关键词： 颗粒增强钛基复合材料   切削加工   微织构刀具   减磨机制   衍生切削  

摘要： 颗粒增强钛基复合材料(Particle-reinforced titanium matrix composites,PTMCs)既有基体韧性、延展性,又具有增强相高强度、高模量等特性,广泛应用于航空航天、汽车等领域。然而其多相异质特性导致切削过程中存在双重作用机制:一方面,钛合金基体低导热系数引发切削温度过高,导致比切削力增大、刀-屑界面粘着加剧及刀具寿命骤减;另一方面,高硬度增强相Ti C在高温下仍保持优异力学性能,其与刀具刃口的切削加工会诱发刻划效应和犁削现象。这种复合损伤机制不仅加速了刀具磨损失效,还会在已加工表面形成微裂纹、凹坑等缺陷,导致较差的加工表面质量。 利用刀具减磨增效理论,采用微织构刀具和微量润滑技术(Minimum Quantity Lubrication,MQL)协同的加工方法,设计了“刀具结构设计-界面调控-性能优化”研究方案,通过微织构形貌产生的毛细效应,使润滑剂滞留时间延长;定向排布织构形成一定厚度的润滑膜,实现摩擦系数降低;实施微织构边缘几何形貌优化,基于流体动压效应与应力集中效应的协同调控机制,抑制二次切削现象的产生,该方案的实施可突破颗粒增强钛基复合材料高效精密加工技术瓶颈,为该材料进一步在航空航天等关键构件的推广应用提供理论依据。主要研究内容包括: (1)微织构参数化设计与润湿性调控 基于ABAQUS有限元仿真平台,系统分析不同微织构形貌参数(织构宽度(直径)、织构深度、织构间距以及布局)对刀具应力分布及变形行为的影响规律,根据仿真结果优化前刀面微织构形貌;通过皮秒激光加工在设定的激光单脉冲能量和激光扫描速度等激光加工参数对聚晶金刚石刀具(PCD刀具)前刀面进行织构形貌制备,随后开展润湿性试验,通过接触角大小评估织构形貌对切削液润湿性的改善效果,结果表明当液滴为去离子水时,常规刀具平行接触角和垂直接触角分别为98°和87.7°,微织构刀具平行接触角和垂直接触角分别降低了19%和14%,这表明微织构刀具的润滑剂铺展速度提升。 (2)切削性能试验与减磨机制研究 采用微织构刀具和微量润滑技术协同加工对PTMCs开展车削对比试验,结果表明微织构刀具可使主切削力降低了11.5%,法向切削力降低了6.9%、切削温度降低7.4%,同时微织构刀具的切削稳定性更好,进一步通过切屑形貌表征,阐明微织构对材料变形行为的调控作用。 (3)衍生切削现象机制与抑制策略 在切削过程中,刀具前刀面的微织构上产生了差异性分布的二次切削现象(衍生切削)。通过动态切削仿真的方法,分析了衍生切削现象的形成机制,阐述切削过程中衍生切削对微织构刀具切削性能的负面影响,并通过多场耦合仿真模型揭示了衍生切削源于应力集中诱导的微破碎机制。针对微织构刀具切削过程中的衍生切削现象,在微织构形貌边缘设计了梯度过渡结构,抑制了衍生切削现象,改善了刀具磨损严重的问题,降低了刀具磨损。

摘要： 1.征稿介绍纳米技术和纳米材料的发展，特别是微纳粉体制备装备与技术的进步，使其在水泥混凝土材料中越来越受重视，并逐渐工程化。水泥混凝土是一种多尺度复合材料，在微纳尺度进行结构调控是进一步提升材料性能的着力点，纳米材料和技术的发展为该调控提供重要契机，亦为水泥基材料性能提升提供有力抓手。以晶核效应为特征的水泥水化动力学调控方法，显著优化水泥基材料早期性能（强度、流变、水化热等），为大掺量工业固废资源化利用提供有效激发手段，可为水泥混凝土行业双碳目标的实现提供支撑。微结构纳米密实填充、水化产物组成和微结构调控，可提升混凝土耐久性，为高强、高性能/超高性能水泥基材料满足新时期不断涌现的“超长/超高/超深/超大”新结构、滨海/西部地区严酷复杂环境服役要求提供支撑。功能纳米材料的使用为水泥基材料传感、环境优化等多功能性、智能性开发提供重要手段，也为拓展传统结构混凝土功能提供重要方法。因此，深入理解水泥基材料纳米调控的作用效果和机制，提升水泥基材料性能，对推动现代混凝土绿色低碳、高性能和多功能化发展意义重大。

摘要： 1.会议指导单位中国机械工程学会铸造分会2.会议主办单位中国矿业大学滨州铝产业先进制造山东省实验室特种铸造及有色合金杂志社(武汉)有限公司3.会议承办单位中国矿业大学材料与物理学院特种铸造及有色合金杂志社(武汉)有限公司4.会议协办单位江苏省铸造协会、山西省铸造学会、江苏省铸造学会、徐州徐工精密工业科技有限公司、徐州金澄精密制造有限公司、徐州美驰车桥有限公司

关键词： 宽温域   抗氧化性能   复合涂层   C/C-SiC复合材料   气相渗硅  

摘要： 随着航空航天技术的飞速发展，研制具有卓越抗高温、耐氧化的先进材料已成为航空航天领域技术革新的紧迫任务。为提升碳纤维增强C-SiC基复合材料（C/C-SiC）的宽温域抗氧化性能，本文采用料浆浸涂热解结合气相渗硅工艺在C/C-SiC复合材料表面制备SiC-Si/TiB2-SiC-Si/SiC-Si/SiO2-B多层结构抗氧化涂层。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对该复合涂层氧化前后的物相组成、表面及截面微观形貌进行表征，通过马弗炉对该复合涂层进行了静态、动态氧化性能测试。结果表明，该复合涂层试样在900℃氧化182h后仅失重0.18%;1300℃氧化164h后增重0.26%;1500℃氧化196h后增重0.32%；在450～1500℃动态氧化过程中表现为增重。复合涂层中的SiO2-B外涂层在低温条件下能够快速氧化，形成液态的B2O3玻璃相，愈合裂纹，使得该SiC-Si基复合涂层能够为C/C-SiC复合材料提供宽温域抗氧化防护。

关键词： 氰酸酯树脂   聚合物微球   聚醚砜   增韧改性   低介电性能  

摘要： 第五代移动通信技术（5G）广泛使用信号穿透性差和介电损耗高的毫米波频段,亟需开发兼具低介电常数（ε）和低介电损耗（tanδ）、高导热性和绝缘性的高性能材料。氰酸酯（CE）树脂具备出色的低介电性、耐热性和良好的阻燃性,广泛应用于电子封装、印刷电路板、天线罩和通信卫星。然而,CE树脂需要在较高的温度下固化并且固化后的树脂较脆。因此开发具有高韧性和低介电性能,以及可低温固化的CE复合材料,对于拓展CE树脂在电子元器件中的应用有重要意义。本文设计合成了新型的高耐热交联聚合物微球（BMPL）和官能化的聚醚砜两种CE树脂的增韧改性剂,并研究了改性CE树脂的性能。论文的主要工作和结果如下: （1）以丁酮/正庚烷为反应介质,通过2,2-双[4-（4-马来酰亚胺苯氧基）苯基]丙烷（BMIP）与柠檬烯（LIM）的自稳定沉淀聚合制备了新型的生物基交联聚合物微球（BMPL）。通过混合溶剂组成、[BMIP]:[LIM]单体比以及反应温度对聚合反应单体转化率、BMPL微球的尺寸、形貌和双键含量进行调控。并且,将BMPL微球作为增韧剂用于改性2,2-双（4-氰基苯基）丙烷（BADCy）树脂。由于LIM单体中环外和环内乙烯基的反应性不同,BMPL中残留乙烯基的含量可以通过共聚温度简单地调节。在75°C下制备的BMPL中有未反应的LIM的环内双键,但在130°C制备的BMPL中没有检测到环内双键。75°C下制备的BMPL微球中LIM环内双键可以和BADCy树脂形成化学键来有效降低BADCy树脂的固化放热峰的峰值温度（Tp）,且不会损害复合材料的耐热性,但130°C下制备的BMPL微球却没有显著降低树脂Tp的效果。添加10 wt%BMPL的BMPL/BADCy复合材料在10～6 Hz下的ε和tanδ分别为2.67和0.0034,低于纯BADCy的介电性能（ε=2.86,tanδ=0.0054）。此外,添加10 wt%BMPL的BMPL/BADCy复合材料的冲击强度为18.2 k J/m2,比纯BADCy（9.7 k J/m2）高88%。 （2）以4,4’-二氟二苯砜（DFDPS）与烯丙基双酚A（DABPA）和双酚芴（BHF）的亲核取代聚合合成了三种聚醚砜,即PES-a（DFDPS:DABPA=10:10）,PES-ab（DFDPS:BHF:DABPA=10:a:b）和PES-b（DFDPS:BHF=10:10）。系统地研究了二元酚BHF和DABPA单体比例对PES的结构、分子量和烯丙基含量的影响。一方面,DABPA中的烯丙基可以与BADCy树脂进行化学反应,改善CE与PES的界面相容性,提高复合材料的交联密度。另一方面,BHF结构单元中的大体积芴环结构具有较低的偶极矩,可以降低复合材料的ε和tanδ,并同时提高韧性。添加10 wt%PES-b的BADCy复合材料的冲击强度增加到了23.8 k J/m2,比纯BADCy树脂高146%,玻璃化转变温度也略有增加。更重要的是,在10～6 Hz下,加入7.5 wt%PES-b的BADCy树脂的ε和tanδ分别为2.51和0.0025,远低于纯BADCy的介电性能。在Ku波段（12～18 GHz）,与纯BADCy树脂（87.9～81%）相比,加入5 wt%PES-b的PES-b/BADCy复合材料的透波率高达92.5～86.1%（14～18 GHz）。

关键词： 生物可降解聚酯   聚丁二酸乙二醇酯   无规共聚   碳纳米管   复合材料   结晶行为  

摘要： 生物可降解聚酯来源广泛且具备环境友好性,是一种传统非生物可降解塑料的理想替代品,在缓解环境危机和减轻资源短缺的问题上表现得尤为关键。然而,聚丁二酸乙二醇酯（PES）的韧性较低,在实际应用领域,其局限性尤为显著。本论文首先采用共聚改性的方法,通过引入2-甲基丁二酸（MSA）,合成了一种新型含侧甲基的共聚酯—聚（丁二酸乙二醇酯-co-2-甲基丁二酸乙二醇酯）(PESMS),以提高PES的韧性。通过调控单体的比例,筛选出综合性能优异的共聚酯。并进一步采用溶液浇铸法引入碳纳米管（CNT）,以调控其结晶性能,拓展PES聚酯材料的应用领域。本研究系统地表征了所制备的PESMS共聚体系及其PESMS/CNT复合体系的结构、热稳定性、结晶行为、力学性能及水解行为,主要研究内容及结果如下: 1、PESMS系列共聚酯 通过熔融缩聚法成功合成了高分子量的生物可降解共聚酯（PESMS）,并系统研究了MSA含量变化对PESMS性能的影响规律。PESMS共聚酯展现出卓越的力学性能,样品有较高的的断裂伸长率（εb）。与PES相比,PESMS在碱性条件下的降解速率明显降低。在等温结晶过程中,PESMS的结晶机理与PES相同。然而,随着EMS含量的增加PESMS共聚酯的等温结晶速率呈下降趋势,结晶半时间(t0.5)延长。此外,PESMS在所研究的温度范围内表现出从结晶方式III向结晶方式II的转变,该现象与EMS单元的引入导致的结晶驱动力变化密切相关。 2、PESMS/CNT体系复合材料 PESMS是一种具有较高热降解温度和优异机械性能的半结晶生物降解聚酯,在加工应用中常受到结晶速率的制约,因此提高其结晶速率尤为重要。本工作通过引入CNT制备了PESMS复合材料。研究表明,复合材料的熔融结晶性能及物理性能均得到显著增强,相较于纯PESMS表现更为优异。在熔体结晶过程中,相较于纯PESMS,PESMS/CNT复合材料表现出更为出色的性能。CNT作为有效的异相成核剂,在PESMS基体中有较高的成核活性,有效地减少了结晶活化能。同时,CNT的引入还增强了PESMS的杨氏模量（E）及玻璃化转变温度（Tg）,对其结晶动力学产生了显著的促进效果。通过偏光显微镜（POM）和广角X射线衍射（WAXD）研究了PESMS复合材料的球晶生长速率和球晶形貌。结果表明,CNT的加入显著减小了球晶尺寸,但并未改变PESMS的晶体结构。另外,复合材料的降解速率明显加快,表明CNT的引入可能促进了水分子的渗透,从而加速了其降解过程。 综上所述,本学位论文采用熔融缩聚法和溶液浇铸法成功制备了PESMS共聚酯及PESMS/CNT复合材料。本研究致力于分析共聚物的结构特征及组分比例对PES聚酯结晶行为、热稳定性、力学性能和水解行为的影响。结果表明,所制备的PESMS共聚酯及PESMS/CNT复合材料均展现出优异的力学性能,这拓宽了共聚酯或复合材料作为潜在的高性能韧性包装材料的应用范围。

关键词： 激光选区熔化   铝基复合材料   AlSi10Mg复合材料   激光功率   扫描速度  

摘要： 为了提高铝合金的成形质量和综合性能，笔者通过同时添加微米级SiC颗粒与纳米级TiB2颗粒，采用激光选区熔化（Selective Laser Melting, SLM）成形了SiC+TiB2颗粒混杂增强AlSi10Mg复合材料，探究了不同激光功率和扫描速度对SLM成形复合材料致密度和显微维氏硬度的影响。结果表明：当激光功率为260 W,扫描速度为1 000 mm/s时，SLM成形（SiC+TiB2）/AlSi10Mg复合材料致密度达到最大值98.7%,获得最大显微维氏硬度为172,显微组织为灰色小岛状α-Al基体和连续网络状共晶Si相。