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纳米压痕法测量航空发动机关键材料残余应力的研究进展

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材料导报 2024年第11期38卷 216-228页

作者：罗军李楠王曦刘昌奎中国航发北京航空材料研究院北京100095 航空工业失效分析中心北京100095 航空材料检测与评价北京市重点实验室北京100095 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室北京100095

随着航空发动机的需求日益增加,人们对合金性能的要求也越来越高。在制造和加工过程中引入的残余拉应力会严重影响合金的力学性能,从而缩短发动机的服役寿命。因此,残余应力的测量对发动机的可靠性和安全性起着关键性作用。本文系统归... 详细信息

随着航空发动机的需求日益增加,人们对合金性能的要求也越来越高。在制造和加工过程中引入的残余拉应力会严重影响合金的力学性能,从而缩短发动机的服役寿命。因此,残余应力的测量对发动机的可靠性和安全性起着关键性作用。本文系统归纳了纳米压痕技术的测量原理,包括接触深度、接触刚度、接触面积、硬度以及弹性模量的计算,介绍了纳米压痕测量残余应力计算模型(如Suresh、Lee、Xu、Wang、Kim以及Peng等模型)的分析过程,对比了计算模型之间的优缺点,详细综述了纳米压痕理论在航空发动机关键材料(如不锈钢、铝合金、钛合金、镍基高温合金)残余应力测量中的最新研究进展,总结了残余应力计算模型存在的不足,同时展望了纳米压痕法测量残余应力的发展方向。

关键词：纳米压痕计算模型残余应力航空发动机关键材料

同步辐射X射线衍射技术在残余应力分析中的应用

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材料工程 2024年第7期52卷 120-129页

作者：罗军李楠王曦刘昌奎中国航发北京航空材料研究院北京100095 航空材料检测与评价北京市重点实验室北京100095 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室北京100095

残余应力贯穿于材料及构件的设计、生产、加工、制造、服役和失效的全生命周期,是影响材料及构件加工精度、尺寸稳定性及疲劳强度的关键因素,如何准确无损表征残余应力具有重要意义。与传统实验室X射线衍射方法相比,同步辐射X射线衍射... 详细信息

残余应力贯穿于材料及构件的设计、生产、加工、制造、服役和失效的全生命周期,是影响材料及构件加工精度、尺寸稳定性及疲劳强度的关键因素,如何准确无损表征残余应力具有重要意义。与传统实验室X射线衍射方法相比,同步辐射X射线衍射技术在亮度、准直、时间分辨率、空间分辨率、穿透深度等方面具有显著优势,是一种无损原位精确表征工程材料和关键构件残余应力有效的方法之一。本文围绕同步辐射X射线衍射技术在材料残余应力中的研究进展,重点阐述增材制造过程中高温合金的残余应力分析、激光喷丸技术对钛合金残余应力的影响、焊接铝合金残余应力评价、热处理参数对结构钢残余应力的影响以及陶瓷涂层的残余应力研究。最后,分析同步辐射X射线衍射技术在工业应用方面的不足,并展望未来的研究及发展方向,包括发展原位测试环境及装置、同步辐射X射线衍射技术与其他无损检测方法相结合等。

关键词：同步辐射X射线衍射残余应力工程材料关键构件

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NaOH改善3D打印聚左旋乳酸网状支架表面形貌的实验研究

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中国修复重建外科杂志 2024年第3期38卷 348-355页

作者：曾辉郭芳黄硕刘宁郭亚媛刘昌奎西安医学院口腔医学院牙颌面组织再生与修复研究中心西安710021

目的探讨NaOH蚀刻对3D打印聚左旋乳酸(poly-L-lactic acid,PLLA)网状支架表面形貌的影响。方法采用熔融沉积成型技术制备3D打印PLLA网状支架,并采用NaOH溶液对支架表面进行蚀刻处理;NaOH溶液浓度分别为0.01、0.1、0.5、1.0、3.0 mol/L... 详细信息

目的探讨NaOH蚀刻对3D打印聚左旋乳酸(poly-L-lactic acid,PLLA)网状支架表面形貌的影响。方法采用熔融沉积成型技术制备3D打印PLLA网状支架,并采用NaOH溶液对支架表面进行蚀刻处理;NaOH溶液浓度分别为0.01、0.1、0.5、1.0、3.0 mol/L,处理时间分别为1、3、6、9、12 h,共25种浓度/时间组合。处理后对支架微观形貌、能谱元素、表面粗糙度、亲水性、压缩强度以及细胞黏附、增殖等方面进行观测。以未处理支架作为正常对照。结果通过熔融沉积成型技术成功制备3D打印PLLA网状支架。经NaOH蚀刻处理构建了粗糙或微观孔洞状结构支架表面,且随NaOH浓度及处理时间增加,孔径及孔密度随之增加。能量色散光谱对样品表征显示材料表面晶体含有Na、O两种元素。经NaOH处理支架表面粗糙度均较未处理支架增加(P0.05),其余处理支架压缩强度均小于未处理支架(P<0.05)。细胞与支架共培养后,NaOH处理支架表面细胞增多,单个细胞铺展面积增大,黏附细胞伸出突触更多。结论 NaOH处理3D打印PLLA网状支架有利于增加支架表面亲水性及细胞黏附。

关键词：聚左旋乳酸 3D打印网状支架 NaOH 亲水性细胞黏附

PLLA/β-TCP支架表面多孔结构的构建及其对细胞黏附的影响

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西安交通大学学报（医学版） 2024年第3期45卷 428-434页

作者：曾辉郭芳黄硕刘宁郭亚媛张予淇刘昌奎西安医学院口腔医学院陕西西安710021 牙颌面组织再生与修复研究中心陕西西安710021 口腔生物材料与先进设备陕西省高校工程研究中心陕西西安710021 兰州大学口腔医学院甘肃兰州730000

目的通过NaOH溶液的简单处理构建3D打印PLLA/β-TCP骨组织工程支架表面多孔结构,增加支架的粗糙度和亲水性,促进支架表面的细胞黏附。方法通过3D打印熔融沉积成型技术制备PLLA/β-TCP网状支架,并通过NaOH蚀刻的方法进行支架的粗糙化改性... 详细信息

目的通过NaOH溶液的简单处理构建3D打印PLLA/β-TCP骨组织工程支架表面多孔结构,增加支架的粗糙度和亲水性,促进支架表面的细胞黏附。方法通过3D打印熔融沉积成型技术制备PLLA/β-TCP网状支架,并通过NaOH蚀刻的方法进行支架的粗糙化改性,依据支架表面微观形貌、能谱、接触角、力学、细胞黏附等观察NaOH浓度、时间两项反应参数对支架的影响。结果通过熔融沉积成型技术制备的PLLA/β-TCP复合支架存在预先设置的网状结构;经NaOH蚀刻构建了兼有宏观和微观空隙的多孔形态。NaOH浓度、时间中任意一种参数的增加都会导致支架表面微观孔隙的孔径、孔密度增加。NaOH处理参数为0.1 mol/L(9 h)时,可显著减小支架表面水接触角,且对支架的压缩强度无显著影响。体外细胞检测显示,经NaOH蚀刻后的表面多孔复合支架在骨髓间充质干细胞(BMSCs)的黏附增殖上更具优势。结论用NaOH处理3D打印PLLA/β-TCP骨组织工程支架可有效改善支架表面形态,优化该类支架的亲水性及细胞黏附。

关键词： PLLA/β-TCP 3D打印骨组织工程支架 NaOH 细胞黏附

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具有表面微孔的3D打印PCL网状支架的制备及性能

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工程塑料应用 2024年第2期52卷 32-38页

作者：郭芳曾辉刘宁黄硕郭亚媛刘昌奎西安医学院口腔医学院牙颌面组织再生与修复研究中心西安710021

为制备表面具有微孔结构、粗糙度可控、力学性能高的骨组织工程支架,采用不同反应参数组合的NaOH蚀刻处理改善聚己内酯(PCL)网状支架的表面微形貌,解决3D打印PCL网状支架因亲水性差而不利于细胞生长的问题。NaOH处理反应参数组合包括NaO... 详细信息

为制备表面具有微孔结构、粗糙度可控、力学性能高的骨组织工程支架,采用不同反应参数组合的NaOH蚀刻处理改善聚己内酯(PCL)网状支架的表面微形貌,解决3D打印PCL网状支架因亲水性差而不利于细胞生长的问题。NaOH处理反应参数组合包括NaOH溶液浓度和处理时间,浓度为0.5,1,5,10,15 mol/L,处理时间为1,6,12,24,48 h。采用扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、接触角测量仪、电动液压伺服机械测试机等手段对NaOH处理后支架进行了表征。结果表明,处理后支架主要产生了3种类型的表面形貌:一是温和处理条件下形成的褶皱表面,二是较强处理形成的粗糙表面,三是处理强度进一步增加时形成的凹坑和孔洞。蚀刻后支架表面接触角均显著降低,同时压缩强度下降,但NaOH处理参数组合为5 mol/L-24 h,10 mol/L-6 h的蚀刻支架,其压缩强度与未处理支架对比,差异没有统计学意义。蚀刻支架上细胞数目增多,单个细胞铺展面积大,黏附细胞伸出的突触变多。处理参数组合为10 mol/L-6 h的NaOH处理3D打印PCL网状支架可有效改善支架表面形貌和细胞反应,有利于增加湿润性和细胞黏附。

关键词：聚己内酯 3D打印网状支架 NaOH 亲水性细胞黏附

氢氧化钠碱蚀法改善3D打印PCL/β-TCP网状支架表面亲水性及其性能研究

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西安交通大学学报（医学版） 2024年第3期45卷 508-513页

作者：郭芳曾辉黄硕刘宁郭亚媛张予淇刘昌奎西安医学院口腔医学院牙颌面组织再生与修复研究中心陕西西安710021 兰州大学口腔医学院甘肃兰州730000

目的为解决聚己内酯(polycaprolactone,PCL)/β-TCP骨组织工程支架表面亲水性不足的问题,通过NaOH蚀刻法改善3D打印PCL/β-TCP支架表面微形貌,进一步影响其亲水性和细胞反应。方法采用3D打印熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM... 详细信息

目的为解决聚己内酯(polycaprolactone,PCL)/β-TCP骨组织工程支架表面亲水性不足的问题,通过NaOH蚀刻法改善3D打印PCL/β-TCP支架表面微形貌,进一步影响其亲水性和细胞反应。方法采用3D打印熔融沉积成型(fused deposition modeling,FDM)技术制备PCL/β-TCP网状支架,通过NaOH蚀刻法进行支架表面粗糙化改性,观察NaOH浓度、时间2项反应参数对支架改性前、后在微观形貌、能谱元素、接触角、压缩强度、细胞黏附等性能方面的影响。结果经NaOH蚀刻后成功制备PCL/β-TCP网状支架表面微孔结构。随着NaOH浓度、时间任一种参数的增加均会导致支架表面微孔增大、材料表面接触角减小,但NaOH处理参数为1 mol/L(24 h)或10 mol/L(6 h)的蚀刻支架,其压缩强度与未处理组对比,差异没有统计学意义(P=0.071);蚀刻支架上细胞数目增多,单个细胞铺展面积大,在骨髓间充质干细胞(BMSCs)黏附增殖上更具优势。结论采用NaOH蚀刻法改善3D打印PCL/β-TCP骨组织工程支架亲水性的方法是一种低成本的有效策略,可有效改善支架湿润性和细胞黏附。

关键词：聚己内酯(PCL)/β-TCP 3D打印骨组织工程支架 NaOH 亲水性

基于ACON激活函数和卷积神经网络的滚动轴承故障诊断

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轴承 2024年第8期 53-58,67页

作者：常志远刘昌奎李志农周世健南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 中国航发北京航空材料研究院北京100095

针对滚动轴承故障诊断任务的泛化问题,提出一种基于ACON激活函数和卷积神经网络(CNN)的故障诊断方法(ACON-CNN模型)。构造一种自适应激活因子,利用ACON激活函数的自适应激活特性增强整个卷积神经网络的自适应特征能力;同时构造一种基于... 详细信息

针对滚动轴承故障诊断任务的泛化问题,提出一种基于ACON激活函数和卷积神经网络(CNN)的故障诊断方法(ACON-CNN模型)。构造一种自适应激活因子,利用ACON激活函数的自适应激活特性增强整个卷积神经网络的自适应特征能力;同时构造一种基于稀疏结构的神经元簇,增加诊断模型的稳定性。对CWRU轴承数据集以及航空轴承数据集的试验结果表明:针对同一轴承不同采集端故障数据的训练与识别中,ACON-CNN模型具有比原始CNN,FFT-CNN,LSTM-CNN更好的识别效率和鲁棒性;在不同轴承样本数据集的迁移学习中,ACON激活函数和稀疏神经元簇的综合作用也使ACON-CNN模型获得了更好的泛化性能和识别效果。

关键词：滚动轴承故障诊断卷积神经网络激活函数深度学习迁移学习

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淬火水温对7050铝合金组织性能的影响

稀有金属材料与工程 2024年第5期53卷 1262-1267页

作者：马力魏振伟周杰李乐宇邓志伟范浩彭文屹刘昌奎南昌大学物理与材料学院江西南昌330031 中国航发北京航空材料研究院中国航发失效分析中心北京100095 航空材料检测与评价北京市重点实验室北京100095 南昌航空大学材料科学与工程学院江西南昌330063

固溶处理是常见的提升7050铝合金综合性能的热处理手段,但由于7050合金存在一定的淬火敏感性,淬火水温是影响其性能的一个重要因素,不同的淬火水温会影响合金获得的固溶体饱和度和析出相尺寸,进而影响合金性能。研究了固溶处理时,冷却... 详细信息

固溶处理是常见的提升7050铝合金综合性能的热处理手段,但由于7050合金存在一定的淬火敏感性,淬火水温是影响其性能的一个重要因素,不同的淬火水温会影响合金获得的固溶体饱和度和析出相尺寸,进而影响合金性能。研究了固溶处理时,冷却水温度对7050铝合金组织性能的影响。结果表明,随着淬火水温的升高,通过EBSD分析得出合金的大角度晶界比例逐渐提升,位错主要集中在大角度晶界和晶界密集的区域,合金中晶界处不断产生析出相并长大,合金硬度呈现先增加后降低的趋势,耐腐蚀性能随着淬火水温的升高持续变差。50℃水温淬火时合金具有良好的综合性能,显微硬度为1707.16 MPa,腐蚀电位为-0.927 V。

关键词： 7050合金淬火水温析出相耐腐蚀性 EBSD

Recrystallization of SRR99 single-crystal superalloy: Kinetics and microstructural evolution

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Rare Metals 2010年第3期29卷 312-316页

作者： ZHANG Bing liu changkui HE Yuhuai TAO Chunhu LU Xin Failure Analysis Center of AVIC Beijing Institute of Aeronautical Materials Beijing 100095 China School of Materials Science and Engineering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 China

As-cast SRR99 specimens were shot-peened and then annealed at 1250 and 1300°C for different times to investigate the kinetics of *** was found that the relationship between annealing time and volume fraction of recrystallized grains could be described by the Johnson-Mehl-Avrami *** on the kinetics analysis of the recrystallization process,the apparent activation energy for recrystallization was *** addition,the microstructural evolution during the recrystallization process at 1300°C was ***,recrystallization first occurs in the dendritic core regions at the shot-peened *** the dissolution of coarse γ＇ particles in the interdendritic regions,the recrystallized grain boundaries move through the interdendritic ***,the fully developed grains nearly have a uniform *** recrystallization process at the shot-peened surface is similar to that of wrought materials,which includes nucleation of recrystallization,growth of recrystallized nuclei into the matrix,and growth of recrystallized grains by swallowing up each other.

关键词： single crystal superalloy recrystallization shot peening activation energy kinetics