摘要：采用高功率脉冲磁控放电等离子体注入与沉积(HPPMS-PIID)和常规直流磁控溅射复合的方法设计制备了包含高结晶度的CrN纳米粒子的DLC薄膜,并对不同C靶电流时制备的CrN-DLC薄膜的形貌、结构及性能进行了研究.结果表明,随C靶电流的增加,薄膜中的含C量增加,在较高的C含量时形成了明显的DLC薄膜特征,掺杂相主要成分为高度200择优取向的CrN纳米晶,其最小晶粒尺寸为42.39 nm.薄膜中的C主要以C-sp^2,C-sp^3和CN-sp^3键的形式存在,sp^3键的总含量为sp^2总含量的44.8%.所制备的薄膜具有很好的膜基结合力(临界载荷Lc=66.8 N)和较高的纳米硬度(最高达24.3 GPa).

摘要：以复相陶瓷、纤维增强陶瓷基复合材料以及热电材料为例,从钎料成分设计、钎缝界面组织调控、接头残余应力缓解以及钎焊接头性能评测等角度,讨论了近年来发表的研究成果.结果表明,在钎料中添加活性元素以及对母材表面改性的方法,能够有效改善钎料润湿性和界面结合强度;对于界面元素扩散以及母材过渡溶解的问题,可以设计制备复合钎料或阻隔层进行解决;接头残余应力的大小受材料热膨胀系数差异的影响较大,目前已提出了多孔中间层、梯度复合层以及母材表面机械加工等多种创新方法,但研究成果的应用仍停留在小尺寸样件,对于缓解大尺寸接头的残余应力问题仍有待解决.最后对相关研究方向进行了总结和展望,期望推动航空航天构件连接的发展进程.

摘要：作为高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术的核心组成部分,HiPIMS电源在很大程度上决定着HiPIMS技术的研究进展和应用潜能。关于HiPIMS电源的研究整体上可以分为三个部分,分别是AC-DC功率变换器的研究、DC-DC功率变换器的研究以及HiPIMS功率负载的研究。其中,功率变换器是HiPIMS电源的直流供电端,技术特征依赖于脉冲电源共性技术,而功率负载部分则与HiPIMS放电模式相互影响。在综述脉冲电源的核心技术高动态响应、低输入电流纹波、高电压增益、高性能功率校正因数等研究现状的基础上,进一步总结基于HiPIMS放电特性的脉冲功率负载设计的研究现状,并展望HiPIMS电源亟待解决的关键问题,最终得出大功率HiPIMS电源需要从电力电子技术和等离子体物理技术两方面同步开展研究,指出基于真空等离子体物理特性的复合脉冲放电技术,将成为HiPIMS电源技术跳跃发展的必由之路。通过HiPIMS电源的设计基础及研究进展,为HiPIMS电源的进一步发展提供一定参考。

摘要：针对低匹配焊接接头承载能力不足的问题,基于等承载思想建立等承载基本理论,通过定义广义匹配比和广义力学集中系数,提出广义力学集中系数与广义匹配比相等为等承载的实现条件。构建等承载设计的一般方法:明确接头失效形式,确定目标失效模式;确定接头危险位置;构建承载能力与几何参数、材料力学性能关系式;分别求解焊缝临界曲线并取包络线。以承受静拉伸的T型接头为例验证了以上方法的可行性:失效形式为静载断裂,按照全面屈服(焊缝)断裂模式进行设计,给出明确的实现条件;建立理论应力集中系数与几何参数的关系式;结合T型接头几何特点给出求解步骤;建立等承载T型接头弹塑性有限元模型,接头的断裂模式为全面屈服(焊缝)断裂,承载能力达到了母材的屈服水平。结果表明等承载基本理论和方法具有一定的普适性,能为更多的焊接接头等承载设计问题提供解决方案。

摘要：新一代航空发动机追求轻量化与高性能,在发动机设计制造过程中大量新材料和异种材料被选用。TiAl合金作为一种轻质、高强的新型高温结构材料逐渐走进人们的视野,并因其优良的高温性能及抗氧化性能受到航空航天等高尖端领域学者的广泛关注。由此可预见,TiAl合金将成为一种重要的工程材料,因此迫切需要对TiAl合金的焊接问题进行研究,推进其工业化应用。TiAl合金虽然高温性突出,但其室温塑性差,极易产生焊接裂纹,该问题在熔化焊中尤为明显。此外,TiAl合金是一种脆性材料,在快速加热冷却的焊接热循环条件下,接头组织不仅易硬化,变形能力和断裂韧性降低,而且焊接区会形成较大的热致应力,引发接头开裂。鉴于TiAl合金焊接性较差,焊接裂纹的控制成为其焊接研究的重点。目前,TiAl合金焊接裂纹控制方法主要包括钎料成分设计、交替纳米镀层、大电流焊接、中间层金属设计、焊前预热及焊后热处理等。钎料成分设计、交替纳米镀层和中间层金属设计通常用于钎焊、扩散焊等非熔化焊接,这些方法能够降低焊接残余应力,减少脆性相的生成,但接头性能受填充金属的限制。大电流焊接和焊前预热及焊后热处理多用于TiAl合金熔化焊接,较大的热输入和高温停留时间能够促进接头的相转变,并且有利于焊接残余应力的释放,但也会导致焊缝晶粒粗大等问题,焊接工艺还有待进一步优化。本文系统地介绍了TiAl合金焊接裂纹的成因及裂纹控制研究进展,重点对不同裂纹控制方法的适用范围和特点进行了分析,以建立焊接接头组织与力学性能的联系,最后对TiAl合金焊接研究方向提出了建议。

摘要：针对铝合金穿孔型等离子弧横向焊接,开展新型变极性等离子电弧热-力特性及横焊成形研究。通过设计变极性等离子弧喷嘴,控制电弧热-力特性来提高横焊穿孔稳定性。对不同热-力特性进行研究,比较三种喷嘴的电弧形态、电弧力和电弧阳极电流密度的数值与分布,分析认为新型电弧的热-力特性在横焊穿孔成形稳定性方面具有优势。依据电弧压力波形稳定性和穿孔稳定性进一步验证新型等离子电弧的作用效果,验证得出新型等离子电弧瞬间电弧压力波动较小,背面穿孔形状似圆形,且穿孔面积变化较小。通过分析穿孔熔池宏观轮廓,得到新型热-力特性对熔池行为的直接影响。利用高速摄像捕捉横焊穿孔熔池的稳定形成过程,证明较高电弧能量、较低电弧压力相配合更有利于穿孔熔池形成和稳定;同时观察到横焊熔池的稳定流动过程,并对熔池金属进行受力分析,认为新型热-力特性容易满足横焊熔池金属在流动过程中达到受力平衡,最终实现了8 mm铝合金穿孔等离子弧横焊稳定成形。

摘要：钛合金和铝合金均具有质轻、比强度高和抗腐蚀性能好等优点,已广泛应用于航空航天、军事工业和公共交通等领域,钛/铝异种金属复合结构的连接逐渐成为研究热点。然而,由于物理和化学性能差异明显,钛/铝焊接难度大,存在成形困难、接头性能较差等问题。搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法,对克服异种材料性能差异带来的焊接困难具有极大的优势。本文综述了钛/铝异质金属搅拌摩擦焊的研究现状,主要涉及焊缝成形、焊接参数、力学特征、冶金结合和连接机制等,以及衍生的搅拌摩擦焊新技术,为钛/铝异质金属结构的轻量化设计提供新思路,并对其未来发展进行了展望。

摘要：锂铁氧体的玻璃连接技术能够克服常规烧结法无法制备复杂结构微波铁氧体构件的困难,并且微晶玻璃能够在铁氧体接头中原位析出磁性微晶相,进而实现连接件结构-功能一体化。设计并制备LFBi5B、LFBi15B、LFBi25B微晶玻璃钎料用于连接锂铁氧体,研究微晶玻璃在锂铁氧体表面的润湿性,钎料成分和连接温度对接头微观组织的影响规律,及锂铁氧体接头中焊缝的磁性来源。结果表明,三种微晶玻璃在铁氧体表面均具有较好的润湿性,锂铁氧体接头中原位析出LiFeO;晶体;随着连接温度升高,部分析出晶溶解,生成少量钛酸铋晶须。第一性原理模拟结果表明,钎缝中析出的主晶相LiFeO;总磁矩不等于0,上下自旋能带不对称,态密度图呈现自旋劈裂状态,均证明LiFeO;晶体具有磁性,其磁性来源为Fe、O原子的p、d态电子交换作用。通过试验与理论相结合,采用微晶玻璃连接锂铁氧体实现了接头中LiFeO;磁性微晶相的原位形成,验证了LiFeO;晶体的磁性来源,为磁性接头结构功能一体化设计提供了新思路。

摘要：异种材料构件因其可实现不同材料的优异性能组合,极大提高设计和生产的灵活性,满足现代工程结构的功能和性能要求,具有更高的技术和经济价值,在各领域有广阔的应用前景。因此,异种材料的可靠连接尤为重要。然而,异种材料往往因物理及化学性能差异较大导致连接困难。本文综述了异种材料钎焊、激光焊、电子束焊、电弧焊以及搅拌摩擦焊的国内外研究进展和应用现状,总结了各焊接方法在异种材料连接过程中的研究焦点。在此基础之上,对异种材料连接进行了总结和展望,拟为未来异种材料连接的研究方向和技术突破提供参考。

摘要：针对A921高强钢低匹配焊接接头抗冲击承载能力不足的问题,基于等承载的思想提出了以冲击功为承受冲击载荷能力的参量,并以此建立了等承载关系。通过A921钢试件的夏比冲击试验,发现其材料冲击韧度与抗弯能力之间具有线性关系,并获得了冲击韧度与构件几何尺寸之间的定量关系。通过Q345钢试件的冲击试验验证了上述关系依然成立,表明该线性关系具备一定的可推广性。如果两材料均满足该关系,则可以借助该关系对比材料的冲击韧性,并预测不同尺寸试件受冲击的力学响应。为此,提出了材料的抗冲击等承载设计方案:通过计算使母材与焊接接头断裂消耗冲击功相等的最佳接头厚度,将其作为冲击载荷下等承载接头的设计条件,并结合接头几何参数优化方法,实现材料的抗冲击等承载设计。