT在PDMS涂层中的分散性。当涂层有划伤时,缓蚀剂MBT被释放并吸附在金属表面形成紧密薄膜隔绝腐蚀性物质,实现涂层对破损处自主修复。具有高分散性的CS-HMTs-MBT复合自修复涂层为金属设备的防腐蚀涂层提供了新的解决方案,有望在海洋工程和其他相关领域得到广泛应用,从而减少损失并延长设备的寿命。 展开更多
关键词 碱刻蚀埃洛石微米管 2-巯基苯并噻唑 壳聚糖 分散性 自修复涂层
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仿贝壳织构化多金属层涂层表面耐磨耐蚀行为
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作者 许静 蔡林烜 +2 位作者 杨俊彦 廖毅弘 连加俤 《中国表面工程》 北大核心 2025年第4期313-323,共11页
海洋设备的磨蚀已经成为探索海洋资源的重要难题。为提高涂层耐磨性能,提出仿贝壳织构多金属层涂层,为耐磨耐腐蚀性能的统一设计提供设计思路。以316L不锈钢为基体,采用激光加工制备仿贝壳织构环纹(hw)、肋条(lt)、环纹肋条(hwlt),采用... 海洋设备的磨蚀已经成为探索海洋资源的重要难题。为提高涂层耐磨性能,提出仿贝壳织构多金属层涂层,为耐磨耐腐蚀性能的统一设计提供设计思路。以316L不锈钢为基体,采用激光加工制备仿贝壳织构环纹(hw)、肋条(lt)、环纹肋条(hwlt),采用物理气相沉积法分别制备TiCrCu、TiCr、TiCu、CrCu多金属层涂层,通过扫描电子显微镜、能谱仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站观察,研究涂层与织构化表面的耐磨耐蚀机制,分析织构与涂层的协同作用机制,提出利用织构与涂层互相改善其缺陷的新策略。摩擦测试表明:在干、水(3.5wt.%NaCl溶液)、油(切削液)这三种环境下,织构化涂层样品的摩擦因数明显低于光面涂层样品,摩擦因数最大降低73%,这是由于织构能够将部分滑动摩擦转换为滚动摩擦,且存储溶液形成润滑膜。腐蚀测试表明:环纹肋条织构样品具有低频阻抗,容抗弧半径均小于环纹肋条化涂层,且自腐蚀电流密度均低于环纹肋条织构样品。此外,环纹肋条化涂层样品的耐腐蚀性能分别提高40%~81%,样品的耐蚀性依次为TiCrCu-hwlt>TiCr-hwlt>TiCu-hwlt>CrCu-hwlt>hwlt,归因于致密均匀的多金属涂层修复了织构的缺陷,填补微纳米间隙,阻止电荷的运动,抑制金属腐蚀的进一步发生。织构化多金属层复合涂层能够弥补各自的缺点,其形性协同效应可以有效改善材料表面的磨蚀性能,为后续海洋设备摩擦腐蚀的防护研究提供新思路。 展开更多
关键词 多金属层 仿贝壳织构 涂层 耐磨 耐腐蚀
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微织构对超薄气膜轴承润滑行为影响
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作者 吴垚 韩冷 +3 位作者 郗文君 刘钊 辛骅 张萌 《中国表面工程》 北大核心 2025年第4期363-381,共19页
表面织构技术是改善轴承摩擦学性能的有效手段,而织构化微型动压气体轴承的润滑机理尚不明确。将基于Boltzmann方程的稀薄效应模型引入可压缩气体润滑模型,考虑超薄气膜和单个织构网格的奇偶一致性,结合中心差分法和超松弛迭代法数值求... 表面织构技术是改善轴承摩擦学性能的有效手段,而织构化微型动压气体轴承的润滑机理尚不明确。将基于Boltzmann方程的稀薄效应模型引入可压缩气体润滑模型,考虑超薄气膜和单个织构网格的奇偶一致性,结合中心差分法和超松弛迭代法数值求解,系统研究微轴承的承载能力、摩擦因数和最大气膜压力等随凸包/凹坑菱形、六边形、圆柱形、球形、正方形及等边三角形织构和轴承结构参数的变化规律。结果表明,微型气体轴承的长径比较小时,表面微织构形状和凹凸性的作用效果可以忽略。相比光滑表面微型气体轴承,随着轴向和周向织构数目增加,凹坑型织构微轴承的承载能力和摩擦因数逐渐降低,而凸包型微织构对承载能力和摩擦因数均有增强作用。六边形凸包织构的强化程度最显著,正方形次之,随后是圆柱形、菱形、球形和等边三角形织构。织构面积率和偏心率越大,承载能力和摩擦因数的波动幅度越大。凸包织构化微轴承的承载能力和摩擦因数随织构深度的增加而增大,凹坑型织构则表现出相反的影响趋势。在气膜承载中心区域设置凸包型微织构可大幅提升气膜压力峰值。建立表面织构参数灵活可控的微型动压轴承超薄气膜润滑模型可为微织构优化设计和工程应用奠定理论基础。 展开更多
关键词 微型气体轴承 凸包/凹坑织构表面 稀薄效应 中心差分法 润滑性能
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玻纤增强PET-2024铝合金结合件的注塑工艺参数优化及强度提升
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作者 娄淑梅 马奔 +4 位作者 程宝嘉 杜安博 赵豪 苗雨 范克健 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期398-408,共11页
目前PET-Al结合件界面结合强度较低,其力学性能无法满足工业中的应用。利用喷砂和硅烷偶联剂(KH-892)处理2024铝合金表面,采用注射成型工艺制备30 wt.%GF/PET-2024Al复合材料结合件。为研究注塑参数对界面结合强度的影响,首先对注塑参... 目前PET-Al结合件界面结合强度较低,其力学性能无法满足工业中的应用。利用喷砂和硅烷偶联剂(KH-892)处理2024铝合金表面,采用注射成型工艺制备30 wt.%GF/PET-2024Al复合材料结合件。为研究注塑参数对界面结合强度的影响,首先对注塑参数进行正交试验设计,建立响应面模型,并采用NSGA-II优化算法求解最优注塑参数,通过硅烷偶联剂对2024Al金属界面进行处理,采用更贴近工程应用实际注塑工艺和反映注塑缺陷的大试样进行拉伸剪切试验,研究硅烷偶联剂浓度对结合强度的影响。结果表明:表面涂覆1 wt.%浓度KH-892硅烷的接头拉伸剪切强度达到12.79 MPa,比未涂敷KH-892的喷砂试样提升84.3%。采用X射线光电子能谱(XPS)揭示硅烷与铝合金在高温固化作用下生成Si-O-Al键,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)揭示硅烷与PET分子链之间形成强氢键作用,最后采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)揭示硅烷偶联剂KH-892浓度不同带来的PET-铝合金结合件界面断裂模式及表面形貌的不同。确定最优注塑参数,证实了KH-892可有效促进PET-2024Al间氢键形成,显著提升界面强度,为PET-Al结合件的制备工艺提出一种新方法。 展开更多
关键词 金属-塑料复合材料结合件 最优注塑参数 NSGA-Ⅱ优化算法 氢键
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表面织构分布模式对滑动摩擦副流体润滑性能的影响 被引量：1
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作者 孙浩程 严志军 +3 位作者 徐久军 刘泽 吴世博 孙涛 《中国表面工程》 北大核心 2025年第1期152-161,共10页
表面织构有一定的减摩作用,然而织构分布模式对润滑性能的影响还须进一步完善。为研究流体润滑条件下表面织构分布模式对润滑性能的影响,建立考虑油膜厚度的三维织构非均匀分布计算模型,采用CFD(Computational fluid dynamics)方法并利... 表面织构有一定的减摩作用,然而织构分布模式对润滑性能的影响还须进一步完善。为研究流体润滑条件下表面织构分布模式对润滑性能的影响,建立考虑油膜厚度的三维织构非均匀分布计算模型,采用CFD(Computational fluid dynamics)方法并利用UDF(User define function)和动网格技术,研究织构面积密度和分布模式对摩擦因数、油膜厚度、压力分布和气相分布的影响。结果表明:在外载荷恒定的条件下,随着织构面积密度的增加,两种非均匀分布织构相较于均匀分布织构均可促进空化效应,提高油膜厚度,使速度梯度和剪切应力减小,摩擦因数减小。当织构面积密度为14.14%时,与均匀分布织构相比,渐疏分布织构的摩擦因数降低了26.5%,油膜厚度提高了53.5%。渐密分布织构的摩擦因数降低了24.2%,油膜厚度提高了32.5%。试验中两种非均匀分布模式的织构均可提高润滑性能,与模拟结果趋势一致。研究表面织构分布模式对润滑性能的影响,可为优化织构分布设计及对织构性能的研究方法提供新的思路和理论参考。 展开更多
关键词 织构分布 空化效应 油膜厚度 动网格 UDF
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310S钢表面Fe-Al渗层的制备及其耐氯化盐腐蚀性
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作者 陈维铅 喇培清 +1 位作者 李亚明 许世鹏 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期281-292,共12页
受现用储热介质热稳定性的限制,光热发电效率难以进一步提升。为促进氯化盐作为高效储热介质在该领域的应用,使用质量分数为77%Al_(2)O_(3)+20%Al+3%AlCl3的渗剂在310S耐热钢表面制备Fe-Al渗层,并研究其在高温氯化盐中的腐蚀行为。采用... 受现用储热介质热稳定性的限制,光热发电效率难以进一步提升。为促进氯化盐作为高效储热介质在该领域的应用,使用质量分数为77%Al_(2)O_(3)+20%Al+3%AlCl3的渗剂在310S耐热钢表面制备Fe-Al渗层,并研究其在高温氯化盐中的腐蚀行为。采用XRD、SEM、EDS等方法表征渗层物相组成及截面结构,并测试涂层截面显微硬度;利用高温氯化熔盐浸泡试验,800℃保温30 h评估渗层的耐熔盐腐蚀性能。通过研究渗铝温度和时间对渗层厚度、微观组织及显微硬度的影响,建立渗铝过程动力学模型。结果表明:渗铝温度为725~850℃,渗铝时间为5~25 h时,制得渗层厚度(h)与渗铝温度(T)和渗铝时间(t)均呈线性增长趋势,其显微硬度沿渗层深度方向呈先增大后降低趋势。渗铝温度对渗层生长速率的影响符合Arrhenius关系,计算得到310S钢包埋渗铝Arrhenius活化能为73.74 kJ·mol^(-1)。不同渗铝温度和时间下,制得渗层结构和相组成基本相同,其外层主要由(Fe,Cr,Ni)Al_(3)和(Fe,Cr,Ni)_(2)Al_(5)相组成,过渡层主要为(Fe,Cr,Ni)Al相。高温腐蚀后,纯310S钢表面疏松多孔,沿晶界腐蚀严重,腐蚀深度约为37μm,失重率约为6.0 mg/cm^(2);而渗铝钢表面形成厚度约为24.6μm的Al_(2)O_(3)层,腐蚀失重率明显降低,约为2.52 mg/cm^(2)。通过表面渗铝,可有效提高310S钢耐氯化盐腐蚀性能,并建立渗层较佳的制备工艺,为推进310S钢及涂层在氯化盐作为储热介质在储能领域的应用提供理论依据和技术支撑。 展开更多
关键词 包埋渗铝 Fe-Al渗层 渗铝工艺 动力学模型 氯化盐腐蚀性
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