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超构表面:设计原理与应用挑战(特邀)

中国激光 2024年第1期51卷 259-279页

作者：马耀光高宇斌浙江大学极端光学技术与仪器全国重点实验室光电科学与工程学院先进光子学研究中心嘉兴研究院智能光子研究中心浙江大学杭州国际科创中心浙江杭州310027

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚... 详细信息

作为一种二维形式的超构材料,超构表面允许以前所未有的自由度对光的振幅、相位、偏振等维度进行灵活高效的调控,有望突破传统光学的限制,实现低成本、高性能、超轻超薄、功能新颖的新型光学元件,近年来引起了学术界和产业界越来越浓厚的研究兴趣。从物理机理、相位调控到正向设计方法,系统回顾了超构表面的设计原理。介绍了这些机理如何用于实现丰富的应用,包括功能复用、宽带宽、大视场、多层级联、非局域超构表面等,涵盖了最主要和最新的发展方向。最后,讨论了超构表面在走向实用化的道路上所面临的器件设计和加工制造上的挑战,并对领域未来的发展进行展望。

关键词：材料超构表面超构透镜成像光学全息复用消色差成像

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镍基单晶高温合金氧化行为研究现状与展望

稀有金属 2024年第9期 1274-1291页

作者：杨洪赐樊江昆宋岳林李佳煜余建波朱礼龙程紫辉张英新李金山西北工业大学材料学院凝固技术国家重点实验室先进金属材料精确热成型技术国家地方联合工程研究中心上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室烟台大学精准材料高等研究院国标(北京)检验认证有限公司

镍基单晶高温合金广泛应用于先进航空发动机以及燃气轮机涡轮叶片的制造，但航空事业的发展对高单晶高温合金的承温能力提出了更高的要求，使得高代次合金中难熔元素含量增加，氧化行为更加复杂，其耐高温氧化能力及服役寿命面临巨大挑... 详细信息

镍基单晶高温合金广泛应用于先进航空发动机以及燃气轮机涡轮叶片的制造，但航空事业的发展对高单晶高温合金的承温能力提出了更高的要求，使得高代次合金中难熔元素含量增加，氧化行为更加复杂，其耐高温氧化能力及服役寿命面临巨大挑战。从高温氧化行为角度回顾了近年来单晶高温合金的研究现状，重点介绍了合金的氧化热/动力学特征以及氧化膜的演变行为，总结了服役温度、合金成分、偏析行为、应力加载、各向异性以及表面粗糙度等众多因素的影响规律及作用机制，旨在为提高合金抗氧化性能改善提供参考。镍基单晶高温合金在服役过程中能否形成致密均匀、连续且不易脱落的氧化铝层，直接决定了合金的抗氧化性能的强弱。最后，根据对现有研究成果的分析讨论，总结了单晶高温合金氧化行为研究面临的挑战，并对未来单晶高温合金高温氧化领域可能的研究方向作了展望。

关键词：镍基单晶高温合金高温氧化元素扩散各向异性

磁控溅射与电镀工艺制备镀银层的微动磨损性能对比

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材料热处理学报 2024年第1期45卷 157-165页

作者：衣琳琳袁景追喻岚唐庆尚希昌梁益龙王鹏中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司贵州贵阳550000 贵州大学材料与冶金学院贵州省材料结构与强度重点实验室高性能金属结构材料与制造技术国家地方联合工程实验室贵州贵阳550000

采用电镀与中频-直流磁控溅射技术分别在钢基体表面制备银镀层,利用显微硬度计、微米划痕仪和疲劳试验机等对两种镀银样品的硬度、结合力及微动磨损等性能进行了表征,并利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜等对微动磨损后样品的磨损形貌和... 详细信息

采用电镀与中频-直流磁控溅射技术分别在钢基体表面制备银镀层,利用显微硬度计、微米划痕仪和疲劳试验机等对两种镀银样品的硬度、结合力及微动磨损等性能进行了表征,并利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜等对微动磨损后样品的磨损形貌和磨损机理进行了分析。结果表明:磁控溅射工艺制备的镀银样品的显微硬度、表面粗糙度要优于电镀工艺制备的镀银样品;磁控溅射工艺制备的镀银样品的结合力比电镀样样品的结合力高1.5倍,有利于提高镀层的耐磨性;经过300 h的有效微动磨损实验,发现磁控溅射工艺制备的镀银层相比于电镀工艺制备的镀银层的磨损深度下降了33.3%,这与磁控溅射工艺制备的镀银层表面光整度好和粒子尺寸更细小有关。磁控溅射工艺制备的镀银样品的磨损机理是磨粒磨损,而电镀工艺制备的镀银层是粘着磨损。

关键词：磁控溅射电镀银硬度微动磨损

接闪阳极参数对雷电弧材料损伤数值分析的影响

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电工技术学报 2024年第5期39卷 1486-1496页

作者：赵泽洋肖慈恩刘亚坤廖意谢敏骐上海交通大学电气工程系电力传输与功率变换控制教育部重点实验室上海200240 上海市航空航天器电磁环境效应重点实验室上海201109 上海交通大学航空航天学院上海200240

接闪材料遭受雷电直击损伤的数值分析中尚不清楚阴极-放电电弧-阳极结构下材料参数对损伤分析的影响。为此,该文以飞机常用金属和复合蒙皮材料为研究对象,基于热等离子体电弧的磁流体动力学理论,建立雷电电弧的电-磁-热-力多场分析及其... 详细信息

接闪材料遭受雷电直击损伤的数值分析中尚不清楚阴极-放电电弧-阳极结构下材料参数对损伤分析的影响。为此,该文以飞机常用金属和复合蒙皮材料为研究对象,基于热等离子体电弧的磁流体动力学理论,建立雷电电弧的电-磁-热-力多场分析及其与材料的耦合模型,研究不同材料参数对雷电弧材料损伤数值分析的影响。结果表明,接闪阳极材料的电导率和热导率变化会改变电弧-材料界面的电流和能量分布及其耦合过程,影响各过程对材料致损的贡献。接闪材料表面的洛伦兹力、磁感应强度和电流密度随着电导率和热导率变化0.1~20倍时,其峰值最大可分别改变622.2%、172.5%和63.5%,峰值位置最大可分别变化-54.8%、59.4%和-53.1%。该文可为接闪材料的雷击损伤数值分析和耐受能力改进提供参考。

关键词：雷电电弧阳极参数数值模拟磁流体

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超声振动辅助金属熔化成形技术研究进展

中国激光 2024年

作者：王以珅张咪娜王大锋张广义周宇航王晶张文武宁波大学材料科学与化学工程学院中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室中国兵器科学研究院宁波分院

金属熔化成形技术在高端制造业的发展中发挥着至关重要的作用。针对金属件熔化成形过程中存在的气孔、裂纹和组织不均匀等问题，研究者提出了超声外部能量场辅助金属熔化成形技术，以改善金属熔化成形质量和性能。重点介绍了超声振动在... 详细信息

金属熔化成形技术在高端制造业的发展中发挥着至关重要的作用。针对金属件熔化成形过程中存在的气孔、裂纹和组织不均匀等问题，研究者提出了超声外部能量场辅助金属熔化成形技术，以改善金属熔化成形质量和性能。重点介绍了超声振动在金属熔化成形过程中的作用机理和添加方式，特别针对焊接、表面熔覆与增材制造等金属熔化成形方法进行了探讨。详细阐述了超声振动对成形件微观组织与性能的影响，并展望了超声振动辅助金属熔化成形技术的发展趋势。

关键词：超声振动金属熔化成形耦合机理改善缺陷性能调控

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柔性散热材料研究进展

复合材料学报 2024年

作者：白龙王盼盼王宝丽王子儒李天翔叶冬中国航空工业集团公司济南特种结构研究所华中科技大学机械科学与工程学院智能制造装备与技术全国重点实验室

随着电子器件向着高集成化、高功率化、一体化和多功能化方向发展，以及可穿戴器件、柔性显示和软体机器人等新型柔性器件的兴起，对器件的高效散热和柔性可变形能力提出了更高的要求，因此柔性散热材料得到越来越多的关注，具有广阔的... 详细信息

随着电子器件向着高集成化、高功率化、一体化和多功能化方向发展，以及可穿戴器件、柔性显示和软体机器人等新型柔性器件的兴起，对器件的高效散热和柔性可变形能力提出了更高的要求，因此柔性散热材料得到越来越多的关注，具有广阔的应用前景。本文综述了柔性散热材料的研究进展和现状，对比分析了碳基类、聚合物类和液态金属类这三大类柔性散热材料的优缺点，指出兼具优良导热性、柔韧性的复合柔性散热材料具有深厚发展潜力和实用价值。

关键词：柔性散热材料热界面材料石墨烯聚合物液态金属

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基于距离感知的金属缺陷样本标签分配算法

中国机械工程 2024年

作者：朱传军梁泽启付强张超勇湖北工业大学机械工程学院华中科技大学数字制造设备与技术国家重点实验室

针对金属表面缺陷检测模型在训练过程中正负样本分配时不考虑金属表面缺陷的长宽比、对目标分布的定位能力差等问题，提出了距离感知的动态标签分配算法DDA。DDA不改变原有检测模型的结构也不增加计算开支，根据真实框的几何特性提出新... 详细信息

针对金属表面缺陷检测模型在训练过程中正负样本分配时不考虑金属表面缺陷的长宽比、对目标分布的定位能力差等问题，提出了距离感知的动态标签分配算法DDA。DDA不改变原有检测模型的结构也不增加计算开支，根据真实框的几何特性提出新的距离损失计算范式，以优化长宽比悬殊的回归问题，将迭代过程中的回归偏移量解码为预测框坐标，最后计算预测框、锚框和真实框三者之间综合交并比信息，动态地选择正负样本以提高训练精度。通过在武汉某钢厂冷轧带钢表面缺陷检测中进行验证，并引入公开的热轧带钢表面缺陷数据集进行了泛化试验，结果均有显著提升，对金属表面质量规范有实际应用价值。

关键词：目标检测样本选择策略长宽比金属缺陷检测距离回归损失函数

热老化对HMX基高聚物粘结炸药摩擦行为的影响研究

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摩擦学学报 2024年

作者：李青山段辉晶李国成刘新祺余家欣何洪途银颖西南科技大学制造过程测试技术教育部重点实验室中国工程物理研究院化工材料研究所

针对热老化后高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosives， PBX)摩擦行为演化规律与机制不清楚等问题，研究了奥克托金(HMX)基PBX炸药摩擦行为和摩擦安全性能的演化规律与机制。在摩擦感度试验机上研究了热老化后PBX摩擦感度的变化规律... 详细信息

针对热老化后高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosives， PBX)摩擦行为演化规律与机制不清楚等问题，研究了奥克托金(HMX)基PBX炸药摩擦行为和摩擦安全性能的演化规律与机制。在摩擦感度试验机上研究了热老化后PBX摩擦感度的变化规律，发现热老化后PBX摩擦感度从未老化时的16%增大至老化50天后的46%。以含能单晶HMX作为摩擦对偶，在多功能摩擦磨损试验机上研究了热老化处理对HMX基高聚物粘结炸药(PBX)摩擦行为的影响机制。研究发现，随着热老化时间的增加，PBX表面稳态摩擦系数几乎不变。通过对PBX中HMX单晶和粘结剂与HMX单晶的摩擦行为分析发现，热老化后HMX单晶表面稳态摩擦系数基本不变，同时HMX单晶表面的微观力学性能、化学结构和表面均方根粗糙度也基本不受热老化处理的影响。未老化时，粘结剂与HMX界面的稳态摩擦系数大约为0.3，而老化50天后粘结剂与HMX界面的稳态摩擦系数增加至0.6。热老化后粘结剂出现了明显的结晶现象，导致了粘结剂的纳米硬度和弹性模量显著增大，进而增大了粘结剂和HMX界面的摩擦温升，最终造成PBX炸药摩擦感度的增大。

关键词：高聚物粘结炸药奥克托今粘结剂硬化摩擦系数摩擦安全性

DD5缓进磨削表面粗糙度和硬化率对疲劳性能影响研究

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中国机械工程 2024年第8期35卷 1472-1479页

作者：靳淇超包虎子李良万汪文虎张锦淇叶子银郭磊长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 中国航发西安航空发动机有限公司西安710021 西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072

为研究DD5镍基单晶高温合金缓进磨削表面粗糙度和硬化率对疲劳性能的影响规律及机理,设计实验并进行了试件磨削与疲劳性能测试。结果表明:表面粗糙度的增大引起应力集中加剧,导致疲劳性能降低,不同磨削工艺下表面粗糙度由0.347μm增大到... 详细信息

为研究DD5镍基单晶高温合金缓进磨削表面粗糙度和硬化率对疲劳性能的影响规律及机理,设计实验并进行了试件磨削与疲劳性能测试。结果表明:表面粗糙度的增大引起应力集中加剧,导致疲劳性能降低,不同磨削工艺下表面粗糙度由0.347μm增大到0.687μm,其疲劳寿命由5.51×10^(5)降至3.38×10^(5),下降率约38.66%;表面粗糙度小于0.4μm时表面硬化可提高试件疲劳寿命,表面粗糙度超过0.4μm时表面硬化对疲劳性能的影响不显著;形貌测试结果表明,随着表面粗糙度的提高,磨削表面耕犁产生的沟壑数量和深度均增大,疲劳载荷作用下磨削表面裂纹源数量增加、应力集中加剧,从而导致疲劳寿命降低。较小的表面粗糙度与较大的表面硬化率均可提高DD5缓进磨削疲劳性能。

关键词： DD5高温合金缓进磨削表面粗糙度表面硬化率疲劳性能断裂机理