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钛基石墨烯复合材料的分散性、界面结构及力学性能

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材料导报 2024年第5期38卷 234-241页

作者：佘欢时磊董安平上海应用技术大学机械工程学院上海201418 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室上海200240

石墨烯由于独特的结构和优异的力学、导电、润滑等性能,被认为是理想的金属基复合材料的增强体。将石墨烯作为增强体增强钛基复合材料有着巨大的应用潜力。然而,石墨烯的分散性及其与钛基体的反应是制约获得高性能石墨烯增强钛基复合材... 详细信息

石墨烯由于独特的结构和优异的力学、导电、润滑等性能,被认为是理想的金属基复合材料的增强体。将石墨烯作为增强体增强钛基复合材料有着巨大的应用潜力。然而,石墨烯的分散性及其与钛基体的反应是制约获得高性能石墨烯增强钛基复合材料的难点。本文综述了钛基石墨烯复合材料的分散性、界面及力学性能的研究进展。钛基石墨烯复合材料通常采用粉末冶金法制备,石墨烯能较均匀地分散于复合材料组织中,但当石墨烯添加量过多时仍会出现团聚现象。石墨烯与钛基体易发生反应生成TiC,通过固化烧结工艺的改进、基体复合化、石墨烯表面改性以及原位自生等方法可以有效地抑制界面反应并提高界面结合力。随着石墨烯含量的增加,钛基石墨烯复合材料的压缩、拉伸强度与硬度一般呈现先增大后减小的趋势。石墨烯增强钛基复合材料的强化机制通常以载荷传递强化为主,但有些情况下由石墨烯引起的位错强化、细晶强化及奥罗万(Orowan)强化效果也较为显著。

关键词：石墨烯钛基复合材料分散性界面强度强化机制

熔模铸件尺寸控制的数字孪生建模关键技术与应用

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金属学报 2024年第4期60卷 548-558页

作者：官邦汪东红马洪波疏达丁正一崔加裕孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室上海200240 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 西安电子科技大学机电工程学院西安710126

熔模铸造工艺流程长、工序多,铸件成型过程孤岛控制,存在尺寸超差问题。本工作基于节点法向量和最近邻点,提出熔模铸造工艺全节点位移传递的计算方法,解决熔模铸件成型多流程的数据孤岛问题。研究蜡模注射成型和铸件凝固过程工艺参数-... 详细信息

熔模铸造工艺流程长、工序多,铸件成型过程孤岛控制,存在尺寸超差问题。本工作基于节点法向量和最近邻点,提出熔模铸造工艺全节点位移传递的计算方法,解决熔模铸件成型多流程的数据孤岛问题。研究蜡模注射成型和铸件凝固过程工艺参数-尺寸偏差的关系,为数字孪生建模提供数据模型。对环套环特征件建立铸件模具反变形设计和铸件多流程下工艺优化的数字孪生应用。该数字孪生模型应用于设计阶段,反变形设计出模具内腔的三维几何模型。模拟结果表明,铸件所有节点位移偏差在0.04 mm以下。应用于流程之间的工艺控制,根据前一工序下尺寸偏差,进行后续工艺优化调控。

关键词：熔模铸造尺寸传递反变形设计数字孪生智能铸造

航空发动机用高温合金复杂薄壁精密铸件尺寸精度控制技术研究进展

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航空材料学报 2024年第2期44卷 31-44页

作者：崔加裕汪东红肖程波疏达孙宝德官邦丁正一上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室上海200240 中国航发北京航空材料研究院先进高温结构材料重点实验室北京100095

高温合金主要应用于涡轮后机匣、扩压器、预旋喷嘴等航空关键热端部件,采用整体精密铸造技术取代“分体铸造+焊接”成形方法,可减少零件数量和加工工序、提升可靠性、减轻质量,是航空发动机先进材料加工关键核心技术之一。然而复杂薄壁... 详细信息

高温合金主要应用于涡轮后机匣、扩压器、预旋喷嘴等航空关键热端部件,采用整体精密铸造技术取代“分体铸造+焊接”成形方法,可减少零件数量和加工工序、提升可靠性、减轻质量,是航空发动机先进材料加工关键核心技术之一。然而复杂薄壁构件液态精密成型存在尺寸超差难题,导致发动机气动性能降低,装配精度下降,是长期制约我国航空发动机关键构件制造质量的瓶颈问题。本文综述目前国内外在高温合金精密铸造尺寸精度控制方面的研究进展,并对基于数字化和智能化技术的发展趋势进行了前瞻性分析和探讨,未来迫切需要构建液态精密成型数字孪生平台,发展更先进的尺寸变形精准定量智能预测方法以及压蜡模具内腔型面设计理论。

关键词：航空发动机高温合金尺寸精度控制熔模精密铸造复杂薄壁

基于机器学习的Al-Zn-Mg-Cu合金快速设计

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第3期34卷 709-723页

作者：隽永飞牛国帅杨旸徐子涵杨健唐文奇姜海涛韩延峰戴永兵张佼孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室和金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海交通大学计算机科学与工程系上海200240 上海交通大学先进船舶和深海勘探协同创新中心上海200240

提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其... 详细信息

提出一种基于机器学习的合金快速设计系统(ARDS),以定制所需性能的合金制备策略或预测制备策略所对应的合金性能。为此,分别对3种回归算法:线性回归(LR)、支持向量回归(SVR)和人工神经网络(BPNN)进行建模和比较以训练多性能预测模型。其中,应用SVR构建的机器学习模型被证明是最佳的。然后,基于生成对抗网络(GAN)模型原理,构建Al-Zn-Mg-Cu系铝合金快速设计系统(ARDS)。对ARDS的预测可靠性进行验证。结果表明,为了能够获得准确的制备策略,系统中极限抗拉强度(UTS)、屈服强度(YS)和伸长率(EL)的输入上限分别约为790 MPa、730 MPa和28%。此外,基于ARDS预测结果,制备了一种性能优异的新型铝合金材料,其UTS为764 MPa、YS为732 MPa、EL为10.1%,进一步验证了ARDS的可靠性。

关键词：机器学习合金快速设计系统 Al-Zn-Mg-Cu合金力学性能

等离子电弧双丝增材制造Ti-48Al合金组织特征

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焊接学报 2024年第2期45卷 1-6,I0003页

作者：王林华学明沈忱张跃龙李芳周雯露丁煜瀚上海交通大学上海市激光制造与材料改性重点实验室上海200240

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究.结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α2相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不... 详细信息

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究.结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α2相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不均匀性特征,并且在树枝晶区存在严重的枝晶间Al元素偏析现象.在1 340℃/10 h/炉冷热处理后,不均匀的沉积态组织转变为晶粒尺寸细小的双态组织,Ti-48Al合金的微观组织的不均匀性获得明显改善,并且α2相含量显著增加,组织的择优取向减弱.

关键词：电弧增材制造 TiAl合金微观组织热处理

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3D打印镍基高温合金研究进展

精密成形工程 2024年第7期16卷 76-95页

作者：曹祎凡王瑞孙宝德李思彤谭庆彪贺戬孔德成祝国梁无上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室上海200240 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240

金属3D打印技术依照三维模型进行复杂几何形状构件的制造,可以制造传统制造手段无法实现的复杂结构,已经成为复杂高温合金构件成形的重要技术手段。然而,当采用3D打印工艺制备镍基高温合金构件时,存在原料/能量源/熔池之间的相互作用,... 详细信息

金属3D打印技术依照三维模型进行复杂几何形状构件的制造,可以制造传统制造手段无法实现的复杂结构,已经成为复杂高温合金构件成形的重要技术手段。然而,当采用3D打印工艺制备镍基高温合金构件时,存在原料/能量源/熔池之间的相互作用,并在大温度梯度、极快冷等条件下会进行非平衡凝固,这些特殊的过程决定了3D打印镍基高温合金有着不均匀的微观组织与各向异性的力学性能。现阶段,对增材镍基高温合金微观结构-性能-使役行为的理解比较欠缺,严重限制了其在工业领域的广泛应用。本文讨论了3D打印镍基高温合金的特点;归纳了不同制粉方式、粒径比、粉末成分、缺陷、流动性等粉末原材料特性对3D打印镍基高温合金冶金质量的影响;梳理了3D打印激光能量、扫描速度、扫描间距等工艺参数对镍基高温合金晶粒、析出相及偏析等微观组织的影响;讨论了影响3D打印镍基高温合金拉伸、蠕变及疲劳性能的因素。最后,总结了3D打印镍基高温合金发展过程中面临的问题及可能的对策,提出了一些值得探索的方向。

关键词：高温合金 3D打印粉末制备组织性能

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静磁场辅助金属增材制造技术研究进展

中国材料进展 2024年第4期43卷 311-322页

作者：杜大帆董安平祝国梁雷力明孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室上海200240 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司上海201306

增材制造作为一种新型的材料加工技术,具有制造周期短、材料利用率高和可制备结构复杂零件等优势,可以为定制形状复杂的产品开辟新途径,目前该技术在装备、材料、工艺、标准等方面都呈现迅猛发展之势,尤其在航空航天等高端制造领域展示... 详细信息

增材制造作为一种新型的材料加工技术,具有制造周期短、材料利用率高和可制备结构复杂零件等优势,可以为定制形状复杂的产品开辟新途径,目前该技术在装备、材料、工艺、标准等方面都呈现迅猛发展之势,尤其在航空航天等高端制造领域展示出了极大的应用前景。然而,对增材制造金属材料的组织、缺陷演化机理尚不明确,极大地制约了增材制造技术的大规模应用。外加物理能场作为外界辅助手段可以直接对金属材料制备过程的物理变化和化学反应过程产生影响,因而被用来控制其变化或反应过程。在金属增材制造过程施加外部磁场,可以影响其微熔池冶金过程、微观组织和力学性能。介绍了静磁场对金属凝固过程的影响的基本效应,并着重介绍了静磁场对3种具有代表性的增材制造方法,即:激光定向能量沉积、粉末床激光熔融和电弧送丝增材制造方法的成形过程、组织和性能的影响机制,从材料、方法和应用的角度综述了静磁场辅助下金属增材制造领域的研究进展。此外,指出了静磁场辅助金属增材制造技术面对的挑战,并讨论了未来发展趋势。

关键词：金属材料增材制造静磁场组织力学性能

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计算机辅助空间结构节点智能优化设计与3D打印

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 131-141页

作者：左文康陈满泰程斌赵金城上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240

为解决空间结构节点拓扑优化与3D打印设计制造方法参数化程度低的问题,提出了一套完整的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)工作流,用于空间结构节点智能化拓扑优化设计、数值分析和3D打印制造。首先基于... 详细信息

为解决空间结构节点拓扑优化与3D打印设计制造方法参数化程度低的问题,提出了一套完整的计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)和计算机辅助制造(CAM)工作流,用于空间结构节点智能化拓扑优化设计、数值分析和3D打印制造。首先基于参数化平台Grasshopper建立空间结构节点的参数化一体化拓扑优化CAD程序,自动生成优化节点模型;利用Abaqus/CAE平台对优化节点进行有限元结构分析;通过Fusion 360的CAM模块完成3D打印设计仿真和生成制造文件。结合单层网壳和双层网架结构的节点实例,验证了提出的工作流的适用性。分析结果表明:智能生成的节点较传统形式节点更美观独特且具有轻质高强的特性,在相同受力工况下,优化节点的体积仅为传统空心球节点的40%~60%,其柔度、峰值位移和峰值应力等各项力学性能指标即可优于空心球节点;采用316L不锈钢材料,基于选区激光熔融3D打印工艺可实现该高性能节点的精密制造。

关键词：空间结构节点计算机辅助技术拓扑优化 3D打印

镁合金表面膨胀陶瓷化涂层室温制备及1100℃阻燃机制

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陶瓷学报 2024年第3期 584-594页

作者：王博阳郭芳威张瑞吉李林刘德生李德江曾小勤张醒上海交通大学上海市先进高温材料及其精密成形重点实验室中国民用航空总局第二研究所上海宇航系统工程研究所

具有轻质高强性能的先进镁合金材料逐渐在航空航天和储氢运输领域得到应用，但是镁合金材料由于化学性质活泼燃点低，存在极大的爆炸爆燃安全隐患。针对目前镁合金表面热防护技术的不足，研制了可室温一体化喷涂成型的膨胀陶瓷化防隔热... 详细信息

具有轻质高强性能的先进镁合金材料逐渐在航空航天和储氢运输领域得到应用，但是镁合金材料由于化学性质活泼燃点低，存在极大的爆炸爆燃安全隐患。针对目前镁合金表面热防护技术的不足，研制了可室温一体化喷涂成型的膨胀陶瓷化防隔热涂层，对其阻燃性能和阻燃机理进行了系统性的研究。结果表明：在1100℃火焰烧蚀条件下，涂层膨胀率可以达到300%～500%，背温降低至500℃以下，且涂层质量损失率为30%～40%，残骸强度达到110 kPa～190 kPa，具有优异的阻燃隔热能力和力学强度。膨胀炭层和膨胀石墨引入的多尺度孔隙结构可以有效阻隔热量和氧气传导，且MoAlB (MAB)相材料良好的力学性能和自愈合性能形成的致密硬质结构大大提升了残骸强度，使得涂层在极端环境下表现优异的综合阻燃性能。

关键词：阻燃性能膨胀陶瓷化耐烧蚀残骸强度

来源：博看期刊