AFSD高强铝合金析出强化的研究现状及发展趋势

摘要:增材搅拌摩擦沉积(additive friction stir deposition, AFSD)具有沉积温度低、增材质量好、制造效率高等特点,在航空航天制造领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了AFSD 技术,深入剖析了AFSD 对三类析出强化型铝合金组织和性能的影响规律及机理,并指出了制约高强铝合金构件AFSD 制造的关键问题。AFSD 在固相下进行沉积,克服了基于激光和电弧沉积的气孔和热裂纹缺陷。然而,在AFSD 过程中,由于沉积金属的冷却速度较慢,敏感温度区间的停留时间较长,在增材时后续沉积层对前一层,甚至前几层均有热作用。因此,沉积样品中部与底部的晶内强化相粗大,使得沉积层中下部的强度急剧下降。沉积层顶部不受二次或多次热循环的影响,析出相分布均匀,力学性能较好,但仍低于基体材料。时效处理可使AFSD 过程固溶的部分元素再次析出,性能轻微提升,但始终无法达到固溶+时效(T6)的水平。虽然沉积态经过T6 处理后可再次形成均匀细小的强化相,使其强度重新达到峰值,但在固溶的同时,沉积材料将发生晶粒的异常长大(abnormal grain growth,AGG)问题,因此,通常不建议对AFSD 沉积金属进行固溶处理。为了实现高强度析出强化铝合金构件的AFSD 制造,未来还需要在合金化设计、复合强化、工艺创新等方面开展进一步的研究工作。

激光增材制造镍基高温合金研究进展

摘要:激光增材制造是一种集激光、数字化、材料等学科为一体的新型制造技术,具有降维制造、复杂成型、材料利用率高等优点,按照其材料送进方式可分为铺粉式选择性激光熔化技术与送粉式激光熔化沉积技术。激光增材制造高温合金部件因其晶粒细小、组织均匀、力学性能优异,在航空航天领域已经得到了应用。从技术原理、微观组织、力学性能、致密度几个方面,综合论述激光增材制造在镍基高温合金的研究现状,指出了激光增材制造技术在轻量化设计、结构功能一体化器件方面的应用和发展趋势。

增材制造600℃高温钛合金研究进展

摘要:先进航空发动机高压压气机550~600℃环境使用的关键/重要件对600℃高温钛合金提出迫切需求。但是,难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造,采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制造技术的典型代表,拥有材料设计-制造一体化、复杂设计-定制一体化等独特优势,为600℃高温钛合金新材料/新技术研发提供了新的途径。目前国内外已开始关注通过增材制造的方式制备600℃高温钛合金,重点研究材料-工艺-组织-性能的关系。本文首先简要回顾600℃高温钛合金研究,其次重点介绍不同增材制造工艺下600℃高温钛合金沉积态和后处理态的微观组织特点;在综合性能研究方面,列举并分析拉伸性能、蠕变性能、热疲劳性能和抗氧化性能等关键性能;在复杂设计/复合结构章节,论述以600℃高温钛合金为基体的复合材料和梯度结构增材制造的研究进展。最后,对增材制造600℃高温钛合金材料开发、复合工艺探索、缺陷控制和性能评价标准建立等研究方向进行展望。

镁合金仿生耐腐蚀表面的研究进展

摘要: 为探索镁合金腐蚀保护的表面技术,仿生耐腐蚀如超疏水、超滑表面在过去十年中受到广泛关注。总结了制备镁合金表面的典型仿生超疏水防腐蚀方法,包括电化学沉积、化学刻蚀、阳极氧化、激光刻蚀、喷涂法等,并探讨了各制备方法的特点和镁合金仿生表面防腐蚀的研究进展。此外,总结了制备镁合金防腐蚀超滑表面的常用方法,即先构建结构化基底再注入润滑剂,以及一步喷涂法,并探讨了镁合金超滑防腐蚀表面的研究进展。最后,总结了镁合金超疏水、超滑表面面临的挑战和未来发展方向。

海洋钛合金低成本化应用技术进展与展望

摘要:海洋经济已成为全球经济发展的重要支柱之一。南海海洋环境的高温、高湿、高盐雾、强辐照,导致海洋工程材料和装备服役出现严重的腐蚀问题。钛合金具有低密度、高比强度、高耐蚀性等突出优点,是海洋工程装备的优选材料,但昂贵的应用成本严重制约了其应用拓展。如何降低钛在海洋领域的应用成本已成为海洋钛合金发展的重点。文章从钛的低成本提取和钛的减量使用两个方面,回顾了国内外钛的低成本应用研究进展,剖析了3 种钛的低成本提取技术,概述了钛钢热机复合工程、高能束流制备钛合金涂层和钛钢超声复合3 种钛的减量使用技术途径,展望了海洋钛合金低成本规模化应用的发展模式,针对性提出了深化基础研究、开展产品应用研究、强化人才培育与引进、加强产学研结合与技术转化等发展建议,以期促进中国海洋钛合金产业整体水平提升和高质量发展。

均热板的研究现状及应用前景

摘要:随着第五代移动通信技术(5G技术)的出现与快速发展,电子产品尤其是智能手机、平板电脑等产品,愈发朝着高性能、 高集成和微型化的方向发展,导致其在极端狭小空间下产生超高热流密度。均热板作为一种高效的传热元件,具有低热阻值和均温性特点,被广泛应用在高热流密度设备的散热模块中。本文综述了国内外均热板的研究现状,介绍了均热板的优势、传热原理、结构,总结了均热板建模仿真模拟的现状,分析评估了制备工艺等对均热板性能的影响,并提出微纳尺度铜基吸液芯制备方法和均热板可靠性评估方法,在此基础上,展望了均热板的应用前景及发展趋势。

增材制造铝锂合金的研究进展

摘要:锂作为最轻的金属元素,将其以1%的含量熔入铝合金,可使合金密度下降3%,弹性模量提高6%。铝锂合金凭借其优异的强度、防腐蚀性、抗疲劳特性及延展性,已成为航天领域中理想的轻质高强度材料。传统的熔铸法制作铝锂合金时存在一定的局限性,如需要特殊的熔铸设备,易产生气孔、裂纹等缺陷,且铸造后需进行锻造、挤压等工序,这增加了制造成本并延长了制造周期。然而,增材制造技术可避免这些问题,为铝锂合金的加工制造提供了一种新的解决方案。本文旨在对增材制造铝锂合金的组织结构与性能进行概述,总结了增材制造铝锂合金的主要技术研究概况,并分析了未来增材制造技术在铝锂合金制备过程中的发展趋势与前景。

镁合金在模拟人体体液中降解及摩擦磨损机理

摘要: 镁金属具有良好的生物学特性,且植入人体内后能够迅速降解直至完全消失,但由于镁的化学性质较活泼,容易与人体体液发生氧化反应,从而被迅速腐蚀,无法满足髓内钉需要一定降解周期的使用要求,尤其是承载后,摩擦-腐蚀耦合作用可能进一步加剧其降解。通过腐蚀形貌观察、腐蚀速率测试、电化学极化曲线以及摩擦磨损试验等,综合分析了纯镁和镁合金在模拟人体体液(SBF)中的腐蚀速率及摩擦磨损性能。结果表明:镁合金在模拟人体体液中的腐蚀速率较纯镁降低了50%,约为3.98 mm/a;在干摩擦条件下,镁合金的摩擦因数较纯镁的略有下降,磨损量也明显降低;在SBF介质环境中,两种材料的腐蚀都以吸氧腐蚀为主,决定腐蚀速率的主要因素是阳极的极化过程。

TiAl合金的高温抗氧化涂层研究进展

摘要:TiAl合金具有低密度、高熔点、良好的阻燃能力和优异的力学性能,成为航空航天领域具有竞争力的结构材料之一。但是TiAl 合金在高温服役过程中抗氧化能力不足的问题严重阻碍了其发展。近年来,众多学者在TiAl 合金表面高温抗氧化涂层方面开展了大量研究。本文主要从铝及铝化物涂层、硅改性铝化物涂层、MCrAlY涂层、Ti-Al-Cr 涂层和氧化物涂层五种不同的涂层体系出发,系统总结了各类涂层常见的制备工艺、组织形成机理、氧化行为及其失效机制,并对抗氧化涂层未来的发展趋势做了展望。

免热处理铝合金大型结构件一体压铸研究进展

摘要:在“双碳”目标下,新能源汽车市场占比逐年增加,同时其车身质量大、续航里程短等问题日益凸出,较重的车身会直接影响车辆的续航性能。免热处理铝合金大型结构件一体压铸技术为解决上述问题提供了可能。本文首先总结了免热处理铝合金材料的研究现状,针对元素配比及合金体系划分进行梳理;其次,分析不同工艺参数对压铸技术的影响规律,针对大型结构件一体压铸流程长、构型复杂等特点提出相应建议;再次,对大型压铸机结构优化、模具优化及热平衡问题进行分析,总结一体压铸装备发展现状,探讨未来关键技术走向。最后,对材料发展、模具设计、结构工艺优化等潜在问题进行总结与展望,为免热处理铝合金大型结构件一体压铸研究提供参考和指导。