面向航空航天合金复杂结构的等离子电解抛光技术研究现状及展望

摘要:随着航空航天领域对零件表面质量和结构复杂度要求的不断提高,复杂结构合金表面高效精密抛光技术的发展受到广泛关注。系统综述了当前复杂结构表面抛光技术的研究进展,涵盖了传统机械抛光、磨粒流抛光、磁流变抛光、激光束与电子束等能量束抛光,以及电化学抛光等典型方法,分析了各类技术在加工效率、适应性及表面质量方面的优势与局限性。随后,重点分析了等离子电解抛光的材料去除及表面平滑机制。结合近年来的研究进展,归纳了等离子电解抛光的新方法;总结了关键工艺参数及其对表面质量的影响规律;介绍了等离子电解抛光技术在不同合金材料及复杂结构件表面抛光中的应用效果。最后,对合金复杂结构表面抛光技术进行了总结。特别地,指出当前等离子电解抛光为代表的高效精密抛光技术在复杂结构加工中的发展瓶颈,提出未来研究应聚焦于多物理场耦合机制解析、智能化装备开发及绿色可控工艺构建,以推动该技术在航空航天乃至生物医疗和精密模具等领域的工程化应用。

石墨烯增强金属基航空复合材料研究进展

摘要:本文综述了石墨烯增强金属基航空复合材料的研究现状,归纳了该种复合材料的制备方法,讨论了石墨烯对其性能的影响及机制。指出目前高含量、排列石墨烯增强金属基航空复合材料的研究还比较缺乏,涉及的工艺参数、组织结构、界面化学及高温物理性能等相关问题仍需进一步研究,并提出未来的研究重点应由制备方法等工艺性探讨向微观复合构型设计的思路转变。

航空氢发动机轴承所面临的挑战及机遇

摘要:氢能作为一种理想的清洁能源,对助力航空工业脱碳有着重要潜力。探讨了航空氢发动机中轴承面临的典型问题,重点分析了氢脆、氢致开裂/剥落、氢鼓泡、应力腐蚀等氢损伤行为对轴承性能的影响,以及临氢/涉氢轴承的材料选择、设计参数、润滑方式和工况适应性等技术挑战。通过对不同轴承抗氢损伤设计的研究结论和技术手段进行对比分析,指出氢分布均匀化、应力均匀化及损伤均匀化是提高航空氢发动机轴承氢环境适应能力与运行稳定性的重要策略,并进一步展望了未来研究的方向以及航空氢能发展所带来的机遇。

航空航天用激光增材制造金属构件热处理研究进展

摘要: 航空航天用金属构件需同时满足高性能、低成本、高可靠性等要求, 铝、钛、镍三类合金由于具有优异的综合性能成为航空航天领域重点发展材料, 也是激光增材制造中重要的应用材料。选区激光熔化技术成形精度高、生产效率高, 可获得近全致密的复杂结构金属构件, 是目前增材制造的研究热点。热处理是增材制造金属构件后处理环节中的主要步骤, 在调整组织及最终性能方面起着重要作用。重点介绍了近年来面向航空航天用选区激光熔化增材制造Al-Si-Mg、Ti6Al4V 和Inconel 718 合金构件热处理工艺的研究进展, 并对其未来发展方向进行了展望。

航空发动机整体叶盘叶片前倾抛光工序规划

摘要:通过增加前倾角的前倾抛光工艺可降低表面粗糙度。探究前倾角对抛光表面质量的影响规律对提高整体叶盘叶片的抛光效率具有重要意义。通过砂布页轮前倾抛光实验,获得P400~P1200粒度砂布页轮抛光TC4整体叶盘叶片时,用在不同抛光次数、前倾角度下的表面粗糙度。实验结果表明,抛光表面粗糙度随着前倾角的增加呈下降趋势。分析了前倾角变化对抛光表面质量的影响机制,并从多个角度进行探讨。通过量化抛光效率,研究了各粒度砂布页轮抛光效率随前倾角的变化规律,并得到了最佳前倾角度;此基础上进行抛光效率最优的抛光工序规划,并通过抛光实验进行验证。实验结果表明,优化后的抛光工序规划能在较少工序内获得合格的表面粗糙度,验证了抛光工序规划结果的可靠性。该研究为TC4整体叶盘叶片砂布页轮抛光工艺的优化提供了理论依据和实践指导。

航空航天先进制造理论与技术研究现状及趋势

摘要:先进制造理论与技术是科技进步和社会发展的基石,也是支撑航空航天工业及国防建设的基础,同时也是促进高端装备革新的关键。但是,随着新材料新结构的发展,传统制造技术难以满足航空航天领域关键零部件加工要求。因此,先进制造理论与技术成为航空航天领域的重要研究方向,获得了快速发展。首先介绍了航空航天先进制造理论与技术的内涵和特点,总结了高速/超高速加工、精密成形制造、微细与纳米加工、原子及近原子尺度加工、现代特种加工、快速原型制造以及绿色制造等航空航天领域典型先进制造理论与技术的基本原理、应用领域以及适用材料范围。其次,归纳了先进制造理论与技术的最新研究进展,包括高速高效加工技术、高性能复合加工技术、智能控制加工技术、大型化、微型化以及新兴材料技术。再次,深入探讨了当前先进制造理论与技术所面临的主要挑战和未来的发展趋势。随后,阐述了先进制造理论与技术的工程应用和设计制造一体化,并强调其在航空航天制造领域的重要地位。最后,分析了航空航天新一代先进制造理论与技术涉及的前沿领域,明确未来发展要点,指出重点发展方向。

TiAl基合金高温防护及热障涂层体系研究进展

摘要:TiAl基合金以其低密度、高比强度、耐烧蚀、良好的高温力学性能等优点成为新型轻质高温结构候选材料,自20世纪70年代以来备受关注。随着各种强韧化措施的研究不断深入,TiAl基合金的室温脆性问题逐步得到了解决。TiAl基合金成功应用于航空发动机叶片、航天飞行器蒙皮、舵翼、汽车排气阀等。然而,TiAl基合金高温抗氧化性能不足,限制了其作为高温零部件的应用。目前,主要通过整体合金化以及表面改性两种方式来改善TiAl基合金的高温抗氧化性能。整体合金化是在合金中添加Nb、Si、Mo、W、稀土等合金元素,促使合金表面形成致密的氧化层并提高氧化层与基体的结合力;表面改性主要包括表面合金化和表面涂层两种途径,表面合金化技术一般采用热扩散、离子注入、预氧化、激光表面合金化等方法,表面涂层技术是利用不同种类的涂层改善基体的表面性能,例如Ti-Al-X体系涂层、MCrAlY热障涂层、陶瓷涂层、复合涂层。热障涂层,作为一种表面改性中的涂层材料,具有优异的抗氧化性能以及长期服役性能。当应用于TiAl基合金表面时,热障涂层能够有效提升合金的高温抗氧化性能。但两者结合也存在如下问题,热生长氧化物的过度生长导致界面失效,以及涂层与基体元素互扩散严重,导致热障涂层/TiAl合金体系长期服役性能减弱。本文归纳并分析了TiAl基合金的高温氧化行为,分别从整体合金化以及表面改性两个方面综述了TiAl基合金高温防护的影响因素和作用机理,分析了热障涂层应用在TiAl合金表面所面临的问题并提出了改进方案,以期为提高TiAl基合金的抗高温氧化性能及发展热障涂层/TiAl合金体系提供参考。

面向增材制造的航空发动机支架拓扑优化与工艺协同

摘要: 针对航空结构件拓扑优化设计中,轻量化与强度性能及快速成型工艺的温度场与应力场协调性不足的问题,提出一种将结构轻量化与选区激光熔化( SLM) 成型工艺结合的一体化设计方法,基于体积约束和结构柔度最小化原理,采用面向增材制造( DfAM) 的理论方法,对航空发动机铝合金支架进行结构拓扑优化和打印工艺的协同设计理论研究。首先,采用静力学数值模拟对支架的四种单一极限工况进行力学分析,确定拓扑优化的设计域以及边界条件; 然后,在单一工况拓扑优化的基础上提出了多工况优化设计,并考虑了增材制造工艺约束; 最后,结合SLM 成型过程的数值仿真,确定铝合金航空支架的打印工艺。仿真结果表明: 结构优化后的支架满足力学性能要求,且重量比原设计模型减轻27%。试验结果表明: 结构和打印工艺协同优化后的SLM 成型支架表面质量较佳,零件激光扫描误差精度达CT7级,X-Ray检测结果显示支架无内部微裂纹、孔洞,抗拉强度≥396MPa,具有较佳的成型质量与表面精度。采用的面向增材制造的拓扑优化与SLM工艺优化及成型方法,能够为高效完成结构件产品一体化设计与制造提供有益参考。

航天热防护用树脂基复合材料研制的前沿进展

摘要:近年来, 在航空航天技术不断进步的背景下, 热防护系统(TPS)的材料选择和优化显得尤为关键. 本综述针对树脂基复合材料在热防护领域的研究和应用进展, 总结了不同树脂体系在提高材料热稳定性及耐烧蚀性等方面的最新成果, 讨论了多种纤维增强材料提升界面结合强度的方式, 展望了新型纤维改性方法与树脂成型条件在新型热防护树脂基复合材料中的应用前景, 旨在为新一代航天器热防护材料的设计制备提供指导.

300M钢起落架作动筒挤压成形数值模拟

摘要: 针对飞机起落架传统制造工艺中成形载荷大、材料利用率低、生产周期长等问题, 提出利用反挤压工艺制造300M钢起落架作动筒件, 设计了反挤压模具及坯料形状, 并使用Deform-3D进行有限元模拟, 分析了挤压温度为1050~1150℃、挤压速率为30~120 mm·s-1 时挤压过程中温度、等效应变、挤压力的变化规律。结果表明: 随着挤压温度或挤压速率的上升,锻件温度均呈上升趋势, 但温度分布规律基本不变; 锻件挤压前期的挤压力随挤压温度的上升而降低, 后期挤压力差异不显著; 高挤压速率下初始挤压载荷较大, 但曲线更加平稳, 挤压温度为1050℃、挤压速率为120mm·s-1时挤压载荷基本稳定在6.0×106N; 不同挤压温度和挤压速率下的平均应变差分别为4.55%和3.41%, 其等效应变量比例和分布规律差别很小。综合分析, 最佳工艺参数组合为挤压温度为1130℃、挤压速率为30~50mm·s-1。