陶瓷/金属梯度热障涂层的制备及性能评价

为了评价陶瓷/金属梯度热障涂层的性能,设计了4种涂层方案和2种基体材料(1Cr18Ni9Ti和2Cr13).利用单枪单送粉器成功地制备了线性梯度涂层.通过观察涂层的微观结构、测量涂层的抗热震性能和热残余应力来评价涂层的性能.利用扫描电镜对各种陶瓷涂层的微观结构进行了观察和分析,利用X射线能谱分析得到了陶瓷梯度涂层试样中的不同区域的衍射图.热震试验表明,梯度涂层比非梯度涂层具有更好的抗热震性能.采用钻孔法对不同涂层方案进行了残余应力的测量,结果表明,压应力出现在1Cr18Ni9Ti基体材料上,而拉应力出现在2Cr13基体材料上.     

高超声速防空导弹结构防热技术展望

近年来,高超声速防空导弹成为各军事大国研究热门。高超声速防空导弹飞行速度马赫数超过5,因此如何准确确定气动加热环境和进行热防护设计,选择合适的防热结构方案,是研制高超声速防空导弹的重要关键技术。基于未来高超声速防空导弹可能面临的热环境,并结合目前国内外在热防护材料及热结构方面的发展状况,介绍几种适合未来高超声速防空导弹的防热设计方案。     

充气式防热罩再入轨道设计

充气式防热罩是最近几年才出现的新型航天回收技术 ,为各种轨道航天器的回收提供了简单、可靠、经济的途径 ,有望逐渐取代降落伞在回收系统中的地位。合理选择防热罩外形 ,用CFD方法计算了防热罩以亚、跨、超声速飞行时的阻力特性 ,并与工程估算方法作对比。分别采用单次和二次充气方案 ,完成了 90kg货舱安全着陆的再入轨道设计。在对两种充气减速方案的再入轨道进行比较分析之后指出 :对于回收同样重量的货舱 ,二次充气方案在保证减速效果的前提下大幅度减轻了防热系统设计的负担 ,是理想的ITS再入减速方案     

飞行器防热涂层厚度的确定

飞行器飞行M数大于5以上时,气动加热问题较严重,这给飞行器壳体结构设计带来许多热防护问题,如气动加热的计算方法,温度沿舱体厚度的分布,防热涂层厚度的确定,对涂层性能的要求,及向结构件上的喷涂工艺,壳体结构件的热强度和舱体热环境试验等。这些问题都要进行深入的工程研究。     

低发射率伪装涂层辐射特性影响因素的理论分析

涂层的辐射特性直接影响其红外性能。为了分析伪装涂层辐射特性的影响因素,对基于Kubelka-Munk理论的涂层辐射特性模型进行了深入分析,得到了涂层表观发射率和表观反射率的数学表达式。在此基础上,利用数学方法详细讨论了涂层厚度、填料粒子体积分数和粒子尺寸对低发射率伪装涂层辐射特性的影响方式和影响程度。结论不仅适用于低发射率伪装涂层,对一些其他功能性伪装涂层的设计也有一定的指导意义。     

红外发射率可变材料在航天器热控技术中的应用

基于热致变色和电致变色的可变发射率涂层或器件由于其重量轻、体积小、能耗少、调控灵活等优点在航天器热控技术中具有极大的应用前景.红外发射率可变材料是可变发射率涂层或器件的核心,主要有电致变发射率材料和热致变发射率材料两类.分析了红外发射率可变材料在航天器热控中应用的原理,重点介绍了钙钛矿型复合氧化物(A1-xBxMO3)、二氧化钒(VO2)、三氧化钨(WO3)、导电高分子(CPs)等四类典型红外发射率可变材料应用于航天器热控的研究进展.根据航天器总体和热控技术的发展需求,指出了未来航天器热控用红外发射率可变材料的发展趋势.     

基于高速电弧喷涂的材料制备与成形一体化技术

材料制备与成形一体化技术是装备再制造关键技术之一。对于一些难以合成及加工成形的材料,采用高速电弧喷涂粉芯丝材的方法,通过喷涂弧区的快速、动态冶金过程,同步实现新材料的合成与成形,即在再制造快速成形过程中实现新材料的合成与制备。这一技术一方面可通过新材料设计,制备出赋予零件防腐蚀、耐磨损、耐高温等性能的涂层体系,另一方面它突破了热喷涂技术只能制备薄涂层传统观念,在开展制造零件用的快速成形材料方面也具有良好的研究空间。基于高速电弧喷涂的材料制备与成形一体化技术在舰船钢结构长效防腐、电站锅炉管道防护、装备零件成形制造与再制造等领域具有良好的应用前景。     

FeAlCrNbB金属间化合物复合涂层的制备与表征

研究开发了一种FeAlCrNbB新型喷涂粉芯丝材,并结合自动化高速电弧喷涂工艺制备了该材料的复合涂层,分析了涂层的常规力学性能、组织结构和油润滑条件下的滑动摩擦磨损性能,并和常规FeAl涂层进行了对比。结果显示:FeAlCrNbB涂层具有相对较高的显微硬度和拉伸结合强度、低的孔隙率,组织致密,形成了由Fe-Al金属间化合物相、氧化物以及少量非晶和纳米晶组成的复合结构,由于这种复合结构的材料特征,使涂层具备较好的耐磨损性能。     

超声波振动车削陶瓷涂层刀具材料优选

研究了超声波振动车削方法加工陶瓷涂层的可行性,应用四种刀具材料对Al_2O_3、Al_2O_3十12%TiO_2、Cr_2O_3三种陶瓷涂层进行了超声波振动车削试验,优选出了振动车削加工三种陶瓷涂层的刀具材料.     

一种基于离心雾化的新型热喷涂技术

研究开发了一种新型的热喷涂技术——离心雾化转移弧等离子喷涂技术(CAPTAS),阐述了该技术工作原理、设备以及熔融粒子的离心雾化机理。观察了采用该技术所制备的涂层微观组织结构,通过能谱仪对该涂层的成分进行了分析, 并与传统的电弧喷涂涂层进行了比较。结果表明,采用CAPTAS技术制备的涂层具有和传统电弧喷涂涂层类似的扁平化层状结构,但粒子大、变形小、氧化物含量低。     

激光熔覆搭接过程残余应力应变的有限元计算

激光熔覆过程中产生的残余应力与应变对熔覆层的裂纹开裂倾向有重要影响。利用有限元法对激光多道搭接过程熔覆层的残余应力和应变进行计算,计算过程中主要考虑瞬时温度变化引起的热应力、σ-ε曲线、有限元网格、力学边界条件4个方面。热应力主要在温度场计算结果的基础上求得;σ-ε曲线采用的是线性强化材料的弹塑性曲线;有限元网格主要采用分区划分的形式进行。通过计算,得到了搭接后的熔覆层上关键点的残余应力和应变分别为1 400 MPa和2.2×10^-2。结果表明：搭接熔覆层交界处的点产生焊趾裂纹的倾向最大,第1道熔覆顶点处产生横向裂纹的倾向次之。     

绝热稳定性研究成果在工业企业防火教学中的应用

公安部科研项目“反应性物质热稳定性的分级方法研究”在国内首次利用绝热加速量热法系统研究了反应性物质的热稳定性。该项目研究成果在物质与生产火灾危险性辨识、火灾原因调查与分析等方面具有现实指导意义。在《工业企业防火》课程教学过程中,部分项目研究成果纳入了“影响储存和生产火灾危险性的因素”、“危险化学品的危险特性”“仓库防火”以及“重大危险源辨识”等章节的教学内容,使学生对课程内容有了更为深入地理解。科研成果与教学内容的有机结合,既显著提高了学生的学习主动性和学习兴趣,又大大增强了学生的创新性意识。     

大空间建筑性能化防火设计探讨

通过设定火灾场景、设定火灾、火灾烟气数值模拟分析和人员疏散数值模拟分析等几个方面,从“性能化”设计的角度进行探讨,并通过一个实例对大空间建筑进行了“性能化”防火设计。与“处方式”防火设计相比,性能化防火设计在大空间建筑防火设计上具有更多优越性。     

单级入轨运载器干质量影响因素分析

提出了单级入轨运载器干质量计算方法。对给定的飞行任务,提出了基准运载器,并计算了贮箱材料、热防护系统及设计余量对运载器干质量的影响。计算结果表明,先进的材料和设计能降低运载器的干质量,并使运载器干质量对设计余量的敏感性降低     

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的性能及其瞬态传热模拟

高马赫数、新型航天飞行器承载严重的气动加热环境,其隔热材料的性能与传热计算对飞行器热防护结构的优化和预测具有一定的指导意义.研究了二氧化硅气凝胶隔热复合材料的结构与性能,并进行了瞬态传热模拟.结果表明复合材料热导率仅为0.018W/m·K,瞬态传热模拟结果与考核测试值吻合,为预测和优化隔热材料提供了一定的依据.     

可展开遮阳罩技术研究进展及其关键科学问题

可展开遮阳罩一般是由多层轻质柔性高精度无褶皱薄膜和展开支撑臂及其控制装置组成,在轨后展开支撑臂有序展开多层大面积薄膜实现光控制和热控制性能,能有效改善和防护空间航天器。针对可展开遮阳罩结构,依据一维轴向、二维平面与三维周向的展开方式分类总结国内外可展开遮阳罩技术的研究进展,并对不同遮阳罩结构形状、薄膜材料、层数与展开方式等进行对比分析;梳理出遮阳罩在杂光抑制、折叠与展开变形机理、极端环境下薄膜多场耦合、低温热控、太阳辐射光压力矩及其计算方法等方面的关键科学问题,并给出了中国研究遮阳罩的发展建议。     

An interface shear damage model of chromium coating/steel substrate under thermal erosion load

The Cr-plated coating inside a gun barrel can effectively improve the barrel's erosion resistance and thus increase the service life.However,due to the cyclic thermal load caused by high-temperature gun-powder,micro-element damage tends to occur within the Cr coating/steel substrate interface,leading to a gradual deterioration in macro-mechanical properties for the material in the related region.In order to mimic this cyclic thermal load and,thereby,study the thermal erosion behavior of the Cr coating on the barrel's inner wall,a laser emitter is utilized in the current study.With the help of in-situ tensile test and finite element simulation results,a shear stress distribution law of the Cr coating/steel substrate and a change law of the interface ultimate shear strength are identified.Studies have shown that the Cr coating/steel substrate interface's ultimate shear strength has a significant weakening effect due to increasing temperature.In this study,the interfacial ultimate shear strength decreases from 2.57 GPa(no erosion)to 1.02 GPa(laser power is 160 W).The data from this experiment is employed to establish a Cr coating/steel substrate interface shear damage model.And this model is used to predict the flaking process of Cr coating by finite element method.The simulation results show that the increase of coating crack spacing and coating thickness will increase the service life of gun barrel.