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激光冲击薄壁TC17钛合金表面塑性变形与残余应力及其关联性研究
1
作者 孙汝剑 于天然 +5 位作者 王新宇 陈凯 曹子文 车志刚 邹世坤 吴俊峰 《热加工工艺》 北大核心 2025年第20期102-108,共7页
表面塑性变形与残余压应力是金属薄壁结构激光冲击强化典型特征。采用有限元数值模拟方法,探究方形和圆形激光光斑冲击TC17钛合金薄壁结构表面塑性变形与残余应力的分布规律及两者的内在关联。结果表明:表面塑性变形、残余压应力均与激... 表面塑性变形与残余压应力是金属薄壁结构激光冲击强化典型特征。采用有限元数值模拟方法,探究方形和圆形激光光斑冲击TC17钛合金薄壁结构表面塑性变形与残余应力的分布规律及两者的内在关联。结果表明:表面塑性变形、残余压应力均与激光冲击参数(激光能量、冲击次数)之间存在明显的函数关系。表面塑性变形与激光冲击参数呈幂函数关系,表面残余应力与激光冲击参数呈指数函数关系。表面残余应力还进一步与塑性变形呈指数函数关系。在1.0 mm薄壁TC17钛合金上经方形光斑、圆形光斑激光冲击后的残余压应力饱和值分别接近于560、520 MPa。 展开更多
关键词 激光冲击强化 薄壁结构 TC17钛合金 塑性变形 残余应力
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钛合金“基体效应”对WC掺杂类金刚石碳涂层力学和摩擦磨损性能的影响
2
作者 潘峰 王涛 +4 位作者 贾东旭 马国佳 刘星 崔向中 张昊泽 《航空制造技术》 北大核心 2025年第13期84-92,共9页
为了改善“软金属”摩擦磨损性能差的问题,采用中频磁控溅射技术在TC4-DT、TC21和TB17钛合金表面制备碳化钨(Tungsten carbide,WC)掺杂的类金刚石碳(Diamond-like carbon,DLC)涂层,设计了Ti/TiN/TiCN梯度过渡层并由多弧离子镀沉积方法... 为了改善“软金属”摩擦磨损性能差的问题,采用中频磁控溅射技术在TC4-DT、TC21和TB17钛合金表面制备碳化钨(Tungsten carbide,WC)掺杂的类金刚石碳(Diamond-like carbon,DLC)涂层,设计了Ti/TiN/TiCN梯度过渡层并由多弧离子镀沉积方法完成制备,研究不同钛合金的“基体效应”对WC-DLC涂层力学性能和摩擦磨损性能的影响。通过SEM和EDS观察分析了涂层表面形貌和化学元素分布,利用TEM观察了涂层截面形貌及结构,使用XRD和Raman光谱表征了涂层结构,采用划痕仪和显微硬度计测试了涂层的结合强度、维氏硬度等力学性能,通过摩擦试验机和超景深显微镜测试摩擦磨损性能。结果显示,制备的3种钛合金,其涂层硬度比基体均提高了两倍以上。其中TC4-DT钛合金表面涂层硬度值最高,达到1566HV0.05;TB17钛合金表面涂层结合力最强,达到53 N以上,其摩擦磨损性能也最好,磨损率为0.593×10^(-6) mm^(3)·N^(-1)·m^(-1),与基体相比,磨损率下降99.79%;TC21钛合金表面涂层则表现出最大的摩擦系数、磨损深度和磨损率。以上结果表明,不同基体材料引发类金刚石涂层力学和膜基结合性能的差异,进而影响到涂层的摩擦磨损性能。 展开更多
关键词 钛合金 基体效应 类金刚石碳(DLC)涂层 梯度过渡层 摩擦磨损性能
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SiC_(f)/SiC复合材料表面Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂层结合强度分析 被引量：4
3
作者 张乐 张艺馨 +5 位作者 牛亚然 李其连 邓杨芳 周海滨 姚远 罗文东 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期199-207,共9页
目的 通过选择合适的复合材料拉伸方向和涂层制备工艺,在SiC_(f)/SiC复材上获得高结合强度的Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂层。方法 采用真空等离子喷涂技术在2.5D编织的SiC_(f)/SiC复合材料表面制备Si涂层、Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂... 目的 通过选择合适的复合材料拉伸方向和涂层制备工艺,在SiC_(f)/SiC复材上获得高结合强度的Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂层。方法 采用真空等离子喷涂技术在2.5D编织的SiC_(f)/SiC复合材料表面制备Si涂层、Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂层。采用金相、XRD、SEM和EDS对试样进行表征,采用拉伸试验测试涂层的结合强度,观察涂层拉伸后的断裂面形貌,分析涂层结合强度的影响因素。结果 采用胶粘拉拔法,2.5D编织的SiC_(f)/SiC复合材料拉伸后的强度值为(32.41±3.52) MPa,Si涂层和Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层的孔隙率分别为2.3%和5.2%,Si涂层与SiC_(f)/SiC复合材料的结合强度为(30.48±4.43)MPa,Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂层与SiCf/SiC复合材料的结合强度为(26.23±3.13)MPa。Si涂层在拉伸过程中,部分Si层、SiC_(f)/SiC复合材料表面纬向SiC纤维、SiC基体和粘接胶都发生了断裂。Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂层在拉伸过程中,大量Si层、复合材料表面纬向SiC纤维和SiC基体以及少量Yb_(2)Si_(2)O_(7)层被拉开。结论 Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂层与SiC_(f)/SiC复合材料结合强度较高的主要原因是SiC_(f)/SiC复合材料沿拉伸方向强度较高,Si涂层与复合材料结合强度高。真空等离子喷涂技术有利于减少涂层微观缺陷。Yb_(2)Si_(2)O_(7)的热膨胀系数与Si、SiC_(f)/SiC相近。Si涂层与Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层化学相容性好。 展开更多
关键词 SiC_(f)/SiC Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)双层涂层 真空等离子喷涂 环境障涂层 结合强度
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环保型亲水聚氨酯防渗封堵剂的研制 被引量：4
4
作者 盖博文 段昊天 +4 位作者 姜瑜 鲁赟 姜志国 姚明 顿玉超 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期224-227,共4页
以大分子量多官能度亲水聚醚多元醇为软段、甲苯二异氰酸酯(TDI)为预聚物封端剂、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为游离异氰酸酯、三亚乙基二胺(A33)为催化剂、二乙二醇二甲醚(GDC)为亲水剂,开发了环保型亲水聚氨酯防渗封堵剂,研究了TDI和MD... 以大分子量多官能度亲水聚醚多元醇为软段、甲苯二异氰酸酯(TDI)为预聚物封端剂、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为游离异氰酸酯、三亚乙基二胺(A33)为催化剂、二乙二醇二甲醚(GDC)为亲水剂,开发了环保型亲水聚氨酯防渗封堵剂,研究了TDI和MDI用量对聚氨酯封堵剂固结体性能的影响。结果表明:在TDI中异氰酸酯基团与聚醚多元醇中羟基摩尔比(n_(T-NCO)∶n_(OH))为1.6、MDI中异氰酸酯基团与聚醚多元醇中羟基摩尔比(n_(M-NCO)∶n_(OH))为6、GDC质量分数为20%、催化剂A33质量分数为0.5%条件下,制备的亲水聚氨酯防渗封堵剂具有黏度低、包水倍率高、反应活性高的特点,聚氨酯防渗封堵剂浆液黏度为800mPa·s左右,遇水凝胶时间可控制在50s左右,反应后固结体发泡率大于400%,包水倍率超过30g/g,遇水膨胀率约为57%。 展开更多
关键词 聚氨酯 封堵剂 亲水 防水
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TC21钛合金回转体部件激光冲击强化残余应力数值模拟研究
5
作者 刘仁志 孙汝剑 +4 位作者 张永鑫 崔向中 曹子文 郭伟 陈凯 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第18期73-81,共9页
针对某型飞机机身用TC21钛合金回转体部件激光冲击强化残余应力分布问题,采用有限元数值模拟方法系统研究了搭接率、激光能量、冲击次数对其径向、周向及轴向残余应力分布的影响。研究结果表明,激光冲击强化对残余径向应力几乎无影响,... 针对某型飞机机身用TC21钛合金回转体部件激光冲击强化残余应力分布问题,采用有限元数值模拟方法系统研究了搭接率、激光能量、冲击次数对其径向、周向及轴向残余应力分布的影响。研究结果表明,激光冲击强化对残余径向应力几乎无影响,仅对周向和轴向残余应力影响明显。低搭接率激光冲击下回转体芯部存在明显的应力集中,但会随着搭接率的增加而改善。激光冲击在回转体内部诱导的残余应力层深度对激光能量和搭接率不敏感,仅在提高冲击次数时出现一定的增加。TC21钛合金回转体部件最佳激光冲击强化工艺应选用50%搭接率和2次冲击,但激光能量需要根据部件的实际服役应力情况而定。 展开更多
关键词 激光冲击强化(LSP) 残余应力 数值模拟 TC21钛合金 回转体部件
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H13及H13改进型热作模具钢热处理过程中碳化物析出演化行为研究进展 被引量：12
6
作者 谢奕心 程晓农 +1 位作者 鞠玉琳 魏琪 《材料导报》 CSCD 北大核心 2023年第23期173-180,共8页
航空、轨道交通、汽车等现代制造领域中大部分关键金属零部件的生产与热作模具息息相关,包括模具钢研制在内的模具工业水平的高低目前已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。近年来,工业生产中应用最为广泛的热作模具钢H13及其改进... 航空、轨道交通、汽车等现代制造领域中大部分关键金属零部件的生产与热作模具息息相关,包括模具钢研制在内的模具工业水平的高低目前已成为衡量国家制造业水平的重要标志之一。近年来,工业生产中应用最为广泛的热作模具钢H13及其改进钢种存在两大性能缺陷(等向性差和高温热强性低),其均与碳化物的析出演化密切相关。基于前期科研人员对不同类型碳化物析出演变规律的深入研究,本文总结了在球化退火、高温扩散退火、淬火和回火各不同热处理阶段及凝固过程中H13及其改进型热作模具钢中不同类型碳化物的析出演变机理,分析了碳化物尺寸、数量和分布对材料力学性能的影响,归纳了对材料综合性能具有负面作用的相关碳化物进行调控的措施,对后续H13及其改进型热作模具钢的合金成分优化和热处理工艺改进具有参考价值。 展开更多
关键词 H13及H13改进型热作模具钢 热处理工艺 碳化物析出演化 力学性能
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钛合金叶片模拟件激光冲击诱导层裂行为研究 被引量：1
7
作者 孙汝剑 孟祥峰 +5 位作者 姜盎然 曹子文 王新宇 车志刚 吴俊峰 邹世坤 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第20期80-85,共6页
本文针对航空发动机叶片激光冲击诱导层裂问题,根据航空发动机压气机叶片设计具有特征叶型的叶片模拟件(叶面夹角为11°),探究其多次激光冲击下的层裂行为,并进一步利用不同厚度平板试样研究试样厚度以及光斑形状对层裂产生位置的... 本文针对航空发动机叶片激光冲击诱导层裂问题,根据航空发动机压气机叶片设计具有特征叶型的叶片模拟件(叶面夹角为11°),探究其多次激光冲击下的层裂行为,并进一步利用不同厚度平板试样研究试样厚度以及光斑形状对层裂产生位置的影响。研究结果表明,采用25 J、4 mm方形光斑冲击变厚度TC17钛合金叶片模拟件,冲击面出现凹陷变形,叶片宏观呈现翘曲变形,6次冲击后产生层裂,8次冲击后背面出现局部剥落。激光冲击诱导层裂与试样厚度正相关,随着试样厚度的增加,层裂产生的冲击次数阈值升高。然而,层裂的产生与否却与光斑形状无明显关系,圆形光斑和方形光斑均可诱导出层裂。层裂易产生于Cr和Sn等元素富集形成的软化区,激光冲击诱导层裂不仅与冲击波的传递特性有关,还可能与成分偏析、富集等材料缺陷相关。 展开更多
关键词 激光冲击(LSP) 钛合金 叶片模拟件 变厚度截面 平板试样 层裂
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Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)SiO_(5) EBC涂层组织结构及熔盐腐蚀行为研究
8
作者 王达望 李其连 +2 位作者 张乐 李淑青 杨伟华 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期131-139,162,共10页
目的 研究Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)Si O_(5) 3层EBC涂层的抗熔盐腐蚀性能。方法 采用真空等离子喷涂工艺在试样表面单面制备Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)Si O_(5) 3层结构的EBC涂层,选用尺寸为Ф25 mm、厚... 目的 研究Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)Si O_(5) 3层EBC涂层的抗熔盐腐蚀性能。方法 采用真空等离子喷涂工艺在试样表面单面制备Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)Si O_(5) 3层结构的EBC涂层,选用尺寸为Ф25 mm、厚度为5 mm的SiC_(f)/SiC复合材料基体试样,在900℃、NaCl(质量分数为50%)+Na_(2)SO_(4)(质量分数为50%)混合盐中进行连续100 h的熔盐腐蚀试验,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等观察和测试3层EBC涂层熔盐腐蚀前后的形貌,分析其组织结构以及该EBC涂层在熔盐腐蚀过程中的化学反应机理。结果 经过连续100 h、900℃的熔盐腐蚀,基体SiC_(f)/SiC复合材料被完全腐蚀掉;底层Si和Yb_(2)O_(3)出现了部分缺失、涂层不完整的现象;中间层Yb_(2)Si_(2)O_(7)在熔盐腐蚀后形成了大量孔洞,但依然基本保持了其原有的涂层框架尺寸;面层Yb_(2)Si O_(5)在涂层厚度尺寸上与熔盐腐蚀之前的尺寸基本一致,熔盐腐蚀后结构致密,维持了自身的化学稳定性。结论 SiC_(f)/SiC复合材料本身不具有抗熔盐腐蚀能力,底层Si和Yb_(2)O_(3)涂层的抗熔盐腐蚀性能较差,体系中Yb_(2)Si_(2)O_(7)中间层具有一定的抗熔盐腐蚀性能,而Yb_(2)SiO_(5)面层具有良好的抗熔盐腐蚀性能,因此在Si-Yb_(2)O_(3)/Yb_(2)Si_(2)O_(7)/Yb_(2)Si O_(5) 3层结构EBC涂层体系中,按抗熔盐腐蚀能力由低到高排序为:底层Si和Yb_(2)O_(3)<中间层Yb_(2)Si_(2)O_(7)<面层Yb_(2)Si O_(5),本体系中的EBC涂层具有良好的抗熔盐腐蚀性能。 展开更多
关键词 EBC涂层 真空等离子喷涂 稀土硅酸盐 熔盐腐蚀 高温氧化
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金属基复合材料激光冲击高周疲劳行为及增寿机理 被引量：5
9
作者 曹子文 孙汝剑 +2 位作者 车志刚 吴俊峰 邹世坤 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期170-177,共8页
为提高金属基复合材料的高周疲劳性能,采用激光冲击强化表面改性处理SiC颗粒增强2009铝基复合材料(SiCp/2009Al)探究其三点弯曲高周疲劳寿命,揭示了激光冲击过程中的残余应力、显微硬度、表面形貌和微观组织等演变规律。结果表明,激光... 为提高金属基复合材料的高周疲劳性能,采用激光冲击强化表面改性处理SiC颗粒增强2009铝基复合材料(SiCp/2009Al)探究其三点弯曲高周疲劳寿命,揭示了激光冲击过程中的残余应力、显微硬度、表面形貌和微观组织等演变规律。结果表明,激光能量为10、20和30 J激光强化冲击后SiCp/2009Al的高周疲劳寿命分别明显提高了131%、259%和182%,其对应的表面残余应力分别为-127.3、-156.0和-168.3 MPa。激光冲击在SiCp/2009Al表面诱导了深度为30μm左右的变形凹坑,表层显微硬度由母材的160 HV提高到180 HV,并出现了大量高密度位错组织。金属基复合材料表层的残余压应力和显微硬度明显得到提高,获得了可观的疲劳寿命增益。 展开更多
关键词 激光冲击强化 金属基复合材料 高周疲劳 残余应力 微观组织
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衬底加热温度对WC-DLC涂层结构和摩擦磨损性能的影响 被引量：4
10
作者 贾东旭 刘星 +1 位作者 孙刚 马国佳 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期364-370,共7页
采用中频磁控溅射和电弧离子镀复合工艺,在316L不锈钢基体上制备WC掺杂的类金刚石涂层,通过相组织结构分析、硬度测试和摩擦磨损试验,研究了衬底加热温度分别为150℃、250℃、350℃和450℃时对类金刚石薄膜结构和摩擦磨损性能的影响。... 采用中频磁控溅射和电弧离子镀复合工艺,在316L不锈钢基体上制备WC掺杂的类金刚石涂层,通过相组织结构分析、硬度测试和摩擦磨损试验,研究了衬底加热温度分别为150℃、250℃、350℃和450℃时对类金刚石薄膜结构和摩擦磨损性能的影响。研究表明:DLC薄膜中的W元素相对含量随衬底温度升高略有增多,最大为3.45%,且掺杂物主要WC;和W_(1-x)C两种晶体相存在,衬底温度升高,晶体结构由WC1-x转变为W_(1-x)C;150℃时薄膜中sp;C键含量最多,纳米硬度值也最大为7.4GPa,衬底温度的升高使薄膜结构发生变化,力学性能也变差;干摩擦试验2 N载荷下,摩擦系数随温度的升高先降低后升高,350℃时,摩擦系数为0.2,而磨损率随加热温度逐渐增大,150℃时最小为3.45×10;m^(3)/N·m,磨损方式为磨粒磨损。 展开更多
关键词 中频磁控溅射 加热温度 WC-DLC涂层 磨损率
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