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激光功率与曝光时间对选区激光熔化TC11钛合金组织与力学性能的影响

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粉末冶金工业 2024年第3期34卷 79-84页

作者：程宗辉白兵蔡小叶胡家齐董定平国营芜湖机械厂安徽芜湖241007

采用选区激光熔化技术成形TC11钛合金试样,研究了激光功率(220~260 W)和曝光时间(45~55μs)对试样组织和力学性能的影响。结果表明,激光功率与曝光时间主要影响成形过程中的激光功率密度,从而造成组织、力学性能差异:当激光功率密度增加... 详细信息

采用选区激光熔化技术成形TC11钛合金试样,研究了激光功率(220~260 W)和曝光时间(45~55μs)对试样组织和力学性能的影响。结果表明,激光功率与曝光时间主要影响成形过程中的激光功率密度,从而造成组织、力学性能差异:当激光功率密度增加时,液态停留时间相对较长和冷却速率相对较低,柱状晶尺寸相对粗大,马氏体板条尺寸增加;当曝光时间为50μs、激光功率增加到260 W时,SLM成形试样的显微硬度增加至437 HV0.3,抗拉强度增加至1 463 MPa,而断后伸长率降至6.0%;当激光功率为200 W、曝光时间增加到55μs时,SLM成形试样的显微硬度增加至404.2 HV0.3,抗拉强度增加至1 446 MPa,而断后伸长率降至4.8%。当激光功率为220 W、曝光时间为50μs时,可获得强度和塑性匹配较佳的TC11钛合金,其抗拉强度和断后伸长率分别为1 345 MPa和10.6%。

关键词：选区激光熔化 TC11钛合金激光功率曝光时间显微组织力学性能

轮廓扫描速度对SLM成形TC1钛合金侧面质量的影响

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粉末冶金工业 2024年第2期34卷 44-48页

作者：胡家齐董定平慈世伟蔡小叶谢隋杰程宗辉国营芜湖机械厂安徽芜湖241000

采用选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)工艺以不同的轮廓扫描速度制备了TC1钛合金样品,测定了样品的侧面粗糙度,观察了样品侧面近表面缺陷特征并测试了其显微硬度。结果表明:随轮廓扫描速度的增加,样品的侧面粗糙度Ra由8.09μ... 详细信息

采用选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)工艺以不同的轮廓扫描速度制备了TC1钛合金样品,测定了样品的侧面粗糙度,观察了样品侧面近表面缺陷特征并测试了其显微硬度。结果表明:随轮廓扫描速度的增加,样品的侧面粗糙度Ra由8.09μm提升至12.27μm,这主要是由于球化与表面粘附的部分熔化粉末导致的。当轮廓扫描速度较慢时(300 mm/s),产生匙孔效应,近表面形成了大量气孔缺陷。当轮廓扫描速度较高时(900 mm/s),能量密度较低,近表面区域形成了未熔合缺陷。此外,低的轮廓扫描速度使能量密度增加,轮廓区熔池冷却速度减小,从而使近表面区域的硬度降低。高的轮廓扫描速度有助于降低近表面区域硬度的损失。

关键词：轮廓扫描速度表面粗糙度气孔未熔合显微硬度

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航空液压柱塞泵滑靴镀银层摩擦磨损机理研究

摩擦学学报 2024年

作者：管博文龚适张峰孙同明刘晓红左骏红蔡振兵国营芜湖机械厂西南交通大学摩擦学研究所

由于液压柱塞泵柱塞长期在高压、高速和高载的极端工况下运动，界面发生的摩擦磨损导致其滑靴端面出现镀银层剥落和网纹腐蚀等损伤现象，严重影响了装备服役安全。利用超景深显微镜、维氏硬度计、SEM (扫描电镜)和EDS (能量色散X射线谱... 详细信息

由于液压柱塞泵柱塞长期在高压、高速和高载的极端工况下运动，界面发生的摩擦磨损导致其滑靴端面出现镀银层剥落和网纹腐蚀等损伤现象，严重影响了装备服役安全。利用超景深显微镜、维氏硬度计、SEM (扫描电镜)和EDS (能量色散X射线谱仪)对服役后的滑靴端面进行表征，并探究滑靴锡青铜表面网纹形成及镀银层剥落机理。研究结果表明：滑靴锡铸造青铜表面存在的孔隙和组织偏析等缺陷会导致镀银层结合强度下降，在实际工况下发生严重的摩擦磨损导致镀银层发生剥落，剥落的银屑颗粒在磨损过程中进一步导致镀银层磨损加剧。对滑靴表面黑色网纹的产生机理进行了分析，发现基体铸造锡青铜逆偏析纹路在退镀银过程中，受到酸性溶液腐蚀形成Cu-Sn-O化合物，导致界面出现类似金相晶界纹路的黑色网纹。

关键词：柱塞滑靴镀银层摩擦磨损表面网纹损伤机理

低能量密度下多孔钛的选区激光熔化制备及性能评价

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中国组织工程研究 2024年第5期28卷 664-668页

作者：程进荟伍权彭敏黄昌丽田会敏李洋贵州师范大学机械与电气工程学院贵州省贵阳市550025

背景:目前传统粉末烧结法在制备多孔钛的过程中易引入杂质,多孔钛制造仍面临杂质污染和材料成形过程难以调控两大难题。目的:制备具有一定孔隙率的纯净多孔钛,并分析成形的多孔钛微观形貌演变及性能。方法:借助选区激光熔化技术在低能... 详细信息

背景:目前传统粉末烧结法在制备多孔钛的过程中易引入杂质,多孔钛制造仍面临杂质污染和材料成形过程难以调控两大难题。目的:制备具有一定孔隙率的纯净多孔钛,并分析成形的多孔钛微观形貌演变及性能。方法:借助选区激光熔化技术在低能量密度下制备多孔钛,通过对成形的试件孔隙率测定得出能成形较大孔隙率多孔钛的参数区间,并分析该区间下试件微观形貌演变及力学性能。结果与结论:①随着能量密度的增加,多孔钛试件的孔隙率逐渐降低,在能量密度10.61-27.78 J/mm3之间时,能成形孔隙率11.23%-33.67%的多孔钛;在能量密度27.78-37.88 J/mm3之间时,成形件较为致密;②成形的多孔钛物相主要为α钛,随着能量密度的增加,试件的孔隙率降低,孔隙形貌由不规则连通孔向封闭近球形孔转变,粉末颗粒间由轻微烧结颈变为连续熔道;CT扫描结果显示,在能量密度10.61 J/mm3下,成形试件内部存在大量连通孔隙且孔隙半径大致分布在2-6μm之间,具有较大的比表面积;同时,在能量密度10.61-27.78 J/mm3区间下能得到抗压强度值188-1000 MPa的多孔钛,满足生物医疗领域应用需求;③结果表明,借助选区激光熔化技术克服了传统制备工艺带来的杂质污染、成形过程难以调控等问题,为制备力学性能优异的多孔钛提供了有效解决措施。

关键词：低能量密度选区激光熔化多孔钛微观形貌孔隙率力学性能

基于VARI工艺的碳纤维复合材料快速修理飞机铝合金裂纹的研究

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材料导报 2024年第6期38卷 205-210页

作者：汪愿孙运刚符彬刘文浩宣善勇刘鹏国营芜湖机械厂安徽芜湖241007 安徽省航空复合材料维修工程技术研究中心安徽芜湖241007

考虑到飞机战伤抢修需求,在现有的复合材料胶接修理基础上提出了一种基于真空辅助树脂灌注(VARI)工艺的金属裂纹快速修理方法,通过静力拉伸和疲劳实验将VARI修理工艺与传统湿法胶接修理工艺、机械补强修理工艺进行对比,获得了不同修理... 详细信息

考虑到飞机战伤抢修需求,在现有的复合材料胶接修理基础上提出了一种基于真空辅助树脂灌注(VARI)工艺的金属裂纹快速修理方法,通过静力拉伸和疲劳实验将VARI修理工艺与传统湿法胶接修理工艺、机械补强修理工艺进行对比,获得了不同修理工艺下实验件的静强度恢复率、疲劳寿命、修理时间及比静拉伸强度恢复率,借助有限元分析法深入研究了VARI修理件的损伤过程,并以比静拉伸强度恢复率为指标,利用Design Expert软件进一步优化了修理补片参数。结果表明:在三种修理工艺中,VARI修理工艺效果最佳,采用VARI修理的实验件静强度能恢复至完好实验件的90.3%,疲劳寿命相比未修理实验件增长了31.4倍;与传统湿法胶接修理相比,采用VARI修理可将修理时间缩短60.2%;与机械补强修理相比,采用VARI修理可将实验件增重降低53.5%,比静拉伸强度恢复率提高146.6%;对于长度为20 mm的裂纹,补片长度60 mm、宽度64.8 mm、铺层数目四层(即补片厚度1 mm)为最优补片参数。

关键词：飞机铝合金裂纹真空辅助树脂灌注修理疲劳寿命比静拉伸强度恢复率有限元模拟

复合压电薄膜生物相容性及电输出性能与兔骨髓间充质干细胞的成骨分化

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中国组织工程研究 2024年第13期28卷 1969-1975页

作者：王桢许顺恩汤耿罗四维滕建祥谢孟利何佳林叶川贵州医科大学附属医院骨科贵州省贵阳市550004 贵州医科大学贵州省贵阳市550004 组织工程与干细胞实验中心贵州省贵阳市550004 贵州师范大学机械与电气工程学院贵州省贵阳市550025

背景:可控的压电效应能促进组织的再生与修复,压电材料在负重组织工程领域应用广泛。目的:制备一种可促进骨组织再生的压电薄膜材料,探究其结构表征、电输出性能、生物相容性及其电输出对兔骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。方法:以聚3... 详细信息

背景:可控的压电效应能促进组织的再生与修复,压电材料在负重组织工程领域应用广泛。目的:制备一种可促进骨组织再生的压电薄膜材料,探究其结构表征、电输出性能、生物相容性及其电输出对兔骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。方法:以聚3-羟基丁酸酯4-羟基丁酸酯(poly-3-hydroxybutyrateco/4-hydroxybutyrate,P34HB)为原料,加入质量比分别为0%,5%,10%,15%,20%的锡钛酸钡钙(Ba0.94Ca0.06Sn0.08Ti0.92O3,BCST)粉末,以二氯甲烷为溶剂,通过真空干燥方法制得150-200μm厚度BCST/P34HB压电薄膜材料,经油浴极化后,检测其表面形貌、物相组成、压电系数和开路电压,以及BCST/P34HB在110 Hz、0.25 N力幅度下的电输出对兔骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化的影响。结果与结论:①扫描电镜、X射线衍射、水接触角、压电系数检测及电输出性能测试显示,当BCST质量比增加至20%时,BCST/P34HB压电薄膜有着良好的压电性能(d33=5.9 pC/N)及电输出性能(180 mV),更接近500 mV的合适电刺激成骨范围;②活死染色显示,与兔骨髓间充质干细胞共培养第1天,15%组与20%组显示出较少的红色荧光;当培养到第5天时,各组绿色荧光数量较第1天明显增多,10%组、15%组和20%组未见红色荧光,仅0%组和5%组有少量的红色荧光;③阿尔玛蓝染色显示,与兔骨髓间充质干细胞共培养第1,3,5天,随着时间的增加,各组细胞都呈现出增长的趋势,当培养到第5天时,20%组的细胞量明显高于0%组(P<0.05);④成骨诱导第10天,碱性磷酸酶染色结果显示20%组的染色阳性率明显高于0%组(P=0.0001);成骨诱导第21天,茜素红染色和钙结节定量分析显示出了与碱性磷酸酶染色相似的趋势,与0%组相比,15%组和20%组均显示出明显的差异(P<0.01,P<0.0001);⑤结果表明,20%BCST/P34HB薄膜具有良好的压电性能、电输出性能、生物相容性及促骨髓间充质干细胞成骨分化能力。

关键词：骨组织工程 P34HB 压电材料薄膜材料成骨分化

TiVNbTa/Inconel 600扩散焊接头的组织与性能

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材料工程 2024年第1期52卷 200-210页

作者：李娟沈宽春尹蓉赵宏龙罗少敏周念秦庆东贵州理工学院贵州省轻金属材料制备技术重点实验室贵阳550003 中航工业贵州永红航空机械有限责任公司贵阳550009

鉴于TiVNbTa难熔高熵合金优异的耐蚀性和高温强度,针对其与高温合金复合使用的潜在应用前景,研究TiVNbTa和Inconel 600的扩散焊接性能。在850~1150℃条件下对二者进行了扩散焊研究,对850~1000℃下所得接头的微观组织进行了观察,对所有... 详细信息

鉴于TiVNbTa难熔高熵合金优异的耐蚀性和高温强度,针对其与高温合金复合使用的潜在应用前景,研究TiVNbTa和Inconel 600的扩散焊接性能。在850~1150℃条件下对二者进行了扩散焊研究,对850~1000℃下所得接头的微观组织进行了观察,对所有温度下所得接头的剪切强度进行了检测。研究结果表明,除850℃下所得接头只含一层富Ni界面层外,其余接头均具有“Inconel 600/镍基扩散层/富Cr层/富Ti层/富Ni层/TiVNbTaNi(Fe,Cr)扩散层/TiVNbTa RHEA”多层界面结构,其中富Ni层为具有菱方晶体结构的Ni_(2)Ti型金属间化合物,富Cr层为具有密排六方晶体结构的Cr2X型Laves金属间化合物。950℃下所得接头具有最高剪切强度,其值为357 MPa,断裂主要发生在接头中具有Ni_(2)Ti型晶体结构的金属间化合物层,裂纹扩展穿过多层界面。接头界面形成机理分析结果表明,扩散焊过程中,Ti,V,Nb,Ta元素由RHEA侧向Inconel 600合金侧扩散,Ni,Fe,Cr元素由Inconel 600合金侧向难熔高熵合金侧扩散。其中,Ti和Ni元素扩散剧烈;Cr和Ni元素在界面化学反应的驱动下发生偏聚;Nb和Ta元素的扩散因Ni_(2)Ti型界面层的形成而受阻,从而出现分层。

关键词：扩散焊难熔高熵合金高温合金微观组织力学性能

A286高温合金薄壁圆管局部梯度性能设计与实现

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金属热处理 2024年第4期49卷 244-250页

作者：王程民冯治国江玉莲陶亮莫宁宁贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025 贵州省特色装备及制造技术重点实验室贵州贵阳550025

基于A286高温合金抽芯铆钉薄壁圆管退火的工艺要求,建立电磁场和温度场双向耦合的局部感应加热模型,研究电磁场和温度场的分布规律,然后进行了感应退火试验验证。结果表明,导磁体能够有效控制磁力线的分布,使用导磁体能够大幅度提高局... 详细信息

基于A286高温合金抽芯铆钉薄壁圆管退火的工艺要求,建立电磁场和温度场双向耦合的局部感应加热模型,研究电磁场和温度场的分布规律,然后进行了感应退火试验验证。结果表明,导磁体能够有效控制磁力线的分布,使用导磁体能够大幅度提高局部的磁通密度,进而提高加热效率。计算得到的温度梯度明显,表面温度分布曲线表现为两边低中间高的单峰曲线,退火后的硬度分布曲线则表现为两边高中间低的单峰曲线,低硬度区长约3.5 mm。对于退火后薄壁管的组织分布,非退火区呈现冷加工态组织,退火区的再结晶现象明显。

关键词：抽芯铆钉薄壁管 A286高温合金感应退火显微组织

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高效空气源热泵式烤房优化设计

中国农机化学报 2024年第3期45卷 81-89页

作者：李磊磊陈波李家春何俊杰贵州省烟草公司毕节市公司贵州毕节551700 贵州大学机械工程学院贵阳市550025

针对普通燃煤烤房能源消耗大、污染环境和生物质燃料烤房存在较大的安全隐患等问题,对普通烤房进行改造,引入空气源热泵系统,利用流体力学软件FLUENT对烤房不同气流形式结构、装烟室地面分风坡结构、加热室底部导流板结构的烘烤过程进... 详细信息

针对普通燃煤烤房能源消耗大、污染环境和生物质燃料烤房存在较大的安全隐患等问题,对普通烤房进行改造,引入空气源热泵系统,利用流体力学软件FLUENT对烤房不同气流形式结构、装烟室地面分风坡结构、加热室底部导流板结构的烘烤过程进行数值模拟,以获得烘烤性能最优的烤房结构形式;同时对温湿度控制系统进行设计,以实现烤房温湿度的精准调控,最后开展节能应用效果和温湿度操控性能正交试验。试验结果表明:所设计的空气源热泵烤房与普通燃煤烤房和生物质燃料烤房相比,能源消耗减少,平均烘干1 kg烟叶可分别节约0.77元和0.35元,烟农节能增收成效显著;在温湿度调节上更加准确灵敏,烟叶烘烤质量明显提高。

关键词：烟叶烘烤空气源热泵密集烤房数值模拟温湿度