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激光与CMT+P电弧复合增材工艺对2024铝合金气孔缺陷的影响规律

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材料导报 2024年第14期38卷 188-196页

作者：张志强贺世伟李涵茜路学成张天刚王浩中国民航大学航空工程学院天津300300 天津职业技术师范大学机械工程学院天津300300

高强铝合金激光-电弧复合增材制造技术在民用航空领域具有广阔的应用前景,但其气孔率的控制仍存在技术难题。本工作基于激光与冷金属过渡加脉冲(CMT+P)复合增材制造技术,对增材制造2024铝合金薄壁结构件的气孔率开展研究。通过单因素试... 详细信息

高强铝合金激光-电弧复合增材制造技术在民用航空领域具有广阔的应用前景,但其气孔率的控制仍存在技术难题。本工作基于激光与冷金属过渡加脉冲(CMT+P)复合增材制造技术,对增材制造2024铝合金薄壁结构件的气孔率开展研究。通过单因素试验,研究了送丝速度、扫描速度、激光功率等工艺参数对薄壁增材件的宏观形貌、气孔率及气孔尺度分布的影响规律。在单因素试验的基础上,以薄壁增材件的气孔率为响应值,通过响应面中心组合试验(CCD)优化工艺参数。结果表明,送丝速度、扫描速度、激光功率等工艺参数都会对薄壁增材件的宏观形貌、气孔率及气孔尺度分布产生影响,建立的二阶回归响应面模型能直观地反映2024铝合金激光与CMT+P电弧复合增材工艺参数与气孔率之间的关系,可用于预测不同工艺参数下薄壁增材件的气孔率,通过二阶回归模型得到优化的2024铝合金激光与CMT+P复合增材工艺参数范围为:送丝速度4.8~5.0 m/min、扫描速度16~18 mm/s、激光功率2000~2200 W。

关键词：高强铝合金激光-CMT+P 增材制造单因素试验响应面法气孔率

TC4表面WC/Ni-MoS_(2)钛基复合涂层组织与摩擦学性能

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材料导报 2024年第15期38卷 199-206页

作者：操慧珺李韦承张天刚张宏伟张志强厦门城市职业学院交通工程学院福建厦门361008 厦门城市职业学院人工智能应用技术研究中心福建厦门361008 中国民航大学航空工程学院天津300300

拟在TC4表面合成Ti-S系自润滑耐磨熔覆层,并探究WC添加对涂层组织与摩擦学性能的影响,设计了TC4+Ni-MoS_(2)+xWC(x=5%、10%和15%)钛基材料体系,通过同轴送粉激光熔覆技术完成了涂层制备。研究表明,增加WC含量不利于改善涂层成形质量,但W... 详细信息

拟在TC4表面合成Ti-S系自润滑耐磨熔覆层,并探究WC添加对涂层组织与摩擦学性能的影响,设计了TC4+Ni-MoS_(2)+xWC(x=5%、10%和15%)钛基材料体系,通过同轴送粉激光熔覆技术完成了涂层制备。研究表明,增加WC含量不利于改善涂层成形质量,但WC添加量变化并未影响涂层析出相种类,三种涂层均包括TiC、Ti_(2)Ni、Ti_(2)S和β-Ti基体;随着WC含量增大,TiC分布数量增多,粒径增大,生长形态由类球状逐渐演变为花瓣状;润滑相MoS_(2)未能在涂层中得到保留,其完全溶解后在钛基熔池体系下合成了与润滑相TiS等形态相似的条状相Ti_(2)S。三种WC含量的涂层显微硬度和耐磨性能均高于TC4基材,磨损机理均为磨粒磨损,但减摩性能均不低于TC4基材,说明原位Ti_(2)S相不具备自润滑功能;WC含量增加虽然有利于增大涂层的显微硬度和耐磨性能,但引起了涂层磨损面质量下降,摩擦系数波幅增大。

关键词：激光熔覆 TC4 Ti_(2)S 微观组织摩擦学性能

激光功率对Ti6Al4V/NiCr-Cr_(3)C_(2)熔覆层宏微观组织及性能的影响

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材料导报 2024年第2期38卷 178-184页

作者：张志强杨倩于子鸣张天刚路学成王浩中国民航大学航空工程学院天津300300 天津职业技术师范大学机械工程学院天津300222

激光功率是影响熔覆层质量的重要因素,为揭示激光功率对Ti6Al4V/NiCr-Cr_(3)C_(2)复合涂层成形质量、微观组织及耐磨性能等多方面的影响规律,采用同轴送粉、多道搭接激光熔覆技术在Ti6Al4V基材表面熔覆NiCr-Cr_(3)C_(2)粉末制备出碳化... 详细信息

激光功率是影响熔覆层质量的重要因素,为揭示激光功率对Ti6Al4V/NiCr-Cr_(3)C_(2)复合涂层成形质量、微观组织及耐磨性能等多方面的影响规律,采用同轴送粉、多道搭接激光熔覆技术在Ti6Al4V基材表面熔覆NiCr-Cr_(3)C_(2)粉末制备出碳化钛增强钛基复合涂层。通过渗透探伤、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜及配套能谱仪等测试与表征方法分析熔覆层表面裂纹、截面形貌、孔隙率、稀释率、几何特征以及微观组织等。通过维氏显微硬度计和旋转式摩擦磨损试验机测试熔覆层显微硬度和耐磨性能,最后综合成形、组织与性能等方面的影响对熔覆层质量进行评价。结果表明,激光功率对熔覆层成形质量的影响显著。激光功率为1100 W和1300 W时熔覆层表面存在大量裂纹、气孔等缺陷。随着激光功率提高,熔覆层的熔高、熔宽、熔深及稀释率等均不断提高,裂纹率、孔隙率等持续降低。激光功率对涂层内物相种类的影响较小,主要物相为增强相TiC和基体相CrTi_(4)。激光功率为1500 W和1700 W时熔覆层的硬度相对较高,且磨损率较低。综合考虑激光功率对熔覆层的多方面影响,最后确定最优激光功率为1500 W,在此激光功率下制备出的熔覆层具有相对较好的成形质量和优异的耐磨性能。

关键词： Ti6Al4V 激光熔覆激光功率成形质量微观组织摩擦磨损

基于响应面法的镍基高温合金GH4169电弧增材工艺优化

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材料导报 2024年第19期38卷 205-211页

作者：郭志永李猛张志强路学成张天刚曹轶然中国民航大学航空工程学院天津300300

本工作以CMT-P复合电弧增材制造镍基合金GH4169为研究对象,综合考虑送丝速度、焊接速度和脉冲数量等工艺参数,以变形量和成形精度等成形质量为评价指标,采用中心复合响应面法进行工艺参数优化。建立变形量与成形精度的回归模型,分析工... 详细信息

本工作以CMT-P复合电弧增材制造镍基合金GH4169为研究对象,综合考虑送丝速度、焊接速度和脉冲数量等工艺参数,以变形量和成形精度等成形质量为评价指标,采用中心复合响应面法进行工艺参数优化。建立变形量与成形精度的回归模型,分析工艺参数对成形质量的单体与交互效应。研究表明:对变形量影响最显著的因素是送丝速度,脉冲数量次之,焊接速度的影响最小。脉冲数量对成形精度的影响明显大于送丝速度和焊接速度,并且送丝速度和脉冲数量对其具有显著的交互作用;基于综合优化目标,获得了最优参数组合:送丝速度3.5 m/min、焊接速度5.8 mm/s、脉冲数量30;对比成形质量的模型预测与试验结果,变形量与成形精度的误差分别为10.3%和4%,验证了所建立成形质量模型的正确性。

关键词：电弧增材制造 CMT-P GH4169 响应面法工艺优化

Y_(2)O_(3)含量对TC4表面WC增强钛基激光熔覆层组织与摩擦学性能的影响

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表面技术 2024年第19期53卷 126-140页

作者：操慧珺张祺雨张天刚甄灏张志强厦门城市职业学院交通工程学院福建厦门361008 厦门城市职业学院人工智能应用技术研究中心福建厦门361008 中国民航大学航空工程学院天津300300

目的增加航空TC_(4)合金的安全服役寿命。方法采用同轴送粉激光熔覆技术在其表面制备了TC_(4)+Ni-MoS_(2)+WC+xY_(2)O_(3)(x=0%、1%、2%、3%、4%,质量分数)耐磨复合涂层,利用着色渗透探伤、XRD、SEM、EDS、EBSD和TEM等多种检测手段和设... 详细信息

目的增加航空TC_(4)合金的安全服役寿命。方法采用同轴送粉激光熔覆技术在其表面制备了TC_(4)+Ni-MoS_(2)+WC+xY_(2)O_(3)(x=0%、1%、2%、3%、4%,质量分数)耐磨复合涂层,利用着色渗透探伤、XRD、SEM、EDS、EBSD和TEM等多种检测手段和设备,分析了Y_(2)O_(3)添加对涂层组织与摩擦学性能的影响规律。结果3%Y_(2)O_(3)涂层的成形质量最优,所有涂层生成相相同,主要由TiC、Ti_(2)Ni、Ti_(2)S、基体β-Ti以及未熔WC组成。Y_(2)O_(3)与TiC、Ti_(2)S、Ti_(2)Ni之间形成了共格依附生长关系,所有涂层中均有效合成了TiC-Ti_(2)S、TiC-Ti_(2)Ni和Ti_(2)S-Ti_(2)Ni共格复合结构相。随着Y_(2)O_(3)含量增大,基体显露面积增加,其余物相逐步细化、团聚并沿晶界连续生长。所有涂层的显微硬度均高于TC_(4)基材,大小与Y_(2)O_(3)含量呈负相关变化。所有涂层的摩擦因数均高于基材,磨损率均低于基材,摩擦因数和磨损率随着Y_(2)O_(3)含量增加,出现了先降低后升高的变化规律,其中3%Y_(2)O_(3)涂层的摩擦因数最低(μ=0.4813),耐磨性(3.55×10^(4)mm^(3)/(N·m))和磨损面质量(Ra=21.24μm)最优。结论适量Y_(2)O_(3)有助于改善涂层的成形质量,Y_(2)O_(3)添加并未影响涂层物相种类,且可作为异质形核基底细化相互依附生长的TiC-Ti_(2)S-Ti_(2)Ni共格结构相,除基体相外,Y_(2)O_(3)易吸引其余物相在涂层晶界处钉扎;Y_(2)O_(3)含量增加不能增大涂层显微硬度,所有涂层均不具备减摩性能,但耐磨性均优于TC_(4)基材,适量Y_(2)O_(3)添加可使涂层综合摩擦学性能达到最优。

关键词：激光熔覆 TC4 Y2O3 微观组织细化机理摩擦学性能

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六自由度飞机清洗臂运动学建模与轨迹优化

计算机仿真 2024年第2期41卷 38-43,440页

作者：张宏伟赵修锟张天刚中国民航大学工程技术训练中心天津300300 中国民航大学航空工程学院天津300300

传统飞机清洗车由于关节运动不稳定,清洗时间长,清洗效率低造成无法对机身蒙皮进行快捷高效清洗。针对心目问题,设计了六自由度飞机清洗臂,为验证机械臂的运动性能,运用改进D-H法进行运动学分析得到机械臂末端转换矩阵,设计了GUI计算运... 详细信息

传统飞机清洗车由于关节运动不稳定,清洗时间长,清洗效率低造成无法对机身蒙皮进行快捷高效清洗。针对心目问题,设计了六自由度飞机清洗臂,为验证机械臂的运动性能,运用改进D-H法进行运动学分析得到机械臂末端转换矩阵,设计了GUI计算运动学正逆解。并提出将改进粒子群算法与3-5-3分段插值相结合的方法对飞机清洗臂进行时间最优轨迹规划。通过仿真结果显示,与传统3-5-3多项式插值相比,上述方法在保证运动稳定性的同时缩短了运动时间。为以后飞机清洗臂的路径规划与控制问题的研究奠定了基础。

关键词：飞机清洗运动学改进粒子群算法轨迹优化

TC4表面单道与多道搭接激光熔覆自润滑涂层微观组织对比研究

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材料导报 2017年第4期31卷 47-51页

作者：张天刚孙荣禄天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

在TC4表面预制Ni60/20%WS2粉末,分别采用单道与多道搭接激光熔覆技术制备了自润滑涂层。结果表明,多道搭接激光熔覆层比单道激光熔覆层更容易产生裂纹,开裂方向与扫描方向有一定夹角。多道搭接激光熔覆层和单道激光熔覆层的主要成分相同... 详细信息

在TC4表面预制Ni60/20%WS2粉末,分别采用单道与多道搭接激光熔覆技术制备了自润滑涂层。结果表明,多道搭接激光熔覆层比单道激光熔覆层更容易产生裂纹,开裂方向与扫描方向有一定夹角。多道搭接激光熔覆层和单道激光熔覆层的主要成分相同,都生成了润滑相、硬质相,但多道搭接激光熔覆层中的硬质相和润滑相分布的密度较小且组织较粗大。多道搭接激光熔覆层的显微硬度分布在800~1 000HV0.5之间,单道激光熔覆层的显微硬度分布在950~1 150HV0.5之间,前者显微硬度偏低一方面是由于单道激光熔覆层的细晶强化作用,另外一方面是因为多道搭接激光熔覆层的硬质相分布密度较低。

关键词：钛合金多道搭接激光熔覆自润滑涂层显微组织

Ti811表面原位生成纳米Ti_3Al激光熔覆层的组织和性能

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中国激光 2018年第1期45卷 91-98页

作者：张天刚孙荣禄中国民航大学工程技术训练中心天津300300 天津工业大学机械工程学院天津300387 天津市现代机电装备技术重点实验室天津300387

利用同步送粉激光熔覆技术在Ti811合金表面制备了单道激光熔覆层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪等分析了熔覆层的组织和相组成,利用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度,利用摩擦磨损试验机和白光干涉轮廓仪测试了熔覆层的摩擦... 详细信息

利用同步送粉激光熔覆技术在Ti811合金表面制备了单道激光熔覆层。利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱分析仪等分析了熔覆层的组织和相组成,利用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度,利用摩擦磨损试验机和白光干涉轮廓仪测试了熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明:熔覆层为典型的魏氏组织,在α-Ti围成的晶界中分布着α′-Ti、α″-Ti和β′-Ti,纳米Ti_3Al颗粒弥散分布在熔覆层中;与基底相比,熔覆层的显微硬度较,最高为480HV;涂层中弥散分布着大量纳米Ti_3Al颗粒,有效降低了熔覆层的摩擦因数,提高了熔覆层的摩擦磨损性能。

关键词：激光技术 Ti811合金激光熔覆 TC4合金纳米Ti3Al 摩擦磨损性能

Ti811合金表面TC4激光熔覆层微观组织及性能

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焊接学报 2019年第4期40卷 41-45,I0002页

作者：张天刚孙荣禄天津工业大学机械工程学院天津300387 天津工业大学天津市现代机电装备技术重点试验室天津300387

按照CFM56系列发动机维修手册的建议,在Ti811合金表面采用同步送粉激光熔覆技术,以TC4合金粉末为原料,制备出均匀致密、无气孔和裂纹等缺陷的激光熔覆层.分析涂层的宏观形貌、微观组织结构和组织相变过程,测试涂层的显微硬度和摩擦磨损... 详细信息

按照CFM56系列发动机维修手册的建议,在Ti811合金表面采用同步送粉激光熔覆技术,以TC4合金粉末为原料,制备出均匀致密、无气孔和裂纹等缺陷的激光熔覆层.分析涂层的宏观形貌、微观组织结构和组织相变过程,测试涂层的显微硬度和摩擦磨损性能.结果表明,扫描电镜下涂层微观组织呈现魏氏体结构特征,涂层显微硬度相比基材有所提高,主要原因是涂层中的针状马氏体α’有一定的强化作用;涂层中弥散分布的纳米颗粒Ti3Al的沉淀强化和弥散强化等作用也在一定程度上提高了涂层的显微硬度;熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损的复合磨损机制.

关键词： Ti811合金激光熔覆针状马氏体 Ti3Al化合物显微硬度