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分离-接触特征对钛合金超声振动辅助铣削加工特性影响规律研究

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机械工程学报 2024年第9期60卷 97-113页

作者：周京国张宇航隋天一行登海董宝昆付清宇付俊帆林彬天津大学机械工程学院天津300350 天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300350 中国舰船研究设计中心武汉430064 航空工业西安飞行自动控制研究所西安710076

超声振动铣削中分离-接触特征会影响钛合金的高效高质量加工,为了更深入的认识分离-接触特征对超声振动辅助铣削的影响,建立了接触率、平均切厚比的铣削模型,并提出基于平均切厚比的超声作用判别准则;通过开展铣削实验,讨论了周期性与... 详细信息

超声振动铣削中分离-接触特征会影响钛合金的高效高质量加工,为了更深入的认识分离-接触特征对超声振动辅助铣削的影响,建立了接触率、平均切厚比的铣削模型,并提出基于平均切厚比的超声作用判别准则;通过开展铣削实验,讨论了周期性与持续性接触超声铣削中接触率与平均切厚比的作用机理;研究了不同铣削与超声参数对刀具磨损的影响规律。结果表明:在纵向超声振动辅助铣削钛合金时,分离效应与平均切厚效应共同作用使得超声加工相较于传统加工能改善加工质量,在周期性接触铣削中,刀具-工件周期性接触的间歇切削现象引起的分离效应是铣削力与表面质量改善的主要因素,在持续性接触铣削中(接触率为1),单位周期的平均切削厚度降低现象引起的平均切厚效应使得在一定范围内刀具-工件不分离也能降低铣削力,改善表面质量;Ti-6Al-4V钛合金存在临界切入速度值,约为42m/min,合理搭配主轴转速及超声振幅可改变切入速度以防止刀具磨损,这对钛合金的高效高质量加工与工艺控制具有重要的作用。

关键词：接触率平均切厚比超声振动辅助铣削钛合金加工特性

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大流量、高扬程、超大轴径泥泵机械密封的研制及优化

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船舶工程 2024年第3期46卷 81-85,162页

作者：柴桂军蔡建军王东邹鸿博闫帅林彬中交天津航道局有限公司天津300461 天津大学先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300350

“天鲲号”的投产使用,极大地提高了疏浚工程的施工效率,但目前“天鲲号”泥泵采用的L型橡胶密封在高排压下很快磨损失效引起泄漏停机,严重影响施工进度。针对这一问题,提出采用机械密封代替L型橡胶密封的方法。通过技术参数计算,对密... 详细信息

“天鲲号”的投产使用,极大地提高了疏浚工程的施工效率,但目前“天鲲号”泥泵采用的L型橡胶密封在高排压下很快磨损失效引起泄漏停机,严重影响施工进度。针对这一问题,提出采用机械密封代替L型橡胶密封的方法。通过技术参数计算,对密封部位进行仿真,对机械密封进行设计、制造,并通过2次实船测试对机械密封的性能开展验证。研究结果为解决疏浚装备泥泵密封在大流量、高扬程、超大轴径及高压下寿命短的问题提供了一种新的方案。

关键词：大型绞吸式挖泥船泥泵 L型橡胶密封机械密封

用于氨电氧化反应生成硝酸盐/亚硝酸盐的金属基电催化剂:过去、现在和未来

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 25-50页

作者：田芸睿谭皓天李霞贾晶晶毛子贤刘健梁骥天津大学材料科学与工程学院先进陶瓷与机械加工技术教育部重点实验室天津300350 内蒙古大学化学化工学院内蒙古呼和浩特010021

亚硝酸盐和硝酸盐(统称为NO_(2/3)−)是工业、农业和食品工程中的重要物质.目前通过Ostwald氧化法制备亚硝酸盐和硝酸盐过程常常伴随着大量的能源消耗和温室气体排放.氨的电催化氧化是一种低排放和节能的低温工艺过程,可以持续生产NO_(2/... 详细信息

亚硝酸盐和硝酸盐(统称为NO_(2/3)−)是工业、农业和食品工程中的重要物质.目前通过Ostwald氧化法制备亚硝酸盐和硝酸盐过程常常伴随着大量的能源消耗和温室气体排放.氨的电催化氧化是一种低排放和节能的低温工艺过程,可以持续生产NO_(2/3)−,避免了有害的N2O的形成,并且可以完全由可再生电力供电.目前对氨氧化反应的研究大多集中在氨裂解制氢和直接氨燃料电池上,而对氨转化为NO_(2/3)−的研究关注较少.因此,本文在总结近年来氨电催化工作的基础上,对催化剂的反应机理和设计思路进行了综述.本文从电催化氨氧化反应(AOR)可能的反应机理入手,介绍了AOR的反应条件、检测方法、原位表征方法以及理论计算的研究成果,在总结了影响AOR催化剂催化性能因素的基础上提出了近年来电催化剂的设计策略以及合成方法,并对未来氨领域的发展提出展望.首先,基于反应原理以及反应中间体的吸附路径等方面讨论了AOR的关键难点.然后,系统性总结了AOR的测试要求以及原位拉曼、原位红外、原位电化学质谱和原位X射线吸收光谱等技术在AOR机理研究中的重要作用,讨论了密度泛函理论对于研究AOR催化过程中的反应能垒和催化剂电子轨道分布的贡献.催化剂合金设计、界面工程、非晶化处理、单原子或双原子调制等可控策略有助于抑制副反应的进行以及电解过程中产生的腐蚀性物质对电极的破坏.最后,介绍了氨氧化在光、热以及生物催化领域的应用进展,提出了当前AOR所面临的挑战和解决策略,如将先进的材料设计与理论计算相结合,有助于寻找新的高性能AOR电催化剂.催化体系的改进和反应器的优化将加速大规模绿色、高效、低能耗电催化制备NO_(2/3)−的产业化.综上所述,AOR领域取得的进展说明氨电氧化制备NO_(2/3)−用于工业生产具有可行性,这为满足不断增长的NO_(2/3)−供应需求带来了新的机遇.尽管AOR仍面临性能不高、工艺不成熟等难题,但随着理论与实验研究的结合,原位表征技术不断地开发利用,未来高效、稳定的AOR催化剂会不断的出现.本文也为生成NO_(2/3)−的催化剂的研发提供理论参考.

关键词：氨氧化反应硝酸盐亚硝酸盐非贵金属催化剂氨

直写型3D打印制备SiOC基气凝胶及其隔热性能研究

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化工新型材料 2024年

作者：周玉贵赵文璞李想季惠明天津大学材料科学与工程学院先进陶瓷及加工技术教育部重点实验室航天特种材料及工艺技术研究所

以甲基三甲氧基硅烷与乙烯基三乙氧基硅烷为原料，添加SiO2气凝胶粉体，共同水解混合制备SiOC溶胶浆料，采用直写型3D打印和常压干燥制备SiOC基气凝胶，对其微观形貌、隔热及力学性能进行了探究。结果表明，该材料具有较低密度及收缩率... 详细信息

以甲基三甲氧基硅烷与乙烯基三乙氧基硅烷为原料，添加SiO2气凝胶粉体，共同水解混合制备SiOC溶胶浆料，采用直写型3D打印和常压干燥制备SiOC基气凝胶，对其微观形貌、隔热及力学性能进行了探究。结果表明，该材料具有较低密度及收缩率，热导率为0.03665 W/(m·K)。采用TEOS溶胶凝胶法对其填充修饰后，热导率有效降低至0.017 W/(m·K)，抗压强度提高至1.87 MPa。TEOS填充形成的SiO2气凝胶填充了3D打印SiOC基气凝胶的宏观孔洞和内部的微米孔结构，有效降低了气相传热途径，从而提高了隔热性能。

关键词： 3D打印气凝胶隔热性能力学性能

AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗热震性能

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硅酸盐通报 2024年第2期43卷 659-665页

作者：吕绪明张云汉石国华王嘉炜孙晓红核工业理化工程研究院天津300180 粒子输运与富集技术国防科技重点实验室天津300180 天津大学材料科学与工程学院先进陶瓷与加工技术教育部重点实验室天津300072

AlN陶瓷硬度高、脆性大,难以烧结致密,作为熔炼容器时会因高温变形或被温度变化引起热冲击破坏。将YAlO_(3)作为颗粒增强相加入AlN中,通过无压烧结方法制备AlN/YAlO_(3)复合陶瓷,研究不同温度下AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗热震性能,分析... 详细信息

AlN陶瓷硬度高、脆性大,难以烧结致密,作为熔炼容器时会因高温变形或被温度变化引起热冲击破坏。将YAlO_(3)作为颗粒增强相加入AlN中,通过无压烧结方法制备AlN/YAlO_(3)复合陶瓷,研究不同温度下AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗热震性能,分析热震前后AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的物相结构、断口形貌和表面形貌,并阐明热震损伤机理。结果表明,在AlN陶瓷中加入YAlO_(3)能够促进AlN陶瓷的烧结,将致密度提升至98.37%,同时细化晶粒,提高AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗弯强度和抗热震性能。在温度较高的热震试验中,当热震温度升高至600℃后,AlN/YAlO_(3)复合陶瓷的抗弯强度和残余强度保持率显著高于AlN陶瓷,表明添加YAlO_(3)能够有效提高AlN陶瓷的抗热震性能,这主要归因于微裂纹增韧及裂纹的偏折、分叉等机制的协同作用减缓了AlN/YAlO_(3)复合陶瓷抗弯强度的降低速度。此外,当热震温度达到1 000℃时,AlN发生氧化生成Al_(2)O_(3),导致AlN/YAlO_(3)复合陶瓷抗弯强度降低。

关键词： AlN/YAlO_(3)复合陶瓷抗热震性能抗弯强度强度保持率表面形貌断口形貌

Mo改性Pd/NaY催化剂用于甲醇间接氧化羰基化合成碳酸二甲酯

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 327-336页

作者：黄恪袁世诚梅荣艳杨歌白鹏郭海玲王纯正 Svetlana Mintova 中国石油大学(华东) 化学化工学院重质油全国重点实验室山东青岛266580 青岛科技大学化工学院先进陶瓷与机械加工技术教育部重点实验室山东青岛266042 法国国家科学研究中心催化与光谱实验室法国卡昂

碳酸二甲酯(DMC)因具有较好的溶解性、生物降解性和低毒性,而被认为是一种绿色化学品.其用途广泛,不仅用于合成聚碳酸酯,还是锂离子电池电解液、燃料添加剂以及羰基化和甲基化反应的重要试剂.在众多合成方法中,CH_(3)OH间接氧化羰基化合... 详细信息

碳酸二甲酯(DMC)因具有较好的溶解性、生物降解性和低毒性,而被认为是一种绿色化学品.其用途广泛,不仅用于合成聚碳酸酯,还是锂离子电池电解液、燃料添加剂以及羰基化和甲基化反应的重要试剂.在众多合成方法中,CH_(3)OH间接氧化羰基化合成DMC,具有无爆炸风险、反应条件温和以及原子经济性高等优点,因而展现出广阔的应用前景.然而,这一过程中使用的无氯Pd/NaY催化剂存在以下问题:Pd2+活性物种容易被反应物CO还原成Pd0物种,导致Pd烧结和催化剂失活.因此,如何在催化过程中保持Pd2+物种的稳定,是当前面临的一个重要挑战.本文采用“自上而下”的方法,制备了Mo改性的Pd/NaY催化剂(Pd-Mo/NaY).该催化剂在保持贵金属Pd氧化态的同时,增强了对反应物CO的吸附能力,进而提高了催化剂的稳定性.在CH_(3)OH间接氧化羰基化制DMC反应中,Pd-Mo/NaY表现出比Pd/NaY催化剂更高的催化活性和稳定性.在30 h的反应过程中,Pd-Mo/NaY催化剂上的CO转化率稳定维持在约97%,而Pd/NaY催化剂上的CO转化率则从94%逐渐下降至70%.此外,Pd-Mo/NaY催化剂的本征活性(TOF)为0.019 s^(-1),也明显高于Pd/NaY催化剂的0.005 s^(-1).X射线衍射、物理吸附和扫描电镜结果表明,Mo改性未显著改变Pd/NaY的物相结构、孔结构性质与微观形貌.透射电镜与扫描电镜能谱结果表明,两个催化剂的Pd聚集状态存在显著差异.Pd/NaY催化剂中Pd物种发生了明显聚集,Pd颗粒平均尺寸达到10.2 nm;而Pd-Mo/NaY催化剂中,大部分Pd物种仍保持高度分散的状态,仅有少量聚集的Pd颗粒,其平均尺寸仅为2.3 nm.通过羟基红外、吡啶红外与氨气程序升温脱附表征技术进一步研究了催化性能与Pd聚集状态差异的原因.结果表明,Mo的引入有效减少了因Pd离子交换过程引入的桥式羟基,从而降低了Pd-Mo/NaY催化剂的酸性.此外,氢气程序升温还原与X射线光电子能谱结果进一步揭示,Pd与Mo之间的相互作用调变了Pd-Mo/NaY的活性位结构,阻碍了活性Pd^(2+)物种被反应物CO还原为Pd0物种,从而有效缓解了Pd物种的聚集.CO漫反射红外与CO低温透射红外研究则表明,Pd-Mo之间的相互作用以及Pd2+活性位点的增加,显著增强了催化剂对反应物CO的吸附能力.通过原位漫反射红外(DRIFTS)实验捕获了COOCH_(3)*关键反应中间体,并发现无论是Pd/NaY催化剂还是Mo改性的Pd-Mo/NaY催化剂,均遵循相似的反应路径,并具有相同的决速步骤.综上,本文通过Mo对Pd/NaY催化剂进行改性,有效抑制了反应过程中贵金属Pd的烧结,从而显著提高Pd-Mo/NaY催化剂的稳定性.通过这一改性方法,实现了活性Pd2+物种的高度稳定,为甲醇间接氧化羰基化制DMC催化剂的研发提供了新思路.

关键词：分子筛 NaY 钯羰基化碳酸二甲酯

基于THz-TDR的芯片金属微带线缺陷检测

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红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 359-368页

作者：徐振徐德刚刘龙海李吉宁张嘉昕王坦任翔乔秀铭姜晨天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 航天科工防御技术研究试验中心北京100854

针对体积小、走线密集、集成度高的封装芯片缺陷检测,目前的主要检测手段存在精度低、周期长等缺点。为弥补传统检测方法的不足,作者结合太赫兹技术与时域反射技术,探究对芯片上金属导线缺陷检测的可行性。首先在不同宽度的金属微带线... 详细信息

针对体积小、走线密集、集成度高的封装芯片缺陷检测,目前的主要检测手段存在精度低、周期长等缺点。为弥补传统检测方法的不足,作者结合太赫兹技术与时域反射技术,探究对芯片上金属导线缺陷检测的可行性。首先在不同宽度的金属微带线上加工了不同比例的凸起、凹槽缺陷,模拟集成芯片中金属导线的不完全开/短路等阻抗不匹配情况,利用太赫兹时域反射计采集其时域反射信号。然后根据时域反射脉冲对应的时间分别对不同缺陷程度、不同缺陷类型进行定性分析,并精确计算出了芯片上金属微带线的缺陷位置。最后利用有限元分析法对硅基底上存在缺陷的金属微带线进行仿真分析,与实验结果具有良好的一致性。该研究表明,太赫兹技术与时域反射技术结合能够实现对芯片上金属导线缺陷的诊断检测,为集成芯片的缺陷检测提供了经验参考。

关键词：太赫兹时域反射微带线集成芯片缺陷检测

基于双混联机器人协同运动控制的薄壁件镜像铣削研究

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航空制造技术 2024年第7期67卷 14-27页

作者：肖聚亮赵雨昂刘思江刘海涛黄田天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300354

为提高薄壁件镜像铣削过程中的加工质量,本文提出一种针对双混联机器人镜像铣削的协同运动控制策略。首先,结合机器人运动控制特点,研发出一种双CPU主从控制架构的开放式数控系统,以实现人机交互和运动控制;然后,为实现双机协同运动并... 详细信息

为提高薄壁件镜像铣削过程中的加工质量,本文提出一种针对双混联机器人镜像铣削的协同运动控制策略。首先,结合机器人运动控制特点,研发出一种双CPU主从控制架构的开放式数控系统,以实现人机交互和运动控制;然后,为实现双机协同运动并提高薄壁件加工质量,在数控系统中集成了4大关键技术,分别是双机器人的镜像路径生成、同步速度规划、协同运动学和运动误差实时补偿;最后,基于自主开发的集成式镜像铣削数控系统,开展了单点和多点支撑、双机协同与非协同加工的平面薄壁件槽铣削试验,多点支撑的平面铣削试验,大曲率路径高速协同运动试验与曲面薄壁件槽铣削加工试验。试验结果表明,提出的协同运动控制策略能够保证双机器人具有较高的同步位置精度。此外,多点支撑方式在保证薄壁件铣削壁厚的同时,还可提高工件铣削的颤振稳定性。

关键词：双混联机器人协同运动控制薄壁件镜像铣削颤振抑制协同误差补偿

超声对激光熔覆WC颗粒强化涂层耐磨防腐性能的影响(特邀)

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红外与激光工程 2024年第1期53卷 43-54页

作者：姚喆赫戴温克邹朋津余沛坰王发博迟一鸣孙振强张群莉姚建华浙江工业大学激光先进制造研究院浙江杭州310023 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室浙江杭州310023 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023 杭州汽轮动力集团股份有限公司浙江杭州310020

面向海洋、矿山等领域机械部件表面耐磨防蚀涂层制备需求,针对陶瓷颗粒强化涂层高耐磨性能与高耐腐蚀性能难以兼容的问题,搭建了超声辅助激光熔覆试验平台,制备了有无超声作用下的碳化钨(WC)颗粒强化涂层。研究了超声对复合涂层微观组... 详细信息

面向海洋、矿山等领域机械部件表面耐磨防蚀涂层制备需求,针对陶瓷颗粒强化涂层高耐磨性能与高耐腐蚀性能难以兼容的问题,搭建了超声辅助激光熔覆试验平台,制备了有无超声作用下的碳化钨(WC)颗粒强化涂层。研究了超声对复合涂层微观组织形貌、元素分布、WC表面合金层厚度的影响规律,并进一步开展了有无超声试样硬度、摩擦磨损与耐蚀性能测试。结果表明:超声振动能够细化晶粒,平均晶粒尺寸从101.0μm降至59.6μm,抑制偏析,促使WC表面合金层溶解与熔覆层元素的均匀分布;超声作用下,试样平均显微硬度由310 HV0.1提升至425 HV0.1,同时超声作用下WC颗粒周围硬度分布更加均匀;有无超声作用下试样失重量分别为6.5 mg和8.8 mg,试样磨损率分别为0.032 3 mg/m和0.043 8 mg/m,试样磨损率降低了26.2%;超声作用下试样腐蚀电流密度由5.20μA/cm2降低为2.13μA/cm2,同时电化学阻抗谱表明超声作用下试样表面具有更大的电容阻抗环、阻抗模量与相角值。

关键词：激光熔覆 WC颗粒强化涂层超声耐磨性能防腐性能