超声滚压表面复合强化研究综述

摘要:超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的极限或过度强化带来的起皱、开裂和压溃等。超声滚压表面复合强化技术作为特种复合加工工艺,在零件高性能表面制造中具有明显优势。根据超声滚压在复合工艺中的位置顺序,分别介绍了超声滚压前端强化、同步强化和后续强化3 种加工类型。超声滚压前端复合加工技术主要包括超声滚压复合物理气相沉积技术和超声滚压复合离子注入技术等。在超声滚压同步强化方面,讨论了声电耦合和温度场辅助超声滚压对变形层厚度和摩擦磨损性能的影响。在超声滚压后续强化方面,介绍了涂层复合超声滚压技术,讨论了它对涂层裂纹、孔隙以及表面粗糙度的影响。此外,分析了超声滚压对复合强化过程中材料微观组织演化和塑性变形的作用机制,总结了这些技术在改善表面强化效果和满足复杂服役要求方面的研究现状。最后,展望了超声滚压复合强化技术的应用前景和发展方向,强调了它在提高材料使役性能方面的研究价值和目标。

3D打印多孔钛金属支架的数字化设计及分析

摘要:目的:设计3D打印多孔钛金属支架并通过有限元分析找出满足大孔径和高抗压强度的结构设计方案。方法:利用计算机Autodesk Inventor软件,设计15种不同孔隙结构的单元钛合金支架模型(5种类型单元体结构,分别为仿钻石-60°、仿钻石-90°、仿钻石-120°、正四面体和正六面体,每种类型单元体结构各有3 种孔径,分别为400、600、800 μm)及其15 种圆柱体模型(直径20 mm、高度20 mm),通过Autodesk Inventor 软件进行有限元分析,简单模拟膝关节处受力类型及大小,转化成Mises等效应力、安全系数及形变位移的比较,分析数据,筛选出大孔径、高抗压强度的设计模型。结果:5种不同孔隙结构的单元结构模型在安全状态下,正向受力时,除正四面体外随孔径增大而最大受力减小;侧向受力时,各单元结构随孔径增大而最大受力减小;扭转受力时,仿钻石-60°和正四面体结构体随孔径增大而最大受力减小,仿钻石-90°结构体随孔径增大而最大受力增大,而仿钻石-120°和正六面体单元结构随孔径增大基本上无变化。在3种受力条件下,所有单元结构随孔径增大而形变位移增大。5种不同单元结构圆柱体模型分别在3种受力时,孔径越大,形变位移越大,Mises等效应力越大,安全系数变化同Mises等效应力相反。综合抗压能力由强到弱的顺序为:正六面体>正四面体>仿钻石-120°>仿钻石-90°>仿钻石-60°,并且每种类型圆柱体模型中孔径越小,抗压强度越大。结论:孔径大小和孔隙形态是影响支架抗压强度的重要因素。随着孔径(400、600、800 μm)的增大,各结构的强度均有所降低。正六面体、正四面体和仿钻石-120°结构模型能够满足大孔径和高抗压强度的条件。

聚氨酯涂层的疏水改性研究进展

摘要:聚合物涂层具有成本低廉、易于制备、使用方便、种类丰富等优点,被广泛用于运输和基础设施等领域金属材料表面的防腐防污。其中,聚氨酯(PU)是一种具有良好机械性能、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性等优异性能的聚合物材料。然而传统PU涂层的耐水性不佳,严重影响其在潮湿环境下的稳定性和使用寿命,因此对PU涂层进行疏水改性以增强其耐水性成为了具有广泛应用前景的研究方向。本文总结了用于PU涂层疏水改性的方法和研究进展,并对其进一步的应用前景进行了展望。

钢铁表面有机涂层的耐蚀与摩擦性能的研究进展

摘要:钢铁材料由于其优异的力学性能广泛应用于各个领域,然而钢铁的腐蚀失效一直是人们困扰的问题。有机涂层因其优异的结合力、简单的制备工艺和出色的长期防腐性能常用于钢铁表面的腐蚀防护。有机涂层中材料种类、填料取向、改性方法等对涂层腐蚀性能和摩擦性能都有一定的影响。综述了近年来钢铁表面有机涂层耐蚀与摩擦性能的研究进展。首先从物理阻隔、牺牲阳极的阴极保护、自修复技术和超疏水技术4 种提高有机涂层耐蚀性的方法入手,阐述了各种方法的基本原理,探讨了4种方法所制备的用于钢铁表面防护的有机涂层的防腐性能,并对目前各种方法所制备的有机涂层存在的问题以及改善措施进行了分析。接着主要从掺杂填料的角度,探究了不同填料对钢铁表面有机涂层摩擦性能的影响,提出了润滑相/增强相协同作用、软硬协同作用和自润滑微胶囊3 种提高有机涂层摩擦性能的策略。最后总结了目前钢铁表面有机涂层面临的一些挑战,并对钢铁表面有机涂层的发展方向进行了展望。

铜及铜合金管材三辊行星旋轧研究及应用现状

摘要: 随着对铜管材产品质量及效率的要求越来越高,管材需要满足薄壁化、大螺旋角化和高齿化等更高标准。现有三辊行星旋轧工艺对管材组织未定量控制, 组织及性能均匀性难以保证,对后续产品质量及性能产生不利影响。针对以上问题,对三辊行星旋轧工艺的研究与应用进行了文献调研,对相关研究机构、进展以及目前存在的研究盲点和问题进行了梳理和归纳。结果表明,科研院所、高校及企业对铜及铜合金三辊行星旋轧工艺的宏观规律做了大量研究,对轧制过程中的微观组织演变也有一定研究,但目前还缺少对轧制水冷流量及组织定量调控的相关研究。三辊行星旋轧的定量化、差异化、精准化冷却,将可能成为解决现有轧制管材缺陷的最有效途径之一,为管材三辊行星旋轧工艺的智能化奠定理论模型及机理基础,成为未来的研究热点。

基于石墨烯超材料的太赫兹五频段折射率传感器

摘要: 针对目前太赫兹折射率传感器波段单一且灵敏度低的问题,提出一种基于石墨烯超材料的五频段折射率传感器。通过CST电磁仿真软件对传感器结构进行模拟仿真,确定了可以同时提高吸收率和灵敏度的特征尺寸。与传统超材料折射率传感器相比,通过调整石墨烯层的化学势和弛豫时间即可实现石墨烯吸收体的可调谐性。仿真结果表明,该折射率传感器在频率为4.535、6.3681、8.253、10.395和11.321THz时达到折射率吸收峰值, 吸收率分别为92.2%、99.5%、99.9%、90%和99.1%,且5个波段中最高折射率灵敏度为436GHz/RIU。与其他折射率传感器相比,该折射率传感器波段多且灵敏度高,具有良好的传感性能,可应用于光学检测、医学成像、生物传感等领域。

高强度金属棒料精密剪切分离技术研究进展

摘要: 金属棒料切断分离的下料工序是大多数机械零件成形制造的第1 道工序。传统冲床剪切和带锯锯切的工艺方法由于存在不同程度的切断力大、断面质量差、生产效率低和材料浪费等问题,难以适用于中大直径的高强度金属棒料的高效精密切断。依据剪切下料的锻压设备类型及加载速度,将处于研究及推广状态的高强度金属棒料的精密剪切分离技术分为低速和高速两类,从工艺原理、设备类型、断面质量以及剪切效率等方面对不同精密剪切分离技术进行了探讨。相比于传统下料技术,高速精密剪切分离技术切断效率及断面精度更高,并提出了该技术进一步的研究方向。

机器学习加速太阳能光催化剂的发现

基于结构-性能-活性关系的材料筛选是光催化研究中的一个热点问题。本文介绍了利用机器学习技术来辅助寻找太阳能光催化剂的前景。机器学习技术极大地促进了科学和工程领域的研究,包括多相催化、但在光催化研究中的应用还处于初级阶段,缺乏一致的训练数据是一个主要的瓶颈,作者预见将光催化领域的知识集成到传统的机器学习协议中是一个可行的解决方案,本文提出一个整合机器学习与领域知识的整体架构,以设定加速光催化剂发现的方向。本文首先讨论了光催化领域中的知识,这些知识可以用来与机器学习方法相结合。接着介绍了在多相催化领域中流行的机器学习实践,这些实践旨在以纯数据驱动的方式来帮助发现光催化剂。最后提出了用光催化领域知识来补充数据驱动机器学习的各种策略。这些策略包括:(1)在机器学习模型的训练过程中综合理论知识和先验经验知识,(2)将这些知识嵌入到特征空间中;以及(iii)利用现有的材料数据库来约束机器学习预测。(利用人类和机器智能)可能减轻与数据驱动的机器学习相关联的可解释性和可靠性的缺乏,这一概念还可以通过促进从传统的光催化信息学范式向传统的光催化信息学范式的转变,为光催化信息学提供实质性的好处。

静电纺丝技术应用于局部治疗领域的研究进展

摘要: 静电纺丝纳米纤维由于比表面积大、孔隙率高、易添加多种成分等特性,是目前恶性肿瘤局部治疗领域的研究热点之一。因为电纺丝技术的多功能性,通过调整电纺纤维的结构和载药方式,可以满足不同的辅助治疗需求。本文从不同的电纺丝功能设计阐述了电纺丝纳米纤维膜在局部治疗领域的研究进展,并展望其发展前景。