先进材料与高性能零件快速凝固激光加工研究进展

金属材料快速凝固激光表面加工与高性能金属零件快速凝固激光成形技术,是材料科学与工程及先进制造技术交叉学科前沿热点研究领域之一.本文介绍了作者所在实验室近年来在先进高温耐磨耐蚀金属间化合物多功能涂层新材料快速凝固激光熔覆合成/制备技术、钛合金及高温合金等高性能金属零件快速凝固激光成形技术等领域的研究进展,主要内容包括:激光熔覆高温耐磨耐蚀多功能金属间化合物涂层、钛合金及高温合金高性能零部件激光快速成形、难熔高活性金属材料及定向生长柱状晶钛合金激光约束熔铸成形技术等.     

等离子体激光复合直接成形的弧柱形态与成形特性

提出了等离子激光复合直接熔积制造金属零件技术, 研究了高温合金直接成形过程中激光与等离子弧柱和成形特性的关系. 利用高速摄像仪CCD拍摄了复合激光前后的等离子弧形态图像, 通过图像处理提取弧柱轮廓, 从而实验研究分析了激光的平均功率、脉冲宽度、脉冲频率、复合角度等对等离子弧形态与高温合金成形特性的影响规律, 得到了激光对等离子弧形态有重要影响且可提高直接成形精度的结果.     

加弧辉光离子渗镀技术新进展

本文介绍了加弧辉光离子渗镀技术的基本原理,几年来在基础研究和应用研究方面取得的新进展,以及本技术的延伸与扩展。研究表明该技术可以在普通碳钢、钛合金表面形成各种金属及合金的渗层、镀层、渗镀结合层,也可在其表面合成金属氮碳化合物薄膜,达到提高表面耐磨、抗蚀、抗高温氧化性能的目的。     

喷射成形技术的研究发展及展望

喷射成形作为材料领域制备近终型坯件的高新技术,具有快速凝固一次成形的优点,目前已在发展新型合金、实现复杂构件净成形等方面显示出巨大的潜在经济和社会效益。本文着重从喷射成形学术思想提出,发展,技术特点以及应用方面作一概述。     

基于均匀金属微滴喷射的3D打印技术

均匀金属微滴喷射技术是基于喷墨打印的原理,于20世纪90年代初提出并发展起来的一种3D打印技术.它是以均匀金属微滴为基本成型单元,依据零件形状特征逐点、逐层"堆积"而实现三维结构的快速打印技术,具有喷射材料范围广、无约束自由成形和无需昂贵专用设备等优点,在微小复杂金属件制备、电路打印与电子封装以及结构功能一体化制造等领域具有广泛应用前景.由于金属材料具有熔点高、易氧化、粘性和表面张力大等特点,与非金属材料喷射沉积有很大差异.本文分析了金属微滴喷射方式及其机理,概述了此领域国内外研究现状,并结合笔者研究实践,阐述了金属微滴喷射沉积需要解决的关键技术及实例,如微滴喷射装置开发、喷射成型参数优化等,并对该技术的重点研究方向进行了展望.     

深过冷Ni-Mo合金中Ni枝晶的快速生长

采用落管技术实现了Ni-39.3%Mo和Ni-45%Mo亚共晶合金与Ni-47.7%Mo共晶合金在不同过冷条件下的无容器快速凝固. Ni-39.3%Mo合金在深过冷条件下形成了初生Ni枝晶和共晶组织. 随着过冷度的增加, Ni枝晶发生组织细化, 枝晶间的间距L_g显著减小. Ni-45%Mo亚共晶合金中的初生Ni枝晶, 随着过冷度的增大由粗大的枝晶向等轴晶转变. 当过冷度小于43 K时, 液滴中形成许多碎断的Ni枝晶. 当过冷度在43~113 K之间时, 凝固时间小于枝晶熔断时间, Ni枝晶不再发生熔断, 形成呈辐射状的粗大枝晶. 当过冷度大于113 K时, 液滴中形成等轴晶, Ni固溶体与NiMo金属间化合物两相分离生长. Ni-47.7%Mo共晶合金凝固组织随着过冷度的增加由层片共晶组织向不规则共晶组织转变. 理论分析表明, 深过冷Ni-39.3%Mo, Ni-45%Mo和Ni-47.7%Mo熔体中, Ni枝晶的生长随着过冷度的变化发生了溶质扩散控制生长向热扩散控制生长的转变, 发生转变所需的过冷度ΔT_ct分别为66.6, 81.9和85.0 K. 随着合金中Ni含量的增高, Ni枝晶的生长发生动力学转变所需的温度T_ct逐渐降低.     

钛合金及其表面处理的现状与展望

钛合金具有抗腐蚀能力强、比强度高、中温性能稳定等一系列优点，另一方面，它也有对粘着磨损和微动磨损非常敏感，耐磨性差，易氧化，对聚合物、金属及陶瓷涂层附着力差等缺点，这些缺点的存在限制了它的进一步应用，为克服钛合金这些缺点采取了一些相应的表面处理对策与手段，如表面微弧氧化、表面合金化、离子注入表面改性等。研究表明在钛合金表面形成TiC、TiN、TiO、(TiAl)N等纳米级，复合，渗、镀、注入层今后仍然是钛合金表面处理的发展方向。     

Improvement of warm formability of Al-Mg sheet alloys containing coarse second-phase particles

Several alloying elements involving Zr,Cu,Zn and Sc were added to Al-Mg sheet alloys in order to obtain an excellent combination of high strength and good high-temperature formability.Microstructural examination showed that coarse intermetallic particles were formed in the microstructure and their amounts changed with variations of the alloying elements. During warm rolling of thermomechanical treatments prior to warm deformation,the coarse particles initiated cracks,decreasing the warm formability.For healing the crack damage and further improving the warm formability,a process of hot isothermal press was developed and optimized to the sheet alloys.With this process,the biaxial stretch formability at 350°C was improved by 22%for an aluminum alloy containing a large amount of coarse particles.     

汽车制动过程中摩擦层结构的发展及其对摩擦性能的影响

汽车制动过程中摩擦材料和摩擦盘表面形成摩擦层,摩擦层的组成和结构与摩擦材料的本体组成和结构不同.摩擦层结构的生成与破坏过程即摩擦层结构的发展是理解摩擦材料组成和摩擦性能关系的桥梁.本文综述了汽车制动过程中摩擦层形成的两种主要机理：磨屑聚集和物质选择性转移,分析了这两种机理在摩擦材料表面形成摩擦层结构生成与破坏的发展过程,讨论了摩擦层结构发展对摩擦系数和磨损率的影响.     

Recycling of magnesium drive train components

With the development of new heat resistant magnesium alloys,the automotive industry has introduced several parts to the drive train.The rising number of large magnesium components will result in a higher quantity of automotive post consumer scrap.It was the aim of this work to find a reasonable alloy system for the recycling of these magnesium drive train components.A matrix of potential recycling alloys based on the magnesium alloy AM50 was prepared via permanent mould casting.The materials were investigat...     

Nanoparticle-based drug delivery: case studies for cancer and cardiovascular applications

Nanoparticles (NPs) comprised of nanoengineered complexes are providing new opportunities for enabling targeted delivery of a range of therapeutics and combinations. A range of functionalities can be included within a nanoparticle complex, including surface chemistry that allows attachment of cell-specific ligands for targeted delivery, surface coatings to increase circulation times for enhanced bioavailability, specific materials on the surface or in the nanoparticle core that enable storage of a therapeutic cargo until the target site is reached, and materials sensitive to local or remote actuation cues that allow controlled delivery of therapeutics to the target cells. However, despite the potential benefits of NPs as smart drug delivery and diagnostic systems, much research is still required to evaluate potential toxicity issues related to the chemical properties of NP materials, as well as their size and shape. The need to validate each NP for safety and efficacy with each therapeutic compound or combination of therapeutics is an enormous challenge, which forces industry to focus mainly on those nanoparticle materials where data on safety and efficacy already exists, i.e., predominantly polymer NPs. However, the enhanced functionality affordable by inclusion of metallic materials as part of nanoengineered particles provides a wealth of new opportunity for innovation and new, more effective, and safer therapeutics for applications such as cancer and cardiovascular diseases, which require selective targeting of the therapeutic to maximize effectiveness while avoiding adverse effects on non-target tissues.     

组合摩擦材料研究

由于国内外摩擦材料的研究仍处于经验阶段，我们提出组合摩擦材料的概念并进行了组合摩擦材料研究，旨在解决摩擦材料配方研究中存在的三个问题：如何选择原材料，如何匹配原材料含量和摩擦材料性能优化。组合摩擦材料研究包括用组合方法筛选和评价原材料和用黄金分割法优化摩擦材料配方是解决经验地尝试法研究摩擦材料配方的一个有效途径。用组合方法筛选和评价原材料，通过组合路线考察原材料间的相互作用，寻找具有协同效应的原材料组合规律，可以合理选择原材料和合理设计摩擦材料配方。用黄金分割法可以优化摩擦材料性能。通过组合摩擦材料研究可以实现摩擦材料的研究从经验走向科学。两个实例证明了组合摩擦材料研究的可行性。     

海藻酸钠及其复合材料在生物医药中的研究进展

海藻酸钠具有良好的生物相容性和吸湿性能,其复合材料具有优异的力学性能和降解可控性能,可以作为药物的载体材料和组织工程中的支架材料。本文综述了海藻酸钠及其复合材料在缓控释制剂中、组织工程中以及医用敷料中的研究进展。     

激光剥离制作无机纳米粒子

纳米粒子具有高的表面积，呈现更佳的物理与化学特性，常用于塑橡胶的添加物来改善或增进应用的特性，有许多纳米粒子的制作方法已商用化，激光剥离方式以脉冲能量自物体表面产生纳米粒子，为制作各种纳米粒子尤其组成或晶相复杂的纳米粒子的重要方法。随使用靶材的微结构与晶相，可经由剥离条件的调整获得多晶相的纳米粒子，粒径在50纳米以下同时呈现圆形的外观，纳米粒子的组成由靶材组成，反应性气体与激光能量决定。使用如氧化钛光触媒之还原效果，进一步在纳米粒子表面披覆银粒子，具有核壳结构的纳米粒子具有更多的特性，有更大的应用潜力。     

铜合金三酸抛光微观效果研究

通过扫描电子显微镜微观观察的方法对三酸化学抛光液中各组分对铜合金表面抛光效果的影响进行了研究.结果表明,采用微观观察法能够更直观有效地研究各组分对铜合金表面抛光效果的影响,在此基础上,获得铜合金表面最佳抛光液:磷酸200~300ml/L、硫酸200~400ml/L(磷酸+硫酸500~600ml/L)、硝酸200~250ml/L(紫铜)、40~150ml/L(黄铜)、盐酸5~15ml/L.经处理的铜合金表面不仅外观光亮、微观平整,而且铜合金表面制备的转化膜中性盐雾测试时间更长、防腐性能更好.根据扫描电子显微镜观察铜合金微观形貌获得最佳抛光液组成的方法,简单方便、准确有效     

激光与新材料

激光技术的发展在很大程度上得益于相关新材料的问世和应用。本文就激光研究中几个最主要参数指标的进展。综述介绍了材料科学所起的关键作用。从一个方面说明了学科交叉与合作对于科学技术进步所起的重要作用。