增材制造金属材料典型缺陷研究进展

摘要:增材制造是一种通过逐层沉积材料实现三维实体制备的近净成形技术,因其在制造复杂结构金属零件方面具有独特优势,已在航空航天、生物医疗和高端模具等关键领域获得广泛应用。然而,增材制造特有的成形过程也带来了与传统制造方法不同的缺陷特征,这些问题严重制约了成形零件的服役可靠性,成为该技术亟须解决的核心问题之一。本文系统总结了中国航发增材制造技术创新中心在增材制造金属材料缺陷方面的研究成果,重点阐述了孔洞、未熔合、夹杂及裂纹等典型缺陷的形貌特征、形成机制及其对力学性能的影响规律,并进一步分析了热等静压处理对缺陷闭合及力学性能的改善作用。针对当前研究存在的不足,本文建议从揭示缺陷形成机理与工艺映射关系、开发增材制造专用金属材料、建立面向零件服役要求的缺陷验收标准和研究智能化在线监测与闭环控制技术等方面开展研究,以进一步推动该领域的进步。

钛锆基形状记忆合金的研究进展

摘要: 不同于传统钛基形状记忆合金,Ti-Zr 合金中Ti 与Zr 可实现无限固溶,其强度高于纯Ti 和纯Zr,且生物毒性远小于Ti-Ni 基合金,可作为植入体用于生物医学等领域。另外,通过成型工艺优化和合金化,可改善Ti-Zr 基形状记忆合金的力学性能,用于高温等极端环境。然而,熔炼较难和形状恢复率不足等问题,对Ti-Zr 基合金的发展提出了考验。为此,本文介绍了Ti-Zr基形状记忆合金的研究进展,重点阐述了其相变特性、显微组织、形状记忆效应与力学性能,同时指出了目前存在的问题,展望了未来发展方向。

重型燃气轮机涡轮叶片用定向柱晶/单晶高温合金应用现状

摘要:重型燃气轮机(HDGT)高温涡轮叶片的设计寿命通常达到数万小时,其服役环境呈现高应力、长时热暴露及高盐/高硫等复杂介质诱发的热腐蚀耦合特征。本文系统综述了HDGT 用定向柱晶(DS)与单晶(SC)镍基高温合金的研究现状与发展趋势。首先,明确了工业燃机“高温前级高性能化、低温后级经济化”的分级用材策略,指出其核心设计逻辑已由追求瞬时极限强度转向保障长期组织稳定性。其次,重点探讨了合金成分设计的演变,分析了以降低Re 含量、优化W/Mo 配比及提高Cr 含量为特征的“低Re 设计哲学”,旨在抑制长期服役中拓扑密排(TCP)相的析出并提升环境适应性。随后,针对HDGT 叶片尺寸巨大的特点,梳理了大尺寸叶片制备中由尺度效应引发的热-溶质-应力多场协同失稳问题,以及枝晶偏析对服役性能的“组织继承效应”。最后,阐述了长寿命服役下蠕变、疲劳与环境损伤的多机制耦合演化规律,并重点展望了修复延寿技术在全寿命管理中的工程应用,指出其未来发展的核心:在不破坏原有单晶或定向晶体结构完整性的前提下,实现大尺寸叶片表层防护体系的重建与内部退化组织的高效恢复。突破大尺寸复杂结构叶片的铸造良率瓶颈、提升极端工况下的抗热腐蚀能力是当前面临的核心挑战。未来研究应聚焦于力学-环境性能的协同优化及基于物理机理的寿命预测模型,以支撑下一代高参数燃机的研制。

超高速激光熔覆研究现状与进展

摘要:超高速激光熔覆作为一项新兴技术,具有高效率、无污染、低孔隙率、小热影响区、低稀释率等优异特点,显著提高了普通激光熔覆技术所制备涂层的性能,并拓宽了其应用领域。鉴于超高速激光熔覆的优势,本文首先介绍了超高速激光熔覆不同于普通激光熔覆的技术特点和基本原理,围绕其主要工艺参数对涂层形貌、微观组织和性能的影响进行了总结,之后从粉末运动和熔覆过程两方面介绍了超高速激光熔覆数值模拟,介绍了超高速激光熔覆涂层质量监控与控制现状,并对超高速激光熔覆制备的涂层材料体系进行了重点论述。大量研究表明超高速激光熔覆制备的涂层性能在极低的稀释率和晶粒细化的共同作用下优于普通激光熔覆。随后对超高速激光熔覆制备涂层的常见缺陷进行了概括,最后对超高速激光熔覆已有的应用和未来可能的发展方向进行了展望。

电-热转换功能型相变储热材料的研究进展及应用

摘要: 热能在终端用能形式中占比高达50%以上,热能脱碳对实现我国“双碳”战略目标和节能减排至关重要,高效利用风能、太阳能等可再生能源驱动的电气化供热是实现热能脱碳的重要途径。目前,亟需探究先进的储能技术,以解决可再生能源供能与终端用能的时空不匹配矛盾。相变储热技术具有高储热密度和恒温输出特性,将电-热直接转化与相变储热结合可显著提高系统的能量转换效率和功率密度。本文聚焦相变储热材料的电-热转换特性与机制,分析了电-热转换与储热性能的关键影响参数。考虑到相变材料(PCM)本征导电性和导热性较差,需要引入高导电、高导热的添加物以制备电、热性能更优的复合相变材料。探讨了添加物不同的分布形式(离散、连续、定向连续)和尺寸效应对相变储热材料的电-热转换性能、有效热导率及电导率的强化影响机制,总结了电-热转换相变储热材料的应用场景,探讨了未来的重点研究方向和面临的挑战。

面向虚实融合的算力架构发展与应用探讨

摘要:随着数字孪生、工业物联网、边缘智能与元宇宙等虚实技术的快速演进,虚实融合已成为推动智能社会构建与产业体系重塑的核心驱动力。算力作为虚实融合的底层支撑要素,正在从单一集中式计算资源向多层协同、智能调度与安全可信的复杂系统加速演化。本文系统梳理了新型算力体系的发展现状与关键特征,指出当前算力体系正呈现“云-边-端”一体化演进的趋势,智能算力正成为算力结构升级的核心引擎,区域算力布局逐步形成了差异化与协同并重的格局,虚实融合驱动下的算力应用模式亦呈现出多样化、泛在化与自主化的特征;在虚实融合应用背景下,进一步分析了支撑新型算力体系构建的关键技术,包括虚实融合驱动的算力体系架构设计、面向虚实融合场景的关键技术要素,从体系架构与算力编排两方面揭示了算力供需匹配的逻辑基础;通过对混合计算架构的研究,重点探讨了虚实融合的算力体系在异构协同、低延迟高带宽保障、多源数据安全与隐私保护等方面面临的挑战;针对上述挑战,提出了构建泛在智能算网、发展可信算力体系、突破异构协同壁垒、完善安全治理机制与培育虚实算力生态等新型算力体系发展重点方向,为未来虚实算力体系的建设、产业生态优化以及算力资源配置策略提供理论参考与战略支撑。

基于原位合成技术的石墨烯/铜复合材料研究进展

摘要:纯铜因其独特的可加工性、优异的电、热传导性而广泛应用于微电子元器件、集成电路引线框架、电机绕组等诸多现代工业场所。然而,目前对纯铜的使用要求已趋其理论性能上限,难以满足当今铜产业化需求。近年来,研究者们提出将物理、力学性能优异的石墨烯与铜进行原位复合,有望协同提高铜在力学、导电、导热、耐蚀等方面性能。基于此,本文综述了国内外在铜衬底表面原位生长石墨烯,基于原位合成技术制备石墨烯/铜复合材料的工艺流程、组织构型以及性能方面进展。分析了原位石墨烯/铜复合材料界面结构和特征,讨论了石墨烯/铜复合材料组织构型对复合材料强韧化机制、导电导热等行为的影响,并展望了面向未来高性能、多功能石墨烯/铜材料需求的原位复合技术发展前景。

非晶合金催化降解污水:现状、影响因素与改性策略

摘要:随着人类社会的快速发展,各类污水的排放量逐年增多,水污染等环境问题日益严重,寻求有效的污水处理方法已成为一种迫切需求。由于非晶合金是一种具有良好的表面活性、较低的氧化还原电位和优异的催化降解性能的亚稳态金属合金,被视作是解决以印染污水为主等各种污水的有效催化剂,目前已经在含有染料、农药等有机污染物和含有重金属、酸碱盐等无机污染物的污水处理方面开展了广泛研究,但其降解机制因污水的种类和非晶合金体系的不同而存在很大的差异,致使降解速率高低不同,因此选择合适的非晶合金成分和恰当的材料改性方法在实现污水高效降解上具有重要意义。本文就污水处理的常规技术,非晶合金的特性、潜质及其在污水处理中的应用、存在的问题等进行了总结,同时还系统介绍了各种化学参数等因素对非晶合金催化性能的影响和各种材料改性方法,以期能够为新型催化剂的研究提供有价值的参考。