2020 Vol. 37(3): 1-10| [摘要](32) | [PDF](17)- 超低温加工技术的研究现状及发展趋势
- 王永青，郭东明，郭立杰，刘阔，任斐，刘海波，姜少玮，王思琪
- 航空航天等重点领域的难加工材料对加工工艺方法提出了挑战。本着“一代材料，一代工艺”的原则，先进加工工艺方法被广泛探索。超低温加工具有常规加工方法不可比拟的优势，包括少/无环境污染、健康危害小、零件表面完整性好、加工效率高、刀具寿命长、综合加工成本低等，适于难加工材料的加工。本文简述了超低温冷却加工技术的原理与实施方法，详细介绍了难加工金属、纤维增强复合材料、高分子聚合物、工程陶瓷等典型材料的超低温加工研究进展。同时，还介绍了国内外主要研发机构的超低温装备研制和应用现状。最后，对超低温加工技术进行了总结，并给出了技术发展趋势。
- 2020 Vol. 37(3): 11-21
| [摘要](27) | [PDF](14)材料性能研究- 5A90铝锂合金的蠕变时效行为及机理
- 傅进，雷超，边天军，郜阳，曹晓，任斐，李恒
- 研究了在不同时效温度和应力水平的影响下，5A90铝锂合金的蠕变时效行为和微观组织及力学性能演变规律和机理。实验采取先加载后加热的方法，即考虑了蠕变时效非等温阶段。结果表明:在恒定外加应力175 MPa下，加热至100、130和160 ℃时的非等温蠕变应变分别为0.026%、0.036%和0.069%;160 ℃下等温阶段保持18 h后的蠕变应变达到1.207%，远大于130 ℃下的0.079%和100 ℃下的0.039%;蠕变应变速率随温度升高而增加;由于蠕变损伤，160 ℃下出现蠕变第3阶段。研究了130 ℃下不同应力水平对微观组织和力学性能演变的影响，发现应力为175 MPa时，非等温蠕变变形很明显，但在125和150 MPa下加热至120 ℃之前不会发生蠕变，并且等温蠕变应变随应力增大而增加;较高的应力可以促进δ'(Al3Li)、S(Al2MgLi)相的析出和长大;在蠕变时效初期，应力越大，位错密度越小，而在蠕变时效的后期则相反;与125和150 MPa相比，合金在175 MPa下蠕变时效初期表现出最低的强度和最好的塑性，而在蠕变时效后期则相反，这归因于位错强化和δ'相强化之间的协同作用。
- 2020 Vol. 37(3): 22-31
| [摘要](16) | [PDF](17)- 熔融沉积成型连续碳纤维增强尼龙蜂窝芯材的压缩特性
- 孙靖，王旭琴，柳玉文，刘正武，赵凯
- 采用熔融沉积成型方法成形了连续碳纤维增强尼龙复合材料蜂窝芯材，并对不同测试方向的静态单轴压缩特性进行了表征分析，着重关注不同测试方向熔融沉积成形蜂窝芯材平面静态压缩破碎行为和能量吸收行为，并与纯聚合物基体进行对比。结果表明:X1方向的压缩平台区域的力-位移曲线更加平滑稳定，且载荷值稍高于X2方向，因此X1方向更适用于能量吸收应用;此外，连续纤维的增强作用可使蜂窝芯材的平台载荷值得到明显提升。研究结果为连续纤维增强聚合物复合材料的空间增材制造提供理论基础。
- 2020 Vol. 37(3): 32-37
| [摘要](21) | [PDF](10)- 基于空心碳球的超黑涂层的制备与性能研究
- 胡越凡，曹康丽，荣昊，刘刚，周博，潘阳阳，李瑜婧，李垚，赵九蓬，潘磊
- 针对空间光学系统中的杂散光抑制难题，设计并制备了基于空心碳球(HCS)的超黑涂层。对涂层的颜基比进行优化，发现在最佳颜基比1∶2的条件下，可获得高达0.983的太阳吸收比，结合力等级为2级，符合应用要求。研究表明:在涂层成膜过程中，黏合剂并未进入HCS中空部分，保留的亚波长小孔可有效降低涂层表观折射率，从而降低涂层在太阳波段上的反射率;HSC团聚形成的颗粒有助于涂层形成微米级陷光结构，进一步提高涂层的太阳吸收比。
- 2020 Vol. 37(3): 38-44
| [摘要](13) | [PDF](12)- 地面模拟空间环境下磷酸盐涂层的摩擦学行为
- 吴?平，徐海燕，鞠鹏飞，陈磊，周惠娣，陈建敏
- 针对有机类固体润滑防护涂层长期暴露在空间环境下涂层表面降解、致密性下降、润滑作用失效等问题，设计开发了改性磷酸盐黏结固体润滑防护涂层。通过地面模拟空间综合环境设备系统，分析了改性磷酸盐黏结固体润滑防护涂层在长时间紫外、原子氧、高能质子和电子辐照后的结构变化和真空摩擦学性能。结果表明:紫外和高能粒子辐照对改性磷酸盐黏结固体润滑涂层的力学和真空摩擦磨损性能均无影响;原子氧对涂层表面的二硫化钼具有一定的氧化作用，但并未影响涂层的摩擦磨损性能，涂层经过各种辐照后仍然表现出良好的润滑作用。该涂层有望应用于航天飞行器相关运动部件的润滑与防护。
- 2020 Vol. 37(3): 45-50
| [摘要](15) | [PDF](15)制造工艺研究- 铝合金双光束激光填丝焊接熔丝特征分析
- 孟圣昊，宮建锋，邹吉鹏，彭根琛，王继明，黄瑞生，曹浩
- 以5A06铝合金作为试验材料，采用单/双光束激光焊接方法进行了自熔焊接与填丝焊接试验。通过对焊接过程中熔池流动、匙孔形态及焊丝熔化与过渡过程的观察，研究了不同光束模式下焊丝熔化特性及影响因素。单光束激光焊接时，由于能量密度较高，熔池及匙孔波动剧烈;双光束模式中降低了输入的能量密度，在光斑距离1.5 mm时形成两个独立匙孔的开口面积仅为单激光时的34%，匙孔无闭合现象，熔化焊丝以双液桥形式过渡。光丝分离距离1 mm范围内，焊丝熔化过程稳定;光丝重合范围达到1 mm时焊接过程稳定性下降;光丝部分重叠的条件下，熔化过渡过程最为稳定。
- 2020 Vol. 37(3): 51-60
| [摘要](18) | [PDF](17)- 不同封闭工艺对2195铝锂合金环保型阳极氧化膜耐蚀性能影响
- 陈妍，肖金涛，邢明秀，鞠鹏飞，周宏，夏云锋，于美，刘建华
- 针对轻量化航天装备的可靠性服役对2195铝锂合金提出的高耐蚀性需求，采用环保型硫酸己二酸(50 g/L硫酸和10 g/L己二酸)溶液体系在2195铝锂合金表面制备阳极氧化膜，对所得的膜层通过沸水封闭、铬酸盐封闭、镍盐封闭和铈盐封闭4种封闭工艺进行后处理，并利用扫描电子显微镜、动电位极化曲线、电化学阻抗谱等方法对膜层表面的显微形貌和耐蚀性能进行表征。结果表明:相较于未封闭的阳极氧化膜，4种封闭工艺均提高了膜层的耐蚀性能，其中镍盐封闭后对基体的钝化效果最好，铬酸盐封闭次之，沸水封闭和铈盐封闭对膜层防腐性能提升有限。对电化学阻抗谱的进一步解析表明，4种膜层阻挡层电阻Rb均在105 Ω.cm2数量级，膜层耐蚀能力主要来自于被水合及沉淀物充分填充的多孔层内部，相应的电阻Rp2的数值大小依次为镍盐封闭>铬酸盐封闭>沸水封闭≈铈盐封闭。
- 2020 Vol. 37(3): 61-67
| [摘要](23) | [PDF](17)- 2195铝锂合金应力松弛时效成形工艺制度
- 郑强，湛利华，杨有良，王庆
- 以2195-T8态铝锂合金为研究对象，探究工艺参数对其应力松弛时效行为的影响规律。试样经过固溶、淬火，进行不同预变形、时效温度及时效时间条件下的应力松弛时效实验。通过室温拉伸，测得应力松弛时效后试样的力学性能。基于正交试验的极差分析和方差分析，探究了预变形、时效温度和时效时间3个工艺参数对应力松弛量、屈服强度和延伸率的影响权重占比;进一步研究发现预变形不仅可以提高2195铝锂合金时效后的强度，还降低了应力梯度对材料力学性能不均匀性的影响;查明了实现2195铝锂合金应力松弛时效形性协同制造的合理工艺制度:180 ℃+4%预变形+时效时间12~16 h。研究工作为大型铝锂合金构件应力松弛时效形性协同制造工艺窗口的确定提供了重要支撑。
- 2020 Vol. 37(3): 68-75
| [摘要](17) | [PDF](12)- 航天铝合金深腔零件整体成形预制坯优化设计
- 张志超，王煜，王建光，刘斯琪，曹晓，胡蓝
- 提出航天铝合金深腔零件整体成形方法，开展预制坯优化设计。对比分析直筒和变径筒两种预制筒坯结构变形规律，数值模拟研究了底部圆角对开口球形件液压成形的影响规律。以直径D=450 mm的球形整体零件为验证对象，进行底部圆角r=60 mm的变径筒形件的液压成形试验验证。结果表明:直筒坯液压成形时，赤道位置发生破裂;变径筒坯液压成形时，当胀形压力为16 MPa即发生贴模;液压成形时，筒端口自适应补料，所以上半球的壁厚分布均匀;随着底部圆角越大，筒底部减薄越小，筒壁厚越均匀;当底部圆角为r=60 mm时，开口球壳赤道位置壁厚减薄最严重，减薄率为11.1%，球底部减薄率为9.8%，开口球壳上半球壁厚差为0.17 mm，下半球壁厚差为0.43 mm。
- 2020 Vol. 37(3): 76-81
| [摘要](15) | [PDF](10)- SLM成形Inconel 718合金的组织性能调控研究
- 张冬云，高阳，曹明，黄国亮，张镨丹，刘臻，牛雯
- 针对Inconel 718合金零部件传统制造技术中存在的制造极限问题，基于材料合金显微组织与力学性能之间的相关性等内容，开展激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金性能的研究，建立了适用于SLM成形Inconel 718合金的热处理制度，提高了该合金的室温与高温力学性能。考虑到SLM成形Inconel 718合金组织内部晶粒极其细小、内应力积累较大，传统的热处理制度不再适合新技术成形的零部件，根据基体中二次相的析出温度区间，对该合金的传统后热处理制度进行改进。力学性能测试结果证明:项目组提出的均匀化热处理+固溶处理+双时效的热处理制度能有效改善SLM成形Inconel 718合金的显微组织和综合力学性能，并满足锻件的使用要求。
- 2020 Vol. 37(3): 82-88
| [摘要](18) | [PDF](11)- 均匀金属微滴打印大高径比金属针肋及其形貌预测
- 夏宇翔，罗俊，崔俊星，高昆，齐乐华
- 散热器是航天器热控系统的核心部件，采用金属微针肋阵列结构的散热器具有优良性能，能够极大提升散热效率。但微小金属针肋结构有大长径比、弱刚度的特点，切削或铸造等传统成形方法存在切削受力变形、难以填充型腔或脱模等不利因素，使得微针肋阵列高径比受到制约。本文提出均匀金属微滴3D打印直接成形大高径比金属微针肋方法，研究了基板温度、液滴沉积温度与液滴最终形貌的关系，建立了沉积液滴形貌以及微针肋轮廓预测模型，实现了针肋形貌的预测。在相应参数下以锡铅合金为材料进行了微滴打印试验，打印出直径为394 μm、高径比超过100的金属微针肋，为将来航天器用高效微针肋散热器的3D打印新途径奠定了基础。
- 2020 Vol. 37(3): 89-96
| [摘要](11) | [PDF](8)- 大型薄壁多层编织铜超声焊接接头组织与性能
- 贺晓斌，郎宗灵，刘子扬，江琛，刘双宝，罗小依，雷霆
- 利用超声波焊接技术实现大平面超薄铜箔与多股双层镀银编织铜的焊接，该技术服役于将来的中国空间站。分析了不同参数对连接力学性能的影响，利用扫描电子显微镜对典型接头界面处的微观组织特征进行了分析，并采用有限元仿真的方式对连接行为进行了仿真。结果表明:采用超声波焊接实现了薄壁铜层与镀银编织铜的焊接，焊点连接面处组织致密，无明显缺陷;焊点连接处由Ag和Cu元素组成，焊接温度远未达到熔点，为低温连接行为，其连接机理为扩散连接;在焊接能量为120 J、0.276 MPa参数下，母材拉脱力可达到90 N。
- 2020 Vol. 37(3): 97-102
| [摘要](16) | [PDF](8)- CMT增材制造工艺对5356铝合金熔敷层组织及力学性能的影响
- 周佳芬，赵慧慧，李送斌，周佳俊，黄珲，尹玉环
- 采用冷金属过渡(CMT)电弧增材方法，以5356铝合金焊丝为试验对象，研究了送丝速度与焊接速度对5356铝合金电弧增材制造成形的影响，并分析了熔覆层微观组织特性和增材试样的力学性能。结果表明:送丝速度和焊接速度是电弧增材制造尺寸精度的重要影响因素;熔覆层微观组织可分为3个区域。不同焊接速度下，增材试样的力学性能均超过焊丝拉伸强度标准值，抗拉强度平均值达到274.7 MPa。
- 2020 Vol. 37(3): 103-106
| [摘要](15) | [PDF](10)测试仿真技术- 一种面向运载火箭自动对接的三维测量场构建方法
- 付刚，秦伟，李亚军，岳义，刘明芳，党锦龙，刘志刚
- 旋转激光自动经纬仪系统(R-LATs)是一种基于前方角度交汇的分布式大尺寸测量系统。各激光扫描基站的布局位置直接影响着测量区域内的测量精度和应用性能。从测量区域的测量不确定度量化着手，利用蒙特卡罗法获取各点的测量不确定度，以测量区域的最大不确定度作为主要优化目标，利用差分进化算法自动寻优，更简单有效地实现了面向运载火箭自动对接的R-LATs系统布站优化。最后进行了运载火箭对接测量场的实际应用验证。应用结果表明:该方法能有效优化激光扫描基站布局，提高系统测量精度，满足实际应用需求。
- 2020 Vol. 37(3): 107-114
| [摘要](15) | [PDF](11)- 基于压痕功的加工表面残余应力测试实验
- 邱硕，杨文玉，周金强，陈文成，孔维森
- 可调距螺旋桨的加工表面质量对其高服役性能和长寿命服役具有直接而重要的影响。本文开展加工表面残余应力测量和数据处理的研究，采用基于压痕功的残余应力测量方法及神经网络求解算法，针对镍铝青铜材料力学性能，由有限元仿真分析得到关系数据库，训练神经网络，实现对镍铝青铜材料加工残余应力的求解。通过对镍铝青铜加工试件残余应力测量数据的计算与分析评价，开展了不同加工参数对残余应力影响规律的实验测量研究。通过测量实验与数据分析，获得了不同刀路下残留高度及机床不同转速与残余应力间的关系。测试实验表明:基于压痕功残余应力测试方法能评价不同加工参数下镍铝青铜材料的残余应力状态，可为实际加工生产提供工艺参数优化指导。
- 2020 Vol. 37(3): 115-120
| [摘要](14) | [PDF](10)- 基于NSGA-II算法的航天产品装配公差多目标优化
- 施祥玲，徐小明，苏林林，徐培利，皮刚
- 针对航天产品装配公差优化设计问题，提出一种引入装配成本的多目标优化方案。在考虑航天产品装配过程中成功率低、成本高问题的基础上，建立基于产品成本及质量损失的装配公差的多目标优化数学模型，利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II),以装配功能要求和加工能力为约束条件，对装配公差进行优化求解，得到Pareto最优解集。以某空间站某型号组件为例，验证了该优化方法的有效性。通过建立归一化权重目标函数，获得优化的各组成环装配公差，利用该公差进行组件加工装配，提高了装配成功率，降低了产品加工成本及质量损失。
- 2020 Vol. 37(3): 121-125
| [摘要](16) | [PDF](14)- 舱段结构热振耦合环境下仿真分析
- 王金明，翟师慧
- 针对武器装备对环境适应性要求不断提高的现状，以某舱段结构为研究对象，基于高加速应力筛选试验(HASS)条件，研究了结构在温变-振动耦合环境下的失效机理。首先，结合HASS试验剖面，确定了载荷条件，建立有限元模型;其次，采用ANSYS Workbench软件分析得到结构温度场分布及应力响应，确定了结构危险位置，并对其疲劳寿命进行计算分析，为舱段结构的失效分析及HASS试验剖面的合理制定提供依据和指导。
- 2020 Vol. 37(3): 126-132
| [摘要](16) | [PDF](10)- 基于变形力数据的结构件残余应力场重构方法
- 黄冲，刘长青，赵智伟，刘明芳，郭立杰
- 残余应力是引起零件加工变形和失效的重要因素，残余应力场的重构有助于消除和控制零件在设计、制造、评价和使用过程中的残余应力。针对已有方法难以准确重构残余应力场的问题，提出了一种通过零件加工过程中的变形力数据实现零件残余应力场重构的方法。该方法首先提取了由于材料去除引起的应力重新分布带来的装夹力变化数据，即变形力。残余应力到变形力之间通过协方差矩阵自适应进化策略(CMA-ES算法)反复迭代求解出映射关系，从而构建出零件的残余应力场，最后在仿真环境下对该方法进行了验证。验证结果表明:该方法能较好地预测残余应力场，重构出的零件的初始残余应力场与原始施加的应力场平均误差值约0.38 MPa，为零件残余应力场的重构提供了一种新思路。
- 2020 Vol. 37(3): 133-139
| [摘要](18) | [PDF](11)- 铝合金联装架焊接残余应力和变形数值模拟
- 廖传清，高艳芳，杨江，吴晟，王沁，王杰，朱亮亮，董红刚
- 基于SYSWELD有限元分析软件，以某新型战术型号铝合金联装架为产品对象，选取支撑框配对组件、弹位组件和立方体组件为典型结构件进行焊接残余应力和变形数值模拟，以期表征铝合金联装架焊接过程的残余应力分布和变形趋势。结果表明:焊缝及其附近热影响区的Von-Mises应力较高，甚至超过了5A06铝合金材料的常温屈服强度;支撑框组件焊后最大变形出现于长矩形管中央，约为6.44 mm;弹位组件的焊接变形整体表现为凹向三维结构内腔，焊接变形也多集中在长矩形管上，最大变形约为5.21 mm。另外，采用对称分散焊过程产生的焊接变形量小于逐条焊缝焊接过程，但焊接残余应力趋势则相反。
- 2020 Vol. 37(3): 140-147
| [摘要](16) | [PDF](12)
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