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送粉量对垂直激光熔覆粉末流场的影响研究

表面技术 2024年

作者：范红丽刘玉兵王治文张钊韩日宏郑明军齐海波石家庄铁道大学石家庄职业技术学院河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室

目的激光熔覆头与工作面和水平面均垂直是现有激光熔覆粉末输送的主要研究工况，垂直激光熔覆粉末流场研究，可弥补具有倾斜复杂表面特征、不可移动、不可转动的金属零部件修复的理论空缺，拓展增材制造金属零部件修复应用领域。方法首... 详细信息

目的激光熔覆头与工作面和水平面均垂直是现有激光熔覆粉末输送的主要研究工况，垂直激光熔覆粉末流场研究，可弥补具有倾斜复杂表面特征、不可移动、不可转动的金属零部件修复的理论空缺，拓展增材制造金属零部件修复应用领域。方法首先构建垂直激光熔覆四路同轴送粉三维气粉耦合模型，基于粉末汇聚焦点和气体流场分布确定基板工作高度和载气流量，然后探究最大粉末浓度、粉斑直径和模拟偏移量随送粉量的变化规律，最后采用单道激光熔覆实验验证模型的准确性并实现熔覆形貌预测。结果垂直激光熔覆下，随着送粉量的增大，粉末汇聚焦点变化不明显，均在距离喷嘴16mm处；最大粉末浓度由9.8kg·m-3逐渐提升至19.2kg·m-3；模拟偏移量由0.23mm逐渐提高至0.62mm；粉斑直径在送粉电压为12 V到16 V时从2.8mm缓慢增加至3.2mm，16V到20V时从3.2急剧增大至4.3 mm；最大粉末浓度、粉斑直径、模拟偏移量与单道激光熔覆层高、层宽、偏移量线性正相关，数值模拟预测值与熔覆实验测量值之间的平均相对误差分别为2.15%、1.67%、3.05%。结论垂直激光熔覆时，送粉量对粉末流场的变化影响显著，最大粉末浓度、模拟偏移量和粉斑直径均随着送粉量的增大而增大；垂直激光熔覆粉末流场模型准确可靠，可对熔覆形貌进行准确预测。该研究成果可为垂直激光熔覆工艺参数选取及优化提供理论指导。

关键词：送粉量粉末汇聚焦点最大粉末浓度粉斑直径偏移量模型

钢结构表面光电阴极保护材料及其光阳极最新研究进展

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表面技术 2024年第19期53卷 27-39页

作者：石廷阅杨晓红程馨刘聪刘佳朋郭子宽张彬超宗倩颖肖凤娟石家庄铁道大学材料科学与工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室石家庄050043

钢结构的腐蚀带来了巨大的经济损失和安全隐患。光电阴极保护是利用材料转换光辐射产生光电子,光生电子通过外接电路转移到金属表面并富集,使金属发生阴极极化,从而抑制腐蚀的技术,也是一种真正节能、环保的腐蚀防护技术。光电阴极保护... 详细信息

钢结构的腐蚀带来了巨大的经济损失和安全隐患。光电阴极保护是利用材料转换光辐射产生光电子,光生电子通过外接电路转移到金属表面并富集,使金属发生阴极极化,从而抑制腐蚀的技术,也是一种真正节能、环保的腐蚀防护技术。光电阴极保护材料存在可见光利用率低、光电转换效率不足、光阳极稳定性不良、很少与有机涂层联用等问题,这些问题成为制约光电阴极保护材料发展的突出问题。总结了近年来国内外改善光电阴极保护材料及其光阳极性能的最新策略和方法,重点评述了通过离子掺杂重构、敏化与共敏化、异质结工程和聚合物涂层联用等方式提升TiO_(2)、ZnO、g-C_(3)N_(4)、BiVO4和聚合物基纳米材料光电转化效率的发展成果,评述了研究成果的贡献和影响,对钢结构的光生阴极保护可行性进行了论证,提出了材料防腐研究与应用中存在的问题、挑战和发展趋势,可为国内外半导体材料在光生阴极保护中的实际应用提供有价值的理论和技术参考。

关键词：光电转换效率阴极保护光阳极掺杂重构异质结工程防腐涂层

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基于CFD-DEM的激光熔覆粉末利用率仿真分析

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表面技术 2024年第17期53卷 146-156页

作者：范红丽齐海波张钊韩日宏刘玉兵石家庄铁道大学石家庄050043 石家庄职业技术学院石家庄050800 河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室石家庄050043

目的为准确描述激光熔覆过程中粉末与粉末、送粉管、基板之间存在碰撞的事实,提高粉末利用率,探究送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律及原因。方法首先,基于FLUENT有限元分析软件和EDEM离散元分析软件建立基于CFD-DEM的激... 详细信息

目的为准确描述激光熔覆过程中粉末与粉末、送粉管、基板之间存在碰撞的事实,提高粉末利用率,探究送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律及原因。方法首先,基于FLUENT有限元分析软件和EDEM离散元分析软件建立基于CFD-DEM的激光熔覆三维耦合模型,对粉末流从喷嘴喷射到达熔池的全过程进行气固两相流模拟仿真;然后,采用正交方差分析法确定送粉量、载气量和保护气量对粉末利用率的影响规律;最后,利用粉末收集试验和单道激光熔覆试验验证模型的可靠性及准确性。结果粉末利用率方差分析结果表明,送粉量、载气量和保护气量的显著性差异评价量F值分别为169.079、114.317、50.153;粉末利用率随送粉量、载气量和保护气量的增大均先提高后降低;在送粉电压18 V、载气量15 L/min、保护气量10 L/min和送粉电压14 V、载气量11 L/min、保护气量8 L/min 2种极端工况下进行粉末收集试验,模拟值与试验值误差分别为4.03%、4.54%;在激光功率1100 W、扫描速度5 mm/s下进行单道激光熔覆试验,模拟值与试验值误差分别为16.13%和16.50%,说明该模型准确可靠。结论送粉量对粉末利用率的影响最大,载气量次之,保护气量影响最小;获取较高粉末利用率的最优组合参数为送粉电压16V、载气量13 L/min、保护气量10 L/min。

关键词：激光熔覆粉末利用率 CFD-DEM 碰撞工艺参数模拟仿真

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热处理工艺对 TC4 合金腐蚀性能的影响

兵器材料科学与工程 2024年

作者：张俊庭孟亚阁王治文姚盛强鲍帅甲蒋晓军石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室

为了研究不同热处理工艺对TC4合金在5M盐酸中的腐蚀行为。在TC4合金的基础上，分别用淬火法和空冷法制备了WQ-TC4和AC-TC4合金。通过观察3种试样的显微组织演变，探讨显微组织对耐腐蚀性能的影响。结果表明：TC4和AC-TC4合金在α和β相... 详细信息

为了研究不同热处理工艺对TC4合金在5M盐酸中的腐蚀行为。在TC4合金的基础上，分别用淬火法和空冷法制备了WQ-TC4和AC-TC4合金。通过观察3种试样的显微组织演变，探讨显微组织对耐腐蚀性能的影响。结果表明：TC4和AC-TC4合金在α和β相界处均出现元素偏析，导致两相间形成微观原电池，使合金的耐腐蚀性下降，而WQ-TC4合金无明显的元素偏析。研究表明，较小的元素偏析使WQ-TC4合金拥有最佳的耐腐蚀性能，TC4次之，AC-TC4最差。

关键词：钛合金热处理腐蚀性能显微组织

TiC添加对A356铝合金组织与力学性能的影响研究

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热加工工艺 2024年第18期53卷 60-64,68页

作者：王晓宇贾金浩马世卿王天宇刘洋李伯超蔡政王春晓兰紫光石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学交通工程与环境协同发展新材料重点实验室河北石家庄050043

采用搅拌熔铸法,制备了组织结构均匀的TiC/A356铝合金,研究了TiC含量对A356铝合金的物相组成、微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着TiC含量的增加,TiC/A356铝合金的拉伸强度和伸长率呈先上升后降低的规律,维氏硬度则持续上升。... 详细信息

采用搅拌熔铸法,制备了组织结构均匀的TiC/A356铝合金,研究了TiC含量对A356铝合金的物相组成、微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,随着TiC含量的增加,TiC/A356铝合金的拉伸强度和伸长率呈先上升后降低的规律,维氏硬度则持续上升。当TiC含量为3wt%时,合金的综合性能最佳,其极限抗拉强度为197.1 MPa、伸长率为9.10%、维氏硬度为84.7 HV。此外,还分析了TiC复合强化A356合金的作用机理模型。

关键词： TiC A356铝合金微观组织力学性能强化机理

激光熔覆（FeCr）70Co10Ni10Mn10高熵合金的组织和性能研究

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热加工工艺 2024年第19期 143-146+151页

作者：赵阳许秋敬纪薇王少卿蒋晓军冉庆选韩日宏石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室

在45钢基体上，采用激光熔覆技术制备了3种成分的（FeCr）70Co10Ni10Mn10高熵合金涂层，分析了这3种高熵合金涂层的微观组织结构、显微硬度、耐蚀性。结果表明：激光熔覆技术制备的（FeCr）70Co10Ni10Mn10高熵合金涂层与基体达到了冶金... 详细信息

在45钢基体上，采用激光熔覆技术制备了3种成分的（FeCr）70Co10Ni10Mn10高熵合金涂层，分析了这3种高熵合金涂层的微观组织结构、显微硬度、耐蚀性。结果表明：激光熔覆技术制备的（FeCr）70Co10Ni10Mn10高熵合金涂层与基体达到了冶金结合，随着熔覆层数的增加，涂层成分趋于稳定。随着Cr含量的增加，涂层从面心立方相转变为σ相，随着σ相大量增加，涂层的硬度提升。合适的Cr含量可以提高合金的耐蚀性能，大量的σ相会降低合金的抗点蚀能力。

关键词：高熵合金激光熔覆 σ相耐蚀性

EVA/MPE/DK-HNTs复合材料的制备及其性能

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合成树脂及塑料 2024年第1期41卷 18-23页

作者：李薇常子衡刘子涵朱硕楠孟强杜敬亮杜永刚石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 河北尚华新材料股份有限公司河北石家庄050043 河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室河北石家庄050043

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、硅烷偶联剂KH570为原料合成了DOPOKH570,并接枝于埃洛石纳米管表面,制备了端基含DOPO的埃洛石纳米管(DK-HNTs)。通过傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱表征了DK-HNTs的化学组成及结... 详细信息

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、硅烷偶联剂KH570为原料合成了DOPOKH570,并接枝于埃洛石纳米管表面,制备了端基含DOPO的埃洛石纳米管(DK-HNTs)。通过傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱表征了DK-HNTs的化学组成及结构。采用熔融共混法制备了乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/茂金属聚乙烯/DK-HNTs复合材料,考察了DK-HNTs用量对复合材料性能的影响。结果表明:少量DK-HNTs在复合材料中可以均匀分散;当DK-HNTs用量为5%(w)时,复合材料拉伸强度、拉伸断裂标称应变、残炭量分别为21.08 MPa,735%,4.20%(w)。此外,DK-HNTs的加入使复合材料的加工流动性略有下降。

关键词：乙烯-乙酸乙烯酯共聚物埃洛石纳米管复合材料力学性能

Ni包WC颗粒增强金属基复合材料激光熔覆应力场模拟

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热加工工艺 2024年第6期53卷 133-137页

作者：王瑶郝晋韩日宏陈泽华齐海波傅硕石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室河北石家庄050043

针对Ni包WC颗粒增强金属基复合材料激光熔覆过程,开发了熔覆层温度场及应力场模型,考虑了不同含量Ni包WC颗粒对复合熔覆层热物性的影响,分析了金属基复合熔覆层中的温度场和应力场演变机理并提出了应力优化的梯度熔覆方案。结果表明:当... 详细信息

针对Ni包WC颗粒增强金属基复合材料激光熔覆过程,开发了熔覆层温度场及应力场模型,考虑了不同含量Ni包WC颗粒对复合熔覆层热物性的影响,分析了金属基复合熔覆层中的温度场和应力场演变机理并提出了应力优化的梯度熔覆方案。结果表明:当粉末中Ni包WC颗粒含量越多,物性与基体相差越大,在熔覆过程中会产生较大的应力,熔覆层中最大应力出现在熔覆层与基体的结合面附近。采用梯度熔覆方案可显著降低最大应力,以得到成形良好的复合熔覆层。

关键词：激光熔覆金属基复合材料温度场应力场

ADP/A-SEP复配体系对EVA/MPE线缆复合材料的改性研究

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塑料工业 2024年第1期52卷 147-153页

作者：常子衡李薇刘志成陈彪孟强杜敬亮杜永刚石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 河北尚华塑料科技有限公司河北石家庄051130 河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室河北石家庄050043

采用乙烯基三乙氧基硅烷(A151)对海泡石(SEP)进行表面处理制得A-SEP,并同二乙基次磷酸铝(ADP)复配用作乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/茂金属聚乙烯(MPE)线缆复合材料的阻燃改性剂。考察了ADP/A-SEP复配体系组成对EVA/MPE线缆复合材料拉伸性... 详细信息

采用乙烯基三乙氧基硅烷(A151)对海泡石(SEP)进行表面处理制得A-SEP,并同二乙基次磷酸铝(ADP)复配用作乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)/茂金属聚乙烯(MPE)线缆复合材料的阻燃改性剂。考察了ADP/A-SEP复配体系组成对EVA/MPE线缆复合材料拉伸性能、阻燃性能和加工流动性的影响。结果表明,ADP虽能明显改善EVA/MPE线缆复合材料的阻燃性能,但对拉伸性能负面影响较大。A-SEP同ADP具有较好的协效阻燃效果,且能够同时改善EVA/MPE线缆复合材料的拉伸性能。当ADP添加量为25%、A-SEP添加量为3%时,EVA/MPE线缆复合材料的拉伸强度与断裂伸长率分别为11.43 MPa和689%;极限氧指数(LOI)达到32%,初始热降解温度和残炭率分别为352.89℃和5.75%,体积电阻率为2.63×10^(13)Ω·cm。此外A-SEP添加量不超过3%时,其对EVA/MPE/线缆复合材料的加工流动性影响不大。

关键词：乙烯-醋酸乙烯共聚物二乙基次磷酸铝海泡石阻燃性能拉伸性能加工性能