机械镀锌层在冲击条件下的失效行为

采用QCJ-120漆膜冲击试验器对不同厚度和稀土添加量的机械镀锌层在冲击载荷作用下的失效行为进行了分析研究。结果表明：机械镀锌层的失效表现为结合力型脱落。镀层越厚,镀层抗冲击能力越强。添加适量稀土元素虽能提高镀层韧性,但降低了镀层的抗冲击能力。     

离子束增强沉积界面共混工艺对Cr-N镀层结合强度的影响

采用连续压入法以及球滚接触疲劳法评定不同界面共混工艺所制Ｃｒ－Ｎ镀层膜基结合 强度,并对两种方法试验结果进行分析对比．试验结果表明,在其它参数相同条件下,随着氮离 子轰击能量从１０、２０ｋｅＶ提高到４０ｋｅＶ,动反冲共混界面结合强度则有明显降低的趋势,Ｐ_ｃ 值测量值分别为６５０、７００、３３０Ｎ．当轰击能量为２０、１０ｋｅＶ时,Ｃｒ－Ｎ镀层在△Ｔ_ｒｚ＝４４２ＭＰａ 时,循环疲劳周次达到５．０×１０^６时,镀层未剥落,表现出很高的动态结合强度,而４０ｋｅＶ动反 冲共混界面在△Ｔ_ｒｚ＝４４２ＭＰａ时,循环疲劳周次仅为９．０×１０^５．较低能量（１０、２０ｋｅＶ）氮离子 动态共混界面具有更理想的膜层一基体结合强度．两种方法测试结果具有一致性．当膜层－基 体结合力较高时;压入法评定膜层－基体结合强度更简便、适用．     

基于弹塑性滚动接触疲劳法评价硬质薄膜结合强度

滚动接触疲劳法表征结合强度的剪切应力幅是一个对界面因素敏感,而对非界面因素不敏感的力学参量,能真实反映膜基结合状态,是较为合理的动态结合强度评价方法。但由于应力计算的模型采用弹性力学方法,对膜基结合强度较高而厚度很小的薄膜,往往加大载荷也较难使膜基界面发生分离。本文采用小直径、高弹性模量Al_2O_3球的滚动接触疲劳方式,对高结合强度的硬质薄膜进行评价,并采用有限元方法计算弹塑性变形条件下的应力分布,切应力幅的计算结果具有合理性。改进后的滚动接触疲劳法允许基体发生弹塑性变形,界面切应力大幅度提高,能够在相对较少周次下造成薄膜剥落,失效部位发生于界面,因而更适合于评价结合强度较高的硬质薄膜。     

磁控溅射铜膜与基底结合强度的分析研究

根据磁控溅射金属铜膜在超声清洗中从硅基底上发生剥落的现象,分析了样品在声场中的运动和受力状态,发现样品会发生受迫振动,拉-拉周期应力引起膜基界面的失效是薄膜脱落的主要原因,而空化作用是次要原因。通过建立的力学模型,计算了膜基结合强度。与划痕法等所测得的膜基结合强度值的比较,计算值与测量值在数量级和与溅射参数变化趋势上有很好的吻合。此评价方法可以应用于溅射铜膜/多晶金刚石的膜基体系上,并研究了超声参数、基底表面形貌、基底成份等因素对膜基结合强度的影响。     

Ti6Al4V基体及其改性试样的冲击磨损行为分析

在Ti6Al4V合金基表面制备了N+注入与氮化层、TiN膜及DLC膜,进行小载荷反复冲击,分析不同冲击周次下磨痕形貌及磨坑深度,比较磨损性能。结果表明疲劳磨损是反复冲击条件下实验试样的共同失效机制,主要表现为疲劳剥落。改性后试样的抗冲击磨损能力较基体材料均有提高,其中N+注入与氮化的"长程强化效应"使试样在较高冲击周次保持良好的抗磨性能;晶态结构TiN膜层由于较高的表层硬度,提高了试样的耐磨性,尤其是较低的冲击周次下;DLC膜的特殊非晶态结构,使其在整个冲击过程中具有小的磨损深度,高的失效周次。     

发动机惰轮轴承剥落失效分析

某汽车发动机惰轮轴承在路试时轴承出现异响现象,拆解后发现轴承内套圈滚道面发生剥落失效。通过对该失效轴承进行宏观检检、化学成分分析、硬度测试、金相检验、能谱分析和扫描电镜分析,找到了该轴承失效的根本原因。结果表明:由于异常工况使轴承内圈滚道次表面发生白色组织变异,在运转中接触疲劳导致局部区域剥落。同时轴承内套圈材料的颗粒状碳化物聚集分布构成带状偏析和粗大的碳化物,导致钢的力学性能,尤其是疲劳性能显著下降,在受到异常冲击载荷和较大振动的情况下,也易成为疲劳剥落的发源地。     

Fe-W-Mo-Co多元渗镀复合层研究

采用双层辉光离子渗金属技术,在工业纯铁和20钢表面进行W、Mo、Co多元共渗,形成Fe-W-Mo-Co型渗镀复合层.对渗镀层进行了金相组织观察、成分及硬度测量,重点研究了镀层的相组成及镀层与基体间的结合强度.结果表明:纯铁和20钢表面镀层以金属钨、钼为基体,其上分布大量μ相,并有少量Laves相;镀层硬度高达1 000～1 400HV,固溶和时效处理对硬度提高影响不大;纯铁表面镀层在渗金属、固溶、时效状态下,持续加载100N未发生镀层剥落现象;20钢表面镀层经固溶处理后,所加载荷在100N内未发生剥落现象,但在渗金属及时效态,当载荷加至80 N时,镀层开始剥落.     

磁控溅射制备CrTiAlN梯度镀层的热冲击性能研究

采用磁控溅射技术在高速钢基体上制备不同含量的CrTiAlN梯度镀层,温度为600℃时研究镀层的抗热冲击性能,采用X射线光电子能谱仪和X射线衍射仪分析镀层成分及热冲击前后的相结构,利用场发射扫描电镜观察镀层的形貌,利用分析天平对镀层热冲击前后进行精密称重并结合光学显微镜来观察镀层热冲击后的表面形貌。结果表明,热冲击温度为600℃时,镀层有Cr2O3、TiO2等新相生成,有氧化现象发生;对于不同成分的CrTiAlN镀层,Cr含量较高、Ti含量较少的镀层具有较好的抗热冲击性能;镀层失效是循环热应力产生剪切裂纹及镀层原子和氧原子双向扩散形成非接触区共同作用的结果。     

高温铝液中TiAlN硬镀层失效机理研究

利用非平衡磁控溅射法在H13钢表面制备TiAlN镀层,将其在740℃的铝液中静态腐蚀4 h,研究镀层在铝液中的失效机理。用场发射扫描电子显微镜对失效部位进行形貌观察及能谱分析。结果表明:引起镀层失效主要是由于铝液通过镀层边界区或镀层缺陷处侵入镀层与基体的界面,且与基体材料发生了反应腐蚀,最终引起镀层的剥落而失效。镀层失效过程可分为铝液渗入阶段,缓慢腐蚀阶段,快速腐蚀阶段,镀层断裂剥落阶段这四个阶段。     

Ni-Fe-W-P合金镀层结合强度的研究

镀层与基体之间的结合强度是功能镀层能否实际使用的首要指标,由于Ni-Fe-W-P合金镀层是一种新型的代铬镀层,故以铬镀层的结合强度为对比,通过静态和动态加载来研究Ni-Fe-W-P合金镀层的结合强度.试验结果表明,Ni-Fe-W-P合金刷镀层在冲击、疲劳或几种复合载荷下都具有优良的结合强度;该刷镀层具有优良的结合强度的主要机理是:镀层与基体存在扩散层并形成韧性合金,过渡层缩小了工作镀层与过渡层、过渡层与基体的晶格错配度,同时机械铆接效应也起一定的作用;合理的工艺参数可获得高结合强度的合金镀层.试验还表明,Ni-Fe-W-P合金镀层的结合强度优于铬镀层,因此,该镀层用作代铬镀层可以达到使用要求.     

辐射式延时点火具传火管失效机理研究

利用理论计算、试验数据对影响辐射式延时点火具传火管失效的因素进行了研究。结果表明:隔板材料热处理方法是影响传火管失效的主要因素。采用Matlab软件,得到了不同热处理方法在不同温度下隔板材料1Cr18Ni9Ti不锈钢力学性能参数的变化规律:随着温度的升高,抗拉强度和条件屈服强度都逐渐降低,且抗拉强度受温度的影响较大;伸长率、断面收缩率和冲击韧性的变化趋势为先减小、再增大。     

聚合物改性碳纤维增强混凝土的动态压缩力学性能

为探究聚合物改性碳纤维增强混凝土(PMCFRC)的动态压缩力学性能,利用直径Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,分别对碳纤维增强混凝土及聚合物体积分数为4vol%、8vol%、12vol%的PMCFRC进行了5组不同气压下的冲击压缩试验,获得了混凝土在不同应变率下的动态应力-应变曲线和破坏形态,分析了应变率和聚合物掺量对PMCFRC动态压缩强度、变形和韧性的影响规律。结果表明：PMCFRC的动态压缩强度、变形和韧性均具有明显的应变率强化效应,聚合物对PMCFRC的动态压缩力学性能既有强化效应,也有劣化效应。随着应变率的增大,PMCFRC的动态抗压强度、动态强度增长因子(DIF)、动态峰值应变、冲击韧性均逐渐增大。随着聚合物掺量的增大,PMCFRC的动态抗压强度、DIF、冲击韧性均先增大后减小,动态峰值应变不断增大。相同应变率水平下,4%PMCFRC的动态抗压强度、冲击韧性最大,破损程度最轻;8%PMCFRC的应变率敏感性最佳,DIF最大时达到1.94,对混凝土强度的增幅最大。聚合物一方面在混凝土基体中发挥着填充、阻裂、增韧作用,另一方面改善碳纤维-混凝土基体界面的粘结...     

高强高模聚酰亚胺纤维/环氧树脂复合材料力学性能与破坏机制

以高强高模聚酰亚胺（PI）纤维为增强体,以航空级环氧树脂（EP）为基体,通过热熔法制备预浸料并采用热压罐成型技术制备了PI/EP复合材料层合板,对其力学性能和破坏形貌进行了分析。结果表明:高强高模PI纤维与EP具有良好的界面结合力,PI/EP复合材料的层间剪切强度为65.2 MPa,面内剪切强度为68.6 MPa;良好的界面结合状态能充分发挥PI纤维优异的力学性能,PI/EP复合材料的纵向拉伸强度达1 835 MPa,弯曲强度为834 MPa;PI/EP复合材料纵向拉伸破坏模式为散丝爆炸破坏,同时由于高强高模PI纤维还具有优异的韧性和较高的断裂伸长率,PI/EP复合材料从受力到失效断裂的时间较长;PI/EP复合材料纵向压缩破坏模式为45°折曲带破坏。高强高模PI/EP复合材料为航空航天先进复合材料增加了一个全新的选材方案。      

基于激光三维雕刻的CFRP多梯层挖补胶接接头加工技术研究

在航空飞行器的碳纤维复合材料(CFRP)结构件损伤修复时,挖补胶接技术是获得高性能的CFRP层合板接头的理想工艺.本文提出一种CFRP层合板的多梯层挖补胶接接头设计策略,设计了挖补胶接接头阴阳膜构建和分层切片激光三维雕刻扫描工艺代码生成算法,探索了CFRP梯层界面的激光烧蚀成型工艺规律和粘结性能改善机理,验证了胶接接头...     

基于芳纶pulp优化的碳纤维增强树脂基复合材料的抗损伤性能及残余抗压强度

针对树脂基复合材料树脂粘接层脆性大且存在结构缺陷,易发生剥离和分层等突出问题,提出以轻质高强的芳纶pulp(AP)作为增强剂,通过模压成型制得强化的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP),研究不同添加面密度对复合材料抗钻孔、钻孔-冲击二次损抗性能和损伤后的抗压强度的影响。结果表明,6 g/m2 AP使复合材料直接、钻孔以及钻孔-冲击后抗压强度分别增强37.3%、41.0%和41.8%。分析认为:AP改善了树脂脆性,消除层间富树脂区域,提升层间断裂韧性,抑制了裂纹生长;同时AP以纤维桥连形式贯穿于树脂层和碳纤维层,不仅改善了树脂与碳纤维粘接界面的缺陷,也构建准Z方向的纤维排布,避免裂纹向单层界面扩展而导致结构分层,从而实现结构强化。      

Nanostructure and molecular mechanics of spider dragline silk protein assemblies

Spider silk is a self-assembling biopolymer that outperforms most known materials in terms of its mechanical performance, despite its underlying weak chemical bonding based on H-bonds. While experimental studies have shown that the molecular structure of silk proteins has a direct influence on the stiffness, toughness and failure strength of silk, no molecular-level analysis of the nanostructure and associated mechanical properties of silk assemblies have been reported. Here, we report atomic-level structures of MaSp1 and MaSp2 proteins from the Nephila clavipes spider dragline silk sequence, obtained using replica exchange molecular dynamics, and subject these structures to mechanical loading for a detailed nanomechanical analysis. The structural analysis reveals that poly-alanine regions in silk predominantly form distinct and orderly beta-sheet crystal domains, while disorderly regions are formed by glycine-rich repeats that consist of 3₁-helix type structures and beta-turns. Our structural predictions are validated against experimental data based on dihedral angle pair calculations presented in Ramachandran plots, alpha-carbon atomic distances, as well as secondary structure content. Mechanical shearing simulations on selected structures illustrate that the nanoscale behaviour of silk protein assemblies is controlled by the distinctly different secondary structure content and hydrogen bonding in the crystalline and semi-amorphous regions. Both structural and mechanical characterization results show excellent agreement with available experimental evidence. Our findings set the stage for extensive atomistic investigations of silk, which may contribute towards an improved understanding of the source of the strength and toughness of this biological superfibre.     

On the mechanical properties,deformation and fracture of a natural fibre/recycled polymer composite

A composite laminate based on natural flax fibre and recycled high density polyethylene was manufactured by a hand lay-up and compression moulding technique. The mechanical properties of the composite were assessed under tensile and impact loading. Changes in the stress–strain characteristics, of yield stress, tensile strength, and tensile (Young's) modulus, of ductility and toughness, all as a function of fibre content were determined experimentally. A significant enhancement of toughness of the composite can be qualitatively explained in terms of the principal deformation and failure mechanisms identified by optical microscopy and scanning electron microscopy. These mechanisms were dominated by delamination cracking, by crack bridging processes, and by extensive plastic flow of polymer-rich layers and matrix deformation around fibres. Improvements in strength and stiffness combined with high toughness can be achieved by varying the fibre volume fraction and controlling the bonding between layers of the composite.     

HVOF金属陶瓷涂层的冲蚀失效行为研究现状

超音速火焰喷涂具有粒子飞行速度高、涂层质量好、沉积速度快、材料选择性好以及与基体的结合强度高等优点。冲蚀是水轮机过流部件、轮船螺旋浆、泥浆泵及钻杆等的主要失效形式之一。HVOF技术制备的金属陶瓷涂层因其能显著提高金属零部件的耐冲蚀性能而受到广泛应用。本文对国内外HVOF喷涂金属陶瓷涂层的冲蚀失效行为进行综述,系统归纳了冲蚀颗粒粒径、冲蚀速度、攻角等外部因素及涂层的结合强度、孔隙率、涂层颗粒尺寸、碳化物颗粒的大小等内部因素对HVOF喷涂金属陶瓷涂层冲蚀失效行为的影响机制。并指出综合评价外部服役条件和自身性能参数对涂层冲蚀失效行为的作用机理是本领域今后研究的重点方向之一。     

Impact behavior of in situ TiB2/Al composite at various temperatures

The impact behavior of the in situ TiB₂/Al composite was investigated at temperatures varying from −50 to 200 °C. The effects of the reinforcement, heat treatment as well as temperature on the impact toughness and failure mechanism were discussed. Results showed that the impact toughness of the composite decreases significantly due to the presence of the stiff TiB₂ reinforcements. The precipitations caused by aging play the same role as TiB₂ reinforcements, which constrain the deformation of the matrix and reduce the impact toughness. The TiB₂/Al composite is more endurable in suffering the impact load at subzero and high temperatures compared to that at room temperature. The fractography of the TiB₂/Al composite is a cleavage-and-dimple morphology. The eutectic silicon is the preferred site for catastrophic cracking. There is no cracking in the in situ TiB₂ reinforcement because of the small size and near spherical shape. However, the “pulled-out” failure occurs for the TiB₂ reinforcement, which is due to the relative weaker interfacial strength than the strength of reinforcement.