搅拌铸造制备SiC_p_Al复合材料的研究现状
收稿日期:2003-12-26 基金项目:国家“863”项目和重庆市院士基金项目资助 第一作者简介:王文明(1975-),男,安徽东至人,博士。
搅拌铸造制备SiC p /Al 复合材料的研究现状
王文明1,潘复生1,LU Y un 2,曾苏民3
(11重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044;21Faculty of Engineering ,Chiba University ,Chiba ,Japan ;
31西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326)
摘要:综述了搅拌铸造制备S iC p /Al 复合材料的研究现状,指出了搅拌铸造法存在的问题,对搅拌铸造法在制备S iC p /
Al 复合材料中的地位和发展前景作了预测。
关键词:搅拌铸造;铝基复合材料;碳化硅颗粒;发展前景
中图分类号:TG 111.91 文献标识码:A 文章编号:1007-7235(2004)04-0001-05
Advance in R esearch on the F abrication o f SiC p /A l Composites by Stir 2casting P rocess
WANG Wen 2ming 1,PAN Fu 2sheng 1,LU Y un 2,ZE NG Su 2min 3
(11College of Materials Science and E ngineering ,Chongqing U niversity ,Chongqing 400044,China ;21F aculty of E ngineer 2ing ,Chib a U niversity ,Chib a ,Jap an ;31Southw est Aluminum I ndustry(G roup)Comp any Ltd.,Chongqing 401326,China)Abstract :The latest status of fabrication of S iC p /Al com posites by stir 2casting process is reviewed.Several problems existing in stir 2casting process are pointed out.The position and prospect of stir 2casting process for S iC p /Al com posites are predicted.K ey w ords :stir 2casting process ;S iC p /Al com posites ;position and prospect
碳化硅颗粒增强的铝基复合材料具有比强度高、比刚度高、热膨胀系数小、导热性能好等优异性能,并可采用传统加工设备进行二次加工,制备加工成本较低,是复合材料中研究最多、潜在应用前景最广的材料之一,已有30余年的发展历史[1～7]。目前碳化硅颗粒增强铝基复合材料的主要制备工艺为粉末冶金、搅拌铸造、喷射沉积、压力浸渗等工艺。各种制备工艺所制得的复合材料,其碳化硅颗粒增强体的分布均匀性和界面结合状况有所差别。它们的努力目标均是使增强体颗粒均匀分布于铝基体并与铝基体形成良好的界面结合。各种制备工艺各有所长,各有不足[1～7]。采用粉末冶金法制备的复合材料性能优异,但其工艺流程长,工序复杂,金属粉末成本高,增强相与粉末混合易产生爆炸,同时制品的尺寸也受到限制。压力浸渗法是将颗粒增强相制成预制块,然后在压力作用下将熔体渗入预制件间隙
中,颗粒增强相在复合材料中体积百分数可达50%。该工艺存在的问题是:预制块在压力作用下易变形,制得的复合材料微观结构不均匀,晶粒尺寸也比较大,有害界面反应难以控制。喷射沉积法制备的颗粒增强金属基复合材料有许多优点:几乎避免了有害界面反应;材料含氧量及夹杂物含量少;工艺流程短;材料成本大幅度降低,被公认为是一种极有前景的复合材料制备方法。缺点是工艺不够成熟,增强体含量受到一定限制。采用搅拌铸造法制备SiC p /Al 复合材料的研究比较多。此法对设备要求低,工艺简单,便于实现工业化生产。本文综述了搅拌铸造制备SiC p /Al 复合材料的研究现状,指出了搅拌铸造法存在的各种问题,分析了产生铸件缺陷的原因。并对搅拌铸造法在制备SiC p /Al 复合材料中的地位和发展前景作了预测。
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1 搅拌铸造制备SiC p/Al复合材料研究现状
1.1 搅拌铸造方法
搅拌铸造是指将陶瓷颗粒等增强物加入高速搅拌的基体金属熔体中使其形成复合材料的方法。可分为液相搅拌法和液固两相搅拌法二类[8,9]。
(1)液相搅拌法
液相搅拌法就是通过高速旋转的搅棒使完全液态的金属熔体产生旋涡,向旋涡中逐渐加入颗粒等增强物。由于旋涡的抽吸作用,颗粒卷入熔液中,待分散均匀后分布于金属液中,用挤压铸造等适当的铸造方法成型。该法所用的工艺和设备都比较简单。采取一定措施,能保证SiC p与铝合金熔液润湿良好,增强颗粒的体积分数存在较宽范围。但如果不是在真空中搅拌,在高速搅拌的旋涡中不可避免有气体和夹杂物混入,易出现偏析和“结团”现象,所以制成的复合材料性能往往不很理想。颗粒的粒度不能太小,一般不小于50μm,加入量也有限制。
曾国勋等[10]对液相搅拌铸造法制备的SiC p/Al 复合材料的界面和力学性能进行了分析研究。结果表明,SiC p/Al的界面结合是性能良好的冶金结合。SiC p能提高铝基体的拉伸强度,同时显著提高铝基体的室温硬度与高温硬度。SiC p/Al复合材料的室温硬度与SiC p体积分数成线性关系:Hv=2.939Ψ(SiC p)+43.4。
袁广江等[7]采用真空搅拌铸造法制备了Ψ(SiC p)=20%的颗粒增强A356基复合材料。SiC p颗粒在基体中分布均匀,材料抗拉强度319MPa,弹性模量98.9G Pa,伸长率1.4%。采用聚晶金刚石—PC D刀具,在切割速度v=30～40m/min时,复合材料对刀具损耗最小,工件表面粗糙度低。
(2)液固二相搅拌法
液固二相搅拌法也称复合铸造法(C om pocast2 ing)。就是把基体金属加热到液相线与固相线之间的适当温度进行搅拌。利用半固态熔体的触变性,在粘度不大的液固二相熔体中,边搅拌边加入颗粒等增强物。这时,即使增强物与金属熔体润湿不好或不润湿,由于二相熔体中固相粒子的夹带和包裹作用,增强物还是能得到较好的分散。然后在液固二相温度或升温到液相温度进行浇铸,就可得到增强物分散均匀的金属基复合材料。研究表明,对SiC p颗粒,液固二相搅拌法比液相搅拌法分散分布得好,对其他颗粒增强物也是如此,不过晶须或短纤维增强物的情况不是这样,因为它们有较强的缠结倾向,很难在液固二相熔体中分散完全。有些研究指出,用液固二相搅拌法制成的复合材料,力学性能并没有明显提高。有的还有些下降。这是由于在液固二相熔体中气体和夹杂物不易排除。此外,要准确控制具有一定组分固相粒子的液固二相熔体的温度,在工业规模的生产中也是很困难的。因此,这种方法迄今未见用于工业批量生产。
胡海萍等应用氩气保护、液固二相搅拌铸造法制备了SiC p增强的Al基复合材料[11]。其制备过程是将温度控制在固2液相温度范围内,通过搅拌器高速旋转使金属产生旋涡,然后向旋涡中逐渐投入颗粒,使之分布均匀。尔后迅速升温至可浇铸温度(720℃左右),在100MPa压力下成形。得到的复合材料中SiC p的分布比较均匀,未发现结团和宏观气孔。由于SiC p颗粒的加入,材料的弹性模量、屈服强度较基体材料有很大提高。而且,由于SiC p对基体材料滑移的阻碍而使复合材料的应变硬化率提高。
王蕾等研究讨论了用液固二相搅拌铸造法制造SiC p/Al复合材料的工艺,并对所制得的复合材料进行了分析和性能测试[12]。结果表明:用多层螺旋倾斜叶片搅拌棒对熔体以适当的速度搅拌,可增加SiC p的复合量,使SiC p与基体间浸润性良好,且分布较均匀。
1.2 搅拌铸造法的改进
虽然两类搅拌铸造法都存在一些缺点和问题,但由于搅拌铸造较其他方法工艺简单,设备要求低,成本低,因而最有希望用于工业批量生产,人们对它进行了大量的研究和改进。其中美国Alcan铝业公司的子公司———Dural铝基复合材料公司的Skibo等人在20世纪80年代后期对搅拌法的工艺作了重大改进,要点是:
(1)整个复合材料制造过程,从金属的熔化,增强物的加入和搅拌,直到浇注成型都在真空容器内进行,避免了气体和夹杂的污染。
(2)改用多级倾斜叶片组成的搅棒,并提高转速到2500r/min,使它具有最大剪切力,但不形成旋涡,不产生气泡,从而避免气体和氧化膜的卷入,还有助于金属熔液克服阻力向颗粒表面铺展,从而润湿颗粒。
改进后的工艺使制得的复合材料的质量和性能都得到明显提高。据报道:用此法制成的含Ψ(SiC p 或Al2O3)=15%～20%的铝基复合材料,屈服强度和抗拉强度都比基体合金提高15%以上,弹性模量提高25%～35%,而成本并没有增加多少[9]。Dural铝基复合材料公司就用此法进行批量生产,并于1990年在加拿大魁北克建成了一座年产能11000t的颗粒增强铝基复合材料的工厂,产品商标为Duralcan。
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齐海波等[13]采用半固态搅拌熔炼2液态模锻工艺,制备了与Santana轿车前制动器相匹配的SiC p增强铝基复合材料制动盘,对该制动盘进行了材料拉伸性能和微观结构分析,并在SCHE NCK制动试验台上进行了制动性能和制动磨损试验。结果表明,复合材料的拉伸性能优于传统制动盘材料HT250铸铁的;在各种制动工况条件下,复合材料制动盘对制动衬片的摩擦因数均在大众公司企业标准规定的范围之内,且较稳定;此外,复合材料制动盘质轻、耐磨,制动噪音小、温升少,运转平稳。
2 搅拌铸造制备SiC p/Al复合材料存在的问题
2.1 铝合金液和SiC p的润湿性
要使SiC p作为增强物进入基体铝合金熔体,并能很好的分散,首要的条件是二者之间必须相互润湿。但实际上二者之间的润湿性比较差,它们的接触角θ>90°。而且SiC p表面难免存在氧化物、吸附气体、水分等,这些更增加了润湿的困难。为解决润湿性问题,通常可采取以下措施:
(1)增强物表面涂层
预先在SiC p表面涂覆一层颗粒润湿性良好的金属[14](Ni,Cu),接触角θ会减小到80°～100°,这样增强物就能顺利地进入并均匀地分散在金属基体中。
(2)金属基体中加入某些合金元素
在作为基体的金属熔体中加入某些合金元素,可有效地降低表面张力,改善润湿性。如在铝合金中加入Li,Mg,Cu,T i,Z r,P等合金元素。
(3)用某些盐对增强物进行预处理
用某些盐如碳酸钠、氟锆酸钾等或在超声震动下用丙酮等有机溶剂对SiC p表面进行处理[15],清除颗粒表面的氧化物和污染物。酸洗工艺可以通过改变碳化硅颗粒表面的化学特性来实现SiC p2Al界面状态的优化与控制,进而达到调整该种复合材料的力学性能,以适应不同应用工况条件的目的[16]。
(4)对SiC p进行预氧化处理[17,18]
对SiC p表面进行预氧化处理,使对SiC p表面生成SiO2薄膜,SiO2与基体反应4Al+3SiO2→2Al2O3+ 3Si来改善润湿性。表面氧化是最简单的预处理方法,广为采用。
(5)采用其他方法对SiC p表面进行预处理
如PVD,C VD以及电镀法等[19,20]。董晟全等[21]研究了利用液态搅拌铸造法所制备的SiC p/Z L101复合材料的耐磨性。着重探讨了SiC p的预处理状态及磨损试验载荷、路程对材料耐磨性的影响。结果表明,与基体合金或原始态SiC p增强的SiC p/Z L101复合材料相比,SiC p经一定方法预处理后所增强的复合材料的耐磨性显著提高,提高的幅度随磨损载荷或路程的增加而增大,而且其增大的强度随SiC p预处理状态的变化而存在显著差异。SiC p的表面预处理状态对SiC p/Z L101复合材料的耐磨性有显著影响。其根本原因是因为它对SiC p与Al之间界面的润湿性和界面结构以及由此所决定的界面粘接强度有重要影响。SiC p经过高温氧化、高温氧化+Cu膜包覆、高温氧化+氟盐浸渍等方法预处理后,可显著提高SiC p/Z L101复合材料的耐磨性,最高可比基体合金提高达8.9倍。SiC p/Z L101复合材料在重载荷、长行程条件下,耐磨性比基体Z L101合金的提高尤为显著。对于经过一定方法预处理后的SiC p的SiC p/Z L101复合材料的耐磨性更好。
2.2 金属熔体的粘度问题
根据Stokes质点上浮速度公式可知,颗粒等增强物在金属液内的浮沉速度与增强物和金属液的密度差及颗粒半径平方成正比,并与金属熔体的粘度成反比。调整提高金属熔体粘度,可抑制由于密度差引起的增强物上浮或下沉,也可减少增强物的聚集结团。因此,可通过在金属熔体中加入能提高粘度的合金元素。或在金属熔体中通气生成细微的氧化物、氮化物,或外加微粒等方法以提高粘度,使增强物分散均匀。但金属熔体的粘度高了,存在吸附夹带的气体夹杂物不易排出的问题。
2.3 颗粒与金属熔体的界面反应
在搅拌铸造制备复合材料的较高温度下,增强物不可避免会与金属熔体发生或多或少的化学反应。在界面上形成脆性生成物。例如SiC p会与Al2 Mg合金液发生4Al+3SiC p→Al4C3+3Si反应,形成脆性的碳化铝。
适量的界面反应能促进增强物与金属熔体的润湿和结合,提高界面结合强度。对复合材料是有利的。但过量的界面反应使界面形成厚的脆性层,削弱增强物与金属的结合,严重影响复合材料性能。所以对界面反应要加以控制,控制的途径有:
(1)选择适当的增强体2金属基体组合,不选用界面反应强烈的组合。添加Si元素或选用含Si的合金基体,如A356、A357和A359等,基体合金中的Si可以抑制3SiC p+4Al→Al4C3+3Si界面反应,并改善复合材料的力学性能。
(2)增强物表面涂覆适当涂层,阻止界面反应发生。采用凝胶2溶胶方法[22]在SiC p表面涂覆T iO2, 3T iO2+4Al→2Al2O3+3T i,能有效地抑制Al4C3的生成。
(3)严格控制金属熔体温度,使之处于反应不强
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烈的范围内。
梅志等[23]利用分析透射电镜研究了液态搅拌铸造原始态与氧化态SiC p,以及SiO2(P)增强w(Mg) =4%的Al2Mg基复合材料的界面反应情况。结果在原始态和氧化态碳化硅颗粒表面观察到细小的MgO,石英粒子在高温下与基体中的Mg反应生成MgAl3O4,并运用扩散理论分别解释了其反应机制。
2.4 铸造复合材料的凝固过程
一般说来,铸造复合材料的凝固都要求冷却速度快。因为快速冷凝不仅使晶粒细化,有利于性能提高。而且可以减少增强物的偏析结团和沉浮,有利于它的均匀分布。所以铸造复合材料宜在金属型或水冷型中凝固。最好是用挤压铸造加压凝固。
在铸造复合材料中由于增强物的存在和凝固特性的改变,凝固过程中常出现一些新的现象,如:由于“颗粒推移效应”的作用,颗粒等增强物往往被凝固界面推移到枝晶间和金属最后凝固区域,形成偏聚,这对性能是不利的。
2.5 通过热加工进一步提高性能
加入不连续增强物的铸造复合材料具有较高的耐磨性能,还有优良的高温性能和热稳定性。但通常强度提高不多,有的还有些下降。塑性、韧性则都有较大程度的降低。为在保持原有优良特性的同时提高它的强度和塑性、韧性,研究发现,热压力加工(Therm omechanical Process)是最有效的途径之一。热压力加工包括挤压、液压、锻打和轧制等。
许晓静[24,25]对搅拌铸造法制备的SiC p/2024Al 复合材料超塑性的预处理、力学行为、微观结构及变形机制进行了研究。结果表明,大的塑性变形是改善复合材料组织进而提高超塑性的有效方法。经过挤压、热轧和冷轧后,在温度为823K、初始应变速率为1.1×1023s21的拉伸变形条件下,超塑伸长率为405%,超塑变形机制为晶粒的适度长大、动态连续再结晶和适当的微量液相共同协调的晶界滑动;液相不是该复合材料展现超塑性的必要条件。
任德亮等[26]在试验基础上对影响SiC p/Al复合材料搅拌铸造工艺的关键问题进行了研究,提出了相应的改进措施,优化了工艺参数。他们提出了一种对SiC p进行预处理的新方法,有效地解决了SiC p 与基体铝合金的浸润性问题,并发现通过降低合金熔液的粘度可显著减少复合材料中的气孔和氧化夹杂。半固态搅拌铸造2液态模锻工艺是制备SiC p/Al 复合材料的一种有效方法。半固态搅拌有利于改善SiC p在基体中的分布,并可避免界面反应的发生。液态模锻可显著降低气孔、疏松等缺陷,提高材料的致密度。用搅拌铸造法制备SiC p/Al复合材料时,搅拌复合后的熔液精炼技术尚需进一步改善。
3 搅拌铸造制备SiC p/Al复合材料的地位和发展前景
搅拌铸造制备的SiC p/Al复合材料具有优良的物理性能和力学性能。用搅拌铸造法制备SiC p/Al 复合材料,工艺和设备简单,成本接近于普通的合金材料,是最具有低成本潜力的一种SiC p/Al复合材料制造方法。搅拌铸造法制备的复合材料已在航空航天、军事工业得到应用,在汽车、摩托车、机械制造、运动器材、电子等民用工业也得到广泛应用。国外已有企业用搅拌铸造法进行批量工业生产,取得了良好的经济效益[27～34]。
我国对搅拌铸造制备SiC p/Al复合材料的研究起步较晚,目前大多还处于实验室试验阶段,离工业化生产还有一定距离。研究者都在不断试验和创新,寻找解决搅拌铸造法制备SiC p/Al复合材料存在问题的对策,对工艺流程、工艺参数和实验设备进行优化。搅拌铸造法,正如其他制造方法一样,在朝着改进和完善的方向前进。大学、科研院所以及企业对它的兴趣和斥资研发,奠定了搅拌铸造法成为SiC p/Al复合材料四大主流制造方法之一的地位,不久的将来定会得到广泛的工业化应用。
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图15 二级计算机系统预设定功能框图
4 结束语
现代铝板带轧机板形控制技术日新月异。我们在选择、引进先进技术装备的同时,还要对其充分理解和消化吸收,才能使其在实际生产中更大程度地提高生产力。同时,板形控制又是一项综合性很强的技术,除装备水平外,生产工艺、人员操作技能、生产工具和原材料等也是关键性的影响因素。这些都需要专业技术工作者在长期的生产实践中不断摸索和创新。
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中美合资建大型铝板带项目意向书在南宁签字
2003年11月11日广西南南铝箔有限责任公司就在南宁市铝工业园区建一个铝板带项目与美国联邦铝业公司(C omm onwealth Al.C om.)签订了意向书。该项目总投资约2亿美元,板带材轧制能力200kt/a,采用黑兹莱特(Hazellett)连铸连轧法生产坯卷。联邦铝业公司有两条连铸连轧生产线,一条带宽710mm,另一条是1340mm的,前者的产量为70kt/a,产品有3004、3105、5757等合金;后者的产量已达210kt/a,产品有3004、3105、5052、5754等合金。南南铝箔公司可能将是中国采用连铸连轧法生产铝合金板带材的首家企业。
(王祝堂)
铸造发展历程
铸造发展历程 铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。 铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。中国商朝的重875公斤的司母戊方鼎，战国时期的曾侯乙尊盘，西汉的透光镜，都是古代铸造的代表产品。 早期的铸件大多是农业生产、宗教、生活等方面的工具或用具，艺术色彩浓厚。那时的铸造工艺是与制陶工艺并行发展的，受陶器的影响很大。 中国在公元前513年，铸出了世界上最早见于文字记载的铸铁件—晋国铸型鼎,重约270公斤。欧洲在公元八世纪前后也开始生产铸铁件。铸铁件的出现，扩大了铸件的应用范围。例如在15～17世纪，德、法等国先后敷设了不少向居民供饮用水的铸铁管道。18世纪的工业革命以后，蒸汽机、纺织机和铁路等工业兴起，铸件进入为大工业服务的新时期，铸造技术开始有了大的发展。 进入20世纪，铸造的发展速度很快，其重要因素之一是产品技术的进步，要求铸件各种机械物理性能更好，同时仍具有良好的机械加工性能；另一个原因是机械工业本身和其他工业如化工、仪表等的发展，给铸造业创造了有利的物质条件。如检测手段的发展，保证了铸件质量的提高和稳定，并给铸造理论的发展提供了条件；电子显微镜等的发明，帮助人们深入到金属的微观世界，探查金属结晶的奥秘，研究金属凝固的理论，指导铸造生产。 在这一时期内开发出大量性能优越，品种丰富的新铸造金属材料，如球墨铸铁，能焊接的可锻铸铁，超低碳不锈钢，铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺，使铸件的适应性更为广泛。 50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯，负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺，使铸件具有很高的形状、尺寸精度和良好的表面光洁度，铸造车间的劳动条件和环境卫生也大为改善。 20世纪以来铸造业的重大进展中，灰铸铁的孕育处理和化学硬化砂造型这两项新工艺有着特殊的意义。这两项发明，冲破了延续几千年的传统方法，给铸造工艺开辟了新的领域，对提高铸件的竞争能力产生了重大的影响。
中国铸造模具行业发展现状及趋势是怎样的
中国铸造模具行业发展现状及趋势是怎样的 “十五”期间中国铸造巿场呈现良好趋势，2005年全国铸件总 量达到1800万吨左右，球墨铸件在总产量中的比重提高到20%-25%，即320万-400万吨;随着轿车产量的增加，有色铸造件产量接近200 万吨;今后国际巿场需求也将保持高速增长态势，全球对中国铸件的 年需求量约为4000万吨左右，其中球墨铸铁和有色合金铸件需求量 增长迅速，铸造模具产值将超过百亿元人民币。 一、国内外铸造模具企业比较 全国铸造模具生产企业，大体可以分成以下几类：第一类为铸造模具专业厂(包括合资和独资企业)，这些企业设备先进，技术优良，是铸造模具行业的主力;第二类是铸造专业厂的模具车间;第三类是 近年来发展迅速的私营和民营模具厂，这类企业规模不大，数量众多，各有分工，协同作战，分布在江浙、广东一带，其中有些厂已 经具备了一定的实力;第四类是兼做铸造模具的其他一些模具厂。总之，铸造模具生产企业呈多元化，并向高水平发展，这也是中国经 济发展带来的必然趋势。 国外发达国家的模具厂大体分为独立的模具厂和隶属于一些大的集团公司的模具厂，一般规模都不大，但专业化程度高，技术水平高，生产效率极高。 国外模具企业一般不超过100人，多数在50人以下。在人员结 构上，设计、质量控制、营销人员超过30%，管理人员在5%以下。 年人均产值超过100万元人民币，最高能达到200多万元人民币。 国内模具企业中一些私营、合资企业人员结构和国外差不多，但一 些国企的人员结构还不尽合理，在年人均产值上差距还很大，多数 在10~20万元人民币，少数能达到40万元人民币。 国外模具企业对人员素质要求较高，技术人员一专多能，一般能独立完成从工艺到工装的设计;操作人员具备多种操作技能;营销人
浅析飞机复合材料结构修理技术
浅析飞机复合材料结构修理技术 随着科技的不断进步，复合材料逐渐出现在航空领域，在现代航空领域的发展中被广泛应用。由于复合材料已经成为现代飞机结构的重要组成部分，并且其损伤机理与金属损伤存在差异，对复合材料结构修理技术研究具有重要的现实意义。文章主要基于飞机复合材料结构修理基础之上进行研究，促进飞机复合材料的可持续发展。 标签：飞机复合材料；结构修理；技术分析 前言 国内对于先进复合材料在航空领域的应用已经取得一定成效，但对于飞机复合材料结构修理技术的研究依旧需要不断完善。由于现代航空领域需求的不断增加，对复合材料的使用要求逐渐严格。同时在具体的应用过程中需要对复合材料进行维护，体现出飞机复合材料结构修理技术的重要性。 1 飞机复合材料结构类型以及损伤类型 目前，国内外的复合材料在航空领域的应用具有广泛性特点，材料用量占总体用量总重的25%-40%，其中民用飞机占11%-16%，直升机高达60%以上。由此可见，飞机复合材料结构在航空领域的应用具有广泛性特点。对于复合材料以及损伤类型进行分析，加深对复合材料修理技术的理解。 1.1飞机复合材料结构类型 1.1.1 压层板。复合材料当中的压层板主要是由单层板粘合而成，同时构成材料可为不同材质的单层板，也可为各向异性单层板进行构成。由于单层板构成存在复杂性以及非匀质性，导致单层板的实际构成具有各向异性的特点。 1.1.2 蜂窝夹芯结构。蜂窝夹芯机构主要是由薄面板与中间胶接低密度的夹芯构成，具体的面板结构为层压板，面板较薄。其中具体的使用材料为纤维玻璃布、单向碳纤维、编织布、芳纶有机纤维布等材料。蜂窝夹芯结构比常规金属结构具有较高的比强度、抗弯强度、高结构阻尼、消音以及耐声震、隔热性等良好的性能，在航空领域应用具有较好效果。 1.1.3 蜂窝壁板。蜂窝壁板主要是承力面以及蜂窝夹芯构成，蜂窝夹芯位于承力面板之间，使得整个蜂窝壁板的强度增加[1]。此外还有骨架元件以及众多的不锈钢板材料进行实际构成。在蜂窝壁板的实际结构当中，承力面板所承受的质量一般只是自身在平面内的负荷，骨架元件在具体应用中保证局部刚劲，提升固定地点的安全性以及耐用性。 1.2 飞机复合材料损伤类型
国内外铸造技术发展现状.doc
国内外铸造技术发展现状 铸造成型是制造复杂零件的最灵活的方法。先进铸造技术的应用给制造工业带来了新的活力。为数众多的软件问世和计算机技术的迅独猛发展使得为生产在几何形状、尺寸、使用性能等方面都符合要求的铸件提出确切可靠的信息成为可能。铸造厂在其用户进行产品设计和开发阶段就能成为后者在CAD层次上一个有力的伙伴。与此同时，铸造厂也遇到了来自铸造行业内部和外部的巨大挑战。或许可以说，处于世纪之交的各国铸造厂都把下述四项目标作为自己的主要任务：1．提高铸件质量和可靠性，生产优质近终形铸件； 2．加强环保，实现可持续性发展； 3．降低生产成本； 4．缩短交货期。 不言而谕，其中第一项是最重要的，如果不能生产出优质铸件，其它目标就无从谈起。 一．信息技术在铸造生产中得到广泛应用 由计算机、网络技术、传感技术、人工智能等所构成的信息技术近年来在铸造生产中得到更为广泛的应用。这正在改变着铸造生产的面貌。可以说，现代铸造技术的主要特征就是将传统的铸造工艺与信息技术溶于一体。
铸件充型和凝固模拟在世界各国铸造厂中得到越来越多的实际应用。据不完全统计，仅仅包括MAGMASOFT、AFS SOLIDFICATION SYSTEM（3D）在内的欧美八种软件共已销售出1200多套。 为了优化铸造厂的生产组织和车间设计，铸造工作者已经着手对铸造生产过程进行仿真研究。人们可以通过在屏幕上进行整个铸造厂或其中某一局部的生产，以找出其中的薄弱环节，提出优化生产组织和车间设计的方案。这已在美国、瑞典的一些铸造厂中得到应用，取得了良好结果。德国Laempe公司、Honttinger 公司、西班牙Loramandi公司等对其用户的制芯工段也进行三维仿真的实现优化设计。 造型、制芯过程的数值模拟正在成为国际铸造界关注的前沿领域之一。清华大学、日本新东工业等对湿型粘土砂紧实过程进行了数值模拟。德国亚琛工业大学、清华大学等正在对射芯过程进行数值模拟。 计算机网络技术的发展改变了铸造厂进行管理和经营的方式。例如，美国福特汽车公司的铸造部位于底特律郊区，它通过互联网与其所管辖的分别位于美国、加拿大、英国、澳大利亚、新西兰境内的多家铸造厂进行技术管理、策划扩建或技术革新，并解决各厂的关键技术问题。又如，隶属于法国Valfond集团的位于德国萨尔布吕肯的Halberg铸造厂，通过互联网与其所生产发动机铸件的用户厂、模具供应厂、大学及研究机械进行联系从而大大缩短了新产品开发周期，提高了在市场上的竞争能力。
冲击损伤下航空复合材料修复技术研究进展
冲击损伤下航空复合材料修复技术研究进展 发表时间：2019-01-02T14:25:47.017Z 来源：《信息技术时代》2018年3期作者：李伟栋董少兵郝伟[导读] 随着科学技术的不断发展，越来越多的新型材料被制造并且应用在各行各业的发展中。尤其是先进复合材料的出现并且在航天领域中的广泛应用，推动了中国航天事业的进一步发展 （河南省新乡市飞机场，河南新乡 453000） 摘要：随着科学技术的不断发展，越来越多的新型材料被制造并且应用在各行各业的发展中。尤其是先进复合材料的出现并且在航天领域中的广泛应用，推动了中国航天事业的进一步发展，同时，航天事业也对复合材料的应用提出了新的要求。在航天器材建造中，所使用的复合材料具有各向异性和非均质性的特点，这种特点使得其对于分层损伤和层间断裂十分敏感，为了减少这种损伤对于航天器材的作用发挥的影响，研究人员开始对于冲击损伤下航空复合材料修复技术进行了研究。 关键词：冲击损伤；航空复合材料；修复技术 一、冲击损伤评估 （一）冲击损伤 航天设备在进行使用的过程中，一般所处的环境都是外太空中，这样的外界环境使得在航天器材发挥作用的过程中，可能会出现众多的不可测因素，这些因素的存在会对航天器作用的正常发挥造成一定的影响，为了减少材料的因素对于航天器材的影响，航天器材制作人员在进行材料选择的过程中，一般都会选择高强度、高刚性的复合材料[1]。但是复合材料在使用的过程中，难免会在制造、服役、维修的过程中不可避免的出现缺陷或者损伤，因此复合材料修理的难题就受到了业界的广泛关注。 航空复合材料结构损伤产生的原因或是由制造缺陷引起或是由机械载荷引起，或是由于外界环境引起，在结构损伤中，冲击损伤是对航天器材造成影响最大的。复合材料在进行作用的发挥过程中，由于其各向异性和非均质性对于冲击及其敏感[2]。并且复合材料冲击损伤的机理较为复杂，因此国内外专家针对复合材料的冲击损伤提出了不同的损伤机理计算模型。这些模型的出现有助于研究人员对于航空复合材料修复的进一步研究，推动航天事业的发展与进步。 （二）损伤评估 在对复合材料进行修复时应当提前进行损伤评估，在对复合材料进行损伤评估的过程中，需要进行多方面内容的评估，但是确定修理容限是损伤评估中最为重要的核心工程。在材料修复行业中，所讲的修理容限是指在材料发生故障时观察材料的整体性能是否发生了变化，判断材料是否还存在修理的价值。世界上的航天部门在对复合材料进行修理的过程中一般都会采用冲击后压缩性能来对复合材料的抗冲击和冲击损伤性能进行表征。并且将这种冲击后压缩性能作为复合材料修理容限的一种测量值，通过这种测量值对于复合材料的修理价值做出具体的评价，但是在这种评估方法的使用过程中，也有研究人员提出不应当将这种方法作为唯一的评价标准，因为损伤阻抗与损伤容限是两个不同的概念，在进行研究的过程中，不应当将这两种概念进行混淆，在这种概念的影响下，作者提出用典型铺层试样在规定的冲击条件下得到的冲击损伤破坏曲线的门槛值作为表征复合材料体系损伤容限的物理量[3]。 二、修复技术 （一）机械连接修理 机械连接修理主要是指在复合材料发生损伤时将补板材料与母体材料利用专用的铆钉或螺栓进行联合，这样的修理方法在复合材料的修理过程中由于成本较低，因此在修理过程中较为常见。但是这种修理技术由于在材料修理过程中所使用的铆钉或螺栓密度较高，在修理处易形成二次损伤，导致材料的整体性能下降。随着中国科技技术的不断发展，在机械连接技术的发展中也在不断融入新型制造技术，使机械连接技术向着高智能化方向进行发展[4]。在进行修理的过程中，为了能够较为清晰的观察到复合材料的修理状况，一般会采用数据模型与实验数据相结合的方式。飞机结构在进行连接的过程中一般都是单搭接，所以在进行修理检测的过程中会采用单相静拉伸的方法。并且在近些年对于修复检测的实验中开始考虑到了螺钉载荷分配问题，因而将智能螺栓测试引用到了机械连接之中。智能螺栓在进行检测的过程中，应用其内变形片的变形量输出所形成的电信号来确定在变形片上所形成的具体载荷。 （二）胶结修复技术 在航天材料的修理过程中，除了机械修理外，胶接修复技术也是较为常见的一种修复技术。这种技术在进行应用的过程中，是通过足量的胶粘剂将复合材料补板与母体进行必要的连接，使复合材料的损伤得到修复。胶接修复技术与机械连接修复技术相比，具有更高的实用价值，胶接技术在使用中所形成的胶接区域受力更加均匀，表面更加光滑，受到二次损伤的可能性较小。在胶接修复技术中较为常见的就是贴补法，贴补法在进行应用的过程中，将补板贴于复合材料的损伤处，通过粘贴剂使得材料之间能够进行充分的联合，使用这种技术进行修复的航天材料，在进行使用的过程中，性能比例能够得到相应提高。但是贴补材料在进行使用的过程中易造成修复表面不平滑现象，因此在进行使用的过程中，一般仅仅是在对气动外形要求不高的结构中进行应用。同时这种贴补技术进行的贴补会因为受到外力的影响，发生贴补脱落的情况，因此在贴补过程中，为了避免这种情况的发生，一般都会采用贴板外张扬的方法。除了贴补法外，挖补法也是一种修复技术，在进行挖补修复的过程中，会将复合材料的损伤处打磨成锥形再将修补材料连接到损伤区域，但是这种修复技术在使用的过程中需要高温作用以满足性能和外部结构的需求[5]。 结语： 冲击损伤下航空复合材料修复技术随着航空事业的发展，被越来越多的国家所重视，在进行修复技术的研究过程中投入了大量的资金和技术资源。我国在航天事业的发展上已经取得了重大的成就，但是对于损伤修复技术额研发中依旧存在众多的不足，因此在航天事业的发展过程中，国家航天部应当加大对修复技术的研究力度。 参考文献 [1]韩志杰,刘振宇.航空复合材料薄壁壳体高速冲击损伤特性仿真研究[J].科技与创新,2018(09):19-21. [2]王长越,邢素丽.冲击损伤下航空复合材料修复技术研究进展[J].玻璃钢/复合材料,2017(12):91-98.
复合材料的最新研究进展
复合材料的最新研究进展 季益萍1, 杨云辉2 1天津工业大学先进纺织复合材料天津市重点实验室 2天津工业大学计算机技术与自动化学院, （300160） thymeping@https://www.wendangku.net/doc/f218239465.html, 摘要：本文主要介绍了当前复合材料的最新发展情况，主要集中在复合材料的增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面。希望能抛砖引玉，激发研究人员更有价值的创意。 关键词：复合材料，最新进展 1. 引言 人类社会正面临着诸多的问题和需求，如矿物能源、资源的枯竭、环境问题、信息技术以及生活质量等，这推动了复合材料的发展，也促进了各种高新技术的发展。但目前人们已不仅仅局限于新材料的创造、发现和应用上，科学研究已进入一个各种材料综合使用的新阶段，即向着按预定的性能或功能设计新材料的方向发展。并且，在复合材料性能取得飞速发展的同时，其应用领域不断拓宽，性能持续优化，加工工艺不断改善，成本不断降低。 复合材料的独特之处在于其可提供单一材料难以拥有的性能，其最大的优势是赋予材料可剪切性，从而优化设计每个特定技术要求的产品，最大限度地保证产品的可靠性、减轻重量和降低成本。近年以来，复合材料在加工领域中取得了一系列重要的进展，由于计算机辅助设计工具的介入和先进加工技术的开发，使复合材料的市场竞争力有了很大的提高，应用领域不断扩大，除用于结构复合材料外，还大量的进入了功能材料市场。我们观察到，复合材料的发展趋势是[1]： （1）进一步提高结构型先进复合材料的性能； （2）深入了解和控制复合材料的界面问题； （3）建立健全复合材料的复合材料力学； （4）复合材料结构设计的智能化； （5）加强功能复合材料的研究。 近年来，复合材料在增强纤维、加工技术、智能材料和非破坏性检测技术等方面研究较多，并且不断有新的市场应用，能够代表复合材料的最新发展方向。 2. 增强纤维环保化[2] 目前，增强纤维的发展趋势主要是强度、模量和断裂伸长的提高。但随着全球环保意识的风行，复合材料产品也逐渐受到环保方面要求的压力，尤其欧洲地区已有相关规定，热固性复材产品由于无法回收再利用而不易销往欧洲。在树脂之外，复材产品中的增强纤维迄今绝大部分都是无法回收再利用的，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶等，全都是如此。 最近有一种新型增强纤维－玄武岩纤维(Basalt Filament)，是由火山岩石所提炼而成的，堪称100% 天然且环保，预期在不久的未来，将会取代相当比例的各种纤维，而加入复合 - 1 -
我国铸造企业的现状与未来发展说课材料
我国铸造企业的现状与未来发展 1。中国铸造业现状 中国是当今世界上最大的铸件生产国家，据资料介绍，我国铸造产品的产值在国民经济中约占1%左右。最近几年，铸件进出口贸易增长较快，铸件的产量已达到9%左右。我国铸造厂点多达2万多个，铸造行业从业人员达120万之多。“长三角”地区的铸件产量占全国的1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽车零部件行业的发展有力地拉动了铸造行业的发展。万丰奥特是亚洲最大的铝合金车轮企业，年产值超过10亿元，出口额达6000美元。昆山富士和机械有限公司生产汽车发动机和制动系统的铸件，年产量达4万t，销售收入5。5亿元。华东泰克西是一个先进的现代化气缸体铸件生产企业，具有年产100万件轿车气缸体铸件能力。山西是铸造资源大省，有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势，具有500个铸造企业，80%为民营企业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达4万t、2万t、12万t。“东三省”有一汽集团、哈飞集团等骨干汽车企业带动了汽车铸件产量的增长。一汽集团铸造公司，已经形成40万t铸件的生产能力。辽宁北方曲轴有限公司，到“十一五”末将形成年产15万台发动机、100万件曲轴、产值20亿的曲轴生产基地。“珠江三角洲”压铸行业发达，有700多个压铸企业，年产量达20万t。东风日产、广州本田、广州丰田和零部件企业有力带动了压铸业的发展，轿车气缸体、气缸盖的压铸件产量逐年增长。 2。国外铸造业现状 近几年来，全球铸造业持续增长，2004年铸件产量比上一年度增长8。4%，中国生产铸件2242万t，全球排名第一，比上一年增长23。6%。全球十大铸件生产国的产量与增长率见表1。从表1可见，2004年中国的铸件产量约占全球铸件产量的1/4。巴西铸件产量增长最快，达到25。8%。增长率超过2位数的国家有巴西、中国、墨西哥、印度，都是发展中国家。而发达国家的铸件增长率普遍较低。美国铸件产量自2000年以来，已经退居到第2位。2004年美国铸件总产量为1231万t，其中灰铁件占35%、球铁件占33%、铸钢件占8。4%、铝合金件占16%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。2003年进口铸件占总需求的15%，进口铸件的价格比美国国内低20%～50%。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因，美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭，逐步将铸件的生产转向中国、印度、墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业不景气，其从业人员在减少。2004年日本铸件总产量为639万t，其中灰铁件占42%、球铁件占30%、铸钢件占4%、铝合金件占21%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作其真空压铸的铸件中硅耐热球铁等材料。高减振铸铁材料、开发了球型低膨胀铸造砂、了大量工作，能焊接和热处理，半固态铸造生产用于汽车铝轮毂，提高了强度和伸长率。镁合金压铸进一步发展，并取代重力铸造，其性能提高，成本降低。 3。汽车铸造技术的发展方向 汽车技术正向轻量化、数值化、环保化方面发展。据有关资料报道，汽车自重每减少10%，油耗可减少5。5%，燃料经济性可提高3%-5%，同时降低排放10%左右。铸件轻量化主要有两个途径。一是采用铝、镁等非铁合金铸件，美国2003年统计有2/3的铝铸件用于汽车上，每车达到107kg。二是减小铸件壁厚、设计
国内外铸造新技术发展现状及趋势
国内外铸造新技术发展现状及趋势 2008-7-14 面对全球信息、技术空前高速发展，机械制造业尤其是装备制造业的现代化水平高速提升，中国（这里只讲大陆的情况，不包括台湾和港澳地区）铸造业当清醒认识自己的历史重任和与发达国家的现实差距，大胆利用人类文明的最新成果，认清“只有实现高新技术化才能跟上时代步伐”的道理，机智地把握现代铸造技术的发展趋势，理智地采用先进适用技术，明智地实施可持续发展战略，立足现实又高瞻远瞩，以振兴和发展中国铸造业的累累硕果来奠定中国现代工业文明进程的坚实基础。 1.发达国家铸造技术发展现状 发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染少、原辅材料已形成商品化系列化供应，如在欧洲已建立跨国服务系统。生产普遍实现机械化、自动化、智能化（计算机控制、机器人操作）。 铸铁熔炼使用大型、高效、除尘、微机测控、外热送风无炉衬水冷连续作业冲天炉，普遍使用铸造焦，冲天炉或电炉与冲天炉双联熔炼，采用氮气连续脱硫或摇包脱硫使铁液中硫含量达0.01%以下；熔炼合金钢精炼多用AOD、VOD等设备，使钢液中H、O、N达到几个或几十个10-6的水平。 在重要铸件生产中，对材质要求高，如球墨铸铁要求P≯0.04%、S≯0.02%，铸钢要求P、S均≯0.025%，采用热分析技术及时准确控制C、Si 含量，用直读光谱仪2~3分钟分析出十几个元素含量且精度高，C、S分析与调控可使超低碳不锈钢的C、S含量得以准确控制，采用先进的无损检测技术有效控制铸件质量。 普遍采用液态金属过滤技术，过滤器可适应高温诸如钴基、镍基合金及不锈钢液的过滤。过滤后的钢铸件射线探伤A级合格率提高13个百分点，铝镁合金经过滤，抗拉强度提高50%、伸长率提高100%以上。 广泛应用合金包芯线处理技术，使球铁、蠕铁和孕育铸铁工艺稳定、合金元素收得率高、处理过程无污染，实现了微机自动化控制。 铝基复合材料以其优越性能被广泛重视并日益转向工业规模应用，如汽车驱动杆、缸体、缸套、活塞、连杆等各种重要部件都可用铝基复合材料制作，并已在高级赛车上应用；在汽车向轻量化发展的进程中，用镁合金材料制作各种重要汽车部件的量已仅次于铝合金。 采用热风冲天炉、两排大间距冲天炉和富氧送风，电炉采用炉料预热、降低熔化温度、提高炉子运转率、减少炉盖开启时间，加强保温和实行微机控制优化熔炼工艺。在球墨铸铁件生产中广泛采用小冒口和无冒口铸造。铸钢件采用保温冒口、保温补贴，工艺出品率由60%提高到80%。考虑人工成本高和生产条件差等因素而大量使用机器人。由于环保法制严格（电炉排尘有9国规定100-250mg/m3、冲天炉排尘，11国规定100-1000mg/m3，或0.25-1.5kg/t铁液；砂处理排尘，8国规定100-250mg/m3。），铸造厂都重视环保技术。 在大批量中小铸件的生产中，大多采用微机控制的高密度静压、射压或气冲造型机械化、自动化高效流水线湿型砂造型工艺。
复合材料损伤及其修复技术研究
复合材料损伤及其修复技术研究 【摘要】：复合材料是一种新材料，因为其许多特有的优点已经在航空航天、建筑桥梁等领域得到广泛应用，复合材料的损伤修复也逐渐成为研究项目中的热点。其中光修复技术是用得较多的一种，本研究以较常用的复合材料为试件，在简要介绍复合材料的基础上对光修复技术做了详细介绍，期望能为进一步研究复合材料的光修复技术奠定基础。 【关键词】：复合材料；损伤；光修复 引言 复合材料无论是力学性能、损伤情况、失效方面都要比单一材料复杂很多。由于其基体的强度要比增强纤维的强度低很多，导致它抗冲击的性能较差，横向强度以及层间的剪切强度也比较低，当受到局部的冲击时，复合材料普遍会出现纤维断裂、凹痕、剥层、基体破裂等一些损伤现象。而且一旦发生损伤，损伤的区域会在周期性的应力作用下逐渐扩大，进一步影响到复合材料的继续使用。从上个世纪的80年代初，国外已经着手研究和解决复合材料的修复问题，先后投入了大量的人力、物力和资金。到目前为止，美国和欧洲的一些大公司对关于飞机复合材料损伤修理问题开展了较为广泛的研究，并且己经取得一定的成果，但仍然在不断的发展中。早在上个世纪80年代中期，欧美的许多大公司就在飞机的设计文件以及使用手册里面详细规定了复合材料的修复方法，比如美国波音公司的A320维护手册和F-16修理手册。近年来，国内航空航天系统的相关部门对这个问题的紧迫性和重要性已经有所认识，在复合材料的修复问题上也作了许多工作并取得了一些进展，相继成立了空中客车亚洲复合材料结构维修和中国东方航空公司空中客车复合材料结构修理专家系统等致力于研究复合材料修复的机构。但从总体上来看，重视程度依然不够、投资也不足，所以基本上没解决什么问题。对许多缺陷和损伤没有制定明确的修理方法，修理材料、工艺设备等也不够完善。因此，我们通过研究制定关于复合材料的修复手册，更加高效地解决有关复合材料修复的问题，使复合材料能够得到更加广泛的应用。 1.复合材料的性能与特点 复合材料具有很多良好的性能，复合材料代替铝合金结构，可大大降低飞行
(完整word版)飞机夹层结构复合材料零部件的损伤形式及修理方法
常见飞机蜂窝板损伤形式及修理方法 航空器复合材料中的蜂窝板是由薄而强的两层面板中间胶接蜂窝材料而成的一种新型复合材料，也称蜂窝层合结构(见图1)。其面板选材有金属板、玻璃纤维、石英纤维、碳纤维等；夹心材料主要有芳纶、玻璃纤维、铝合金及发泡型结构。蜂窝可制成不同的形状。飞机上的蜂窝结构是由耐腐蚀夹心、面板、衬垫、隔板（假梁）、边肋等零件胶合而成。面板与夹芯之间用胶膜胶接，蜂窝夹芯用芯子胶和耐腐蚀胶根据实际需要形状施加真空压力后加温胶接成型。 图1 蜂窝夹心板结构 一、航空复合材料蜂窝结构损伤种类 根据航空复合材料蜂窝结构部件在使用过程中可能出现损伤的情况，我们可以大致将胶接蜂窝结构部件的损伤分以下5类： 1、表面损伤 图2 典型表面凹坑 此类损伤一般通过目视检查发现，包括表面擦伤、划伤、局部轻微腐蚀、表面蒙皮裂纹、表面小凹坑和局部轻微压陷等。这类损伤一般对结构强度不产生明显的削弱。 2、脱胶及分层损伤
该损伤是指纤维层与层之间或面板与夹芯之间的树脂失效缺陷，主要通过敲击检查、超声波检测等手段发现。此类损伤一般不引起结构外观变化，大多是在生产过程中造成的初始缺陷，并在反复使用过程中缺陷不断扩展而导致的。脱胶或分层面积过大会引起整体复合材料强度的削弱，应及时予以修补。 3、单侧面板损伤 这类损伤包括单侧面板局部压陷、破裂或穿孔，一般通过目视检查即可发现。该类型损伤能使一侧面板和蜂窝夹芯都受到损伤（表面塌陷），对气动性能和结构强度影响较大。一旦发现该类损伤必须经过修理和检验确认后方能能重新使用。 4、穿透损伤 该类型损伤是指蜂窝部件出现穿透性损伤、严重压陷和较大范围的残缺损伤等。此类损伤对结构性能和强度有严重的影响，根据受损情况立即予以修理或按需更换新件。 5、内部积水 该损伤原因主要由于蜂窝结构边缘或蜂窝材料对接边缘密封不严或密封失效，在长期使用过程中由于雨水渗透、油液浸泡以及水汽冷凝而造成蜂窝夹芯出现积水。虽然一般情况蜂窝内部积水不会造成严重影响；但在冬季日夜气温变化较大的情况下，由于积液结冰膨胀将会会造成复合材料部件内部树脂基体脱胶；同时在积液的长期浸泡下也会使复合材料的树脂基体的胶接强度大幅降低而降低部件的整体性能；特别是各类复合材料制备的舵面、襟翼、翼身整流罩及发动机部件等，均应及时检查其内部蜂窝结构的积水情况并作出相应修理措施。目前该类损伤主要通过红外热成像、X-射线检测仪等手段进行检测。 二、蜂窝结构的检查方式 1、目视检查 目视检查法是使用最广泛、最直接的无损检测方法。主要借助放大镜和内窥镜观测结构表面和内部可达区域的表面，观察明显的结构变形、变色、断裂、螺钉松动等结构异常。它可以检查表面划伤、裂纹、起泡、起皱、凹痕等缺陷；尤其对透光的玻璃钢产品，可用透射光检查出内部的某些缺陷和定位，如夹杂、气泡、搭接的部位和宽度、蜂窝芯的位置和状态、镶嵌件的位置等。 2、手锤敲击法 用于单层蒙皮蜂窝结构。用手锤敲击蜂窝结构的蒙皮，根据不同的声响来判断蜂窝结构是否脱胶。敲击时，注意锤头与蒙皮垂直，力度适当，以能判断故障不损坏蒙皮表面为宜。为使判断准确，可先在试件上试验。敲击回声清脆是良好，沉闷是脱粘。 3、外场在位检测的便携式相控阵超声波C扫描检测系统
铸造技术的现状发展与对策
铸造技术的现状发展与对策 铸造是金属成形的一种最主要方法，它是热加工的基础。铸造的历史与华夏文明的历史一样悠久，我们的祖先在4000多年前就铸造出了“三星堆”那样精美的青铜器，其技术水平令人叹为观止，然而到了现代，作为全球铸件产量第一大国，中国的铸造水平却落后于发达国家。 一、我国铸造业的概况 我国铸件产量从2000年起超越美国已连续6年位居世界第一，其中2004年为2242万吨，2005年估计为2600万吨，铸件年产值超过2500亿元，铸件产量占世界总产量的1/4之多，已成为世界铸造生产基地。根据全球主要铸件生产国2004年的产量统计可以看出，十大铸件生产国可分为两类。一类是发展中国家，虽然产量大，但铸件附加值低，小企业多，从业人员队伍庞大，黑色金属比重大。另一类是发达国家，如日本、美国及欧洲等，他们采用高新技术主要生产高附加值铸件。 发达国家总体上铸造技术先进、产品质量好、生产效率高、环境污染小、原辅材料已形成系列化。欧洲已建立跨国服务系统，生产实现机械化、自动化、智能化。生产过程从严执行技术标准，铸件废品率约为2%—5%。重视用信息化提升铸造工艺设计水平，普遍应用软件进行充型凝固过程模拟和工艺优化设计。 从批量和劳动生产率看，欧、美、日的优势很大，日本的劳动生产率是人均年产铸件140吨，我国估计约为20吨，相差7倍。我国人工成本低于1美元/小时，与发达国家相差几十倍，因而出口铸件具有优势。但近年来材料价格猛涨，使我国出口铸件在材料成本方面的优势消失殆尽。在产品质量和档次方面，我们远落后于发达国家。近年我国铸件出口虽有所增长，但出口只占我国总产量的97%，占世界铸件市场流通量不到8%，总体增速缓慢，表现为质量较差、价格低。长期以来，出口的铸件以中低档产品为主，各类管件、散热器、厨具及浴具占到36%。一些出口铸件虽可达到国际标准，但要达到欧美客户标准还有距离。 在国内，铸造业是关系国计民生的重要行业，是汽车、石化、钢铁、电力、造船、纺织、装备制造等支柱产业的基础，是制造业的重要组成部份。在机械装备中，铸件占整机重量的比例很高，内燃机占80%、拖拉机占50%—80%、液压件、泵类机械占50%—60%。汽车中的关键部件几乎全部铸造而成；冶金、矿山、电站等重大设备都依赖于大型铸锻件，铸件的质量直接影响着整机的质量和性能。 我国铸造生产企业主要分布在东部，西部产量较少。目前全国铸造企业约有24000家、从业人员约120多万。从产业结构看，既有从属于主机生产厂的铸造分厂或车间，也有专业铸造厂，还有大量的乡镇铸造厂。就规模和水平而言，既有工艺先进、机械化程度高、年产数万吨铸件的大型铸造厂，如重型行业、汽车行业、航空工业的一些先进的铸造厂；也有工艺落后、设备简陋、手工操作，年产铸件百余吨的小型铸造厂。 二、我国铸造业存在的问题
Ti基复合材料及其制备技术研究进展评述
先进材料制备科学与技术课题报告 ——Ti基复合材料及其制备技术研究进展报告 学院：材料科学与工程学院 学号：SY1401210 姓名：刘正武 2014年12月24日
摘要 钛基复合材料(TMCS)以其高的比强度、比刚度和良好的抗高温、耐腐蚀性能,在航空航天、汽车等领域有着广阔的应用前景,引起了材料研究者的广泛兴趣。国外对钛基复合材料的研究已有近40年的历史,发展相当迅速,开发出来的原位合成工艺、纤维涂层等制备技术已经成功用于制备高性能钦基复合材料。国内TMCS研究起步较晚,虽取得了一定成绩,但与国外相 比还有一定差距。 本文主要从钛基复合材料的研究背景，强化原理，以及存在的主要问题方面做了总结，并对国内外的研究现状作了简要评述。钛合金本身具有较高的室温和高温比强度、低密度、高弹性模量。加入增强相，又进一步提高比弹性模量、比强度和抗蠕变能力。颗粒增强钛基复合材料(PTMCS)与纤维增强钛基复合材料(FTMCS)相比，具有制备工艺较简单，成本较低，无各向异性，可得到近净型零件等优点，是很有前途的复合材料。自生钛基复合材料基体将由纯钛基体向Ti6Al转化，并加入其它的合金元素，会得到实际应用。 关键词：钛基复合材料；性能；制备；研究进展
目录 第1章前言 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 1.1研究背景及原理-------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 1.2 主要问题 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 第2章国内外研究进展及评述 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.1 Ti基复合材料增强体的种类---------------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.2陶瓷颗粒增强钛基复合材料 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 7 2.2 自生钛基复合材料--------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11 第3章结论 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 13 参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14
复合材料修复资料
玻璃纤维材料的修复 -----------------------------------------------------------------------------------------其他行业的玻璃纤维修复 1.汽车保险杠是玻璃钢的，损坏了只能用玻璃纤维和树脂来修补，首先你需要买树脂和玻璃纤维毡，这些卖玻璃钢产品的门市都有的，树脂论公斤卖的，叫他们给你配好了，因为其实它有三种材料：树脂、催干剂和固化剂，问清楚怎么用？因为都是化学材料，三者放在一起会起化学反应，放热的，量大的话还会爆炸的，所以要注意安全，不要被烫到了，不要被溅到眼睛里；玻璃纤维布注意最好买毡，因为毡是丝状的，可以一根根抽出来，便于修复修平汽车保险杠表面。两者都买好了，开始修理了：拿个容器另外装树脂，少装些，别一次倒完了，然后再放几滴固化剂，注意搅拌均匀，固化剂可以少放，因为他起固化作用，少放固化慢一些就是了，放多了几分钟就完全固化了，你还没来的及修补呢！用个毛刷刷到到损坏的地方，然后贴些玻璃纤维毡，再刷些树脂上去，刷一次贴一次就可以了！干了以后打磨表面，最后喷漆就可以了！做玻璃这行看起来简单，其实也是技术活，要熟练才刷的平，没有空隙才行！液体是不饱和聚酯树脂【型号一般时191和196】但是要加固化剂和促进剂【俗称红水和白水】比例根据温度而不同，调和后要在规定时间内糊完，否则就会固化 2.买玻璃丝布，环氧树脂，固化剂和柔软剂，先把破口处理一下，再刷环氧树脂混合液，后铺玻璃丝布，这样做三脂两布，固化后，打磨平整。 玻璃钢（FRP）亦称作GFRP，即纤维强化塑料，一般指用玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂基体。以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢，注意与钢化玻璃区别开来。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。质轻而硬，不导电，性能稳定.机械强度高，回收利用少，耐腐蚀。可以代替钢材制造机器零件和汽车、船舶外壳等。 3.树脂和纤维都是玻璃钢的原材料，在混合固化剂和促进剂、在一定温度作用下，粘有树脂的玻璃纤维，因树脂的固化而被粘合在一起，就形成了玻璃钢材质。玻璃钢具有高强、轻质、耐腐蚀的特点，属于复合材料，也就是集合了多种材料的优点而制作出的一种材料。玻璃钢有狭义范畴和广义范畴的说法，狭义就是指玻璃纤维和树脂制作而成的，而广义的玻璃钢，还包括树脂和其它纤维制作成的复合材料，比如碳纤维玻璃钢（比如多数钓鱼竿）、涤纶纤维玻璃钢等等。 4.玻璃钢开裂怎么办 沿着裂缝周围用粗砂纸磨成粗糙，后用树脂和玻璃钢纤维补上 那如果非要修的话，也不是没有办法。树脂选用好点的，一般的也行，还有促进剂、固化剂、优质玻璃纤维布。粉子就不要放了。现在是秋季，温度低，所以固化剂要比夏天时多放，至于精确的比例，我随便估摸一下应该是：固化剂、促进剂、树脂；1：1.5：8 配合玻璃纤维缠在管道上，要让配好的玻璃钢迅速的涂在玻璃纤维布上，要让玻璃钢把玻璃纤维布充分浸透，等待玻璃钢充分固化后，再反复做上几层。就会结实了 航空复合材料结构修理方法 --------------------------------------------------------------------------------------适用于整流罩和玻璃纤维蒙皮1. 1复合材料的缺陷/ 损伤与修理容限
复合材料胶接修补技术的实验研究_徐建新
第17卷 第2期1998 年 3 月 机械科学与技术 M ECHAN I CAL SCIEN CE AN D T ECHN O LO GY V o l.17 N o.2M ar 1998 徐建新 复合材料胶接修补技术的实验研究 徐建新 乔 新 (西北工业大学 西安 710072)(南京航空航天大学 南京 210016) 曹正华 刘善国 (北京航空工艺研究所 北京 100024) 摘 要 通过静强度和疲劳寿命对比试验,证实了在含裂纹的铝合金的裂纹部位,胶接 碳/环氧复合材料补片的修理方法的可行性和有效性。实验结果表明,裂纹板经胶接 修补后,其静强度和疲劳寿命均有显著的提高,这为实际结构的胶接修补工作积累了可靠的实验数据。 关键词 复合材料补片 对比试验 疲劳寿命 静强度中图号 T B323 引 言 采用先进的复合材料补片对损伤的金属结构进行胶接修理,是一种全新的结构修理技术,与传统的机械修理方法相比,具有结构增重小、抗疲劳性能和耐腐蚀性能好、修理时间、成本低等优点,是一种优质、高效、低成本的结构修理方法,目前已被一些先进国家所采用[1～4]。国内在这方面的研究工作起步较晚,仅进行过一些基础性的理论研究工作,缺乏必要的实验数据,极大地阻碍了该项先进技术在我国航空修理领域的推广使用。 本文在复合材料胶接修补理论分析的基础上[5],用含裂纹的铝合金板模拟损伤的金属飞机结构,并用碳/环氧单向复向材料层合板对损伤部位进行局部胶接修补。通过静强度和疲劳寿命对比试验,全面考察了裂纹板胶接修补前后的静强度、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率以及临界裂纹长度的改变情况,从而为实际结构的胶接修补工作提供了可靠的实验数据。1 试验概况 裂纹板由飞机上常用的L Y12CZ 铝合金材料制成,厚为3mm ,并加工成300m m ×66mm 的长方形(如图1所示 )。板中心用 1钻头钻一圆孔,并用钨丝切割出一条长为16mm ,宽为0.17mm 的缺口(即为人工预制裂纹)。板两端 图1 裂纹板试件 *收稿日期:19970606 分别钻有3个Υ8的圆孔,用以安装夹具。 复合材料补片采用T300/QY8911碳/环氧层 合板,根据理论分析结果[5] ,确定补片的形状和尺寸如图2所示。为了最大限度地发挥补片的修补效果,层合板的纤维方向平行于载荷方向,即均为0°方向铺层。 裂纹板的修补效果随着补片厚度的增加而增加,但当补片厚度较大时,补片胶接端头内胶层的剪切应力也较大,容易发生剪切破坏,从而降低补片的修补效果。因此,经综合考虑,补片由四层单向层合板组成,总厚度为0.5m m 。 图2 碳/环氧补片 为了保证胶接修补结构具有较高的剪切强度和良好的抗疲劳性能,胶粘剂采用J-47-A 胶膜,其厚度为0.2mm ,它是一种中温固化的环氧树脂-丁腈橡胶体系结构胶粘剂,在我国的航空工 业中被普遍采用,具有很好的应用基础。该种胶粘剂适合于金属和非金属之间的粘接,而且胶的成分和厚度易于控制,性能稳定,工艺操作简单。 对裂纹板和复合材料补片的胶接部位进行表面处理后(用砂纸打磨掉表面杂质,再用丙酮溶液清洗),把补片胶接到试件的裂纹部位,放入烘箱内加温固化(130℃,3小时)。经无损探伤,证实试件胶接质量较好。 2 试验结果及分析2.1 静强度对比试验 DOI:10.13433/https://www.wendangku.net/doc/f218239465.html, k i .1003-8728.1998.02.046
碳纤维复合材料连接技术研究
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/f218239465.html, 碳纤维复合材料连接技术研究 作者：荆楠 来源：《科技风》2019年第04期 摘要：介绍了胶接、机械连接及混合连接等碳纤维复合材料的常用连接方法及优缺点，总结了碳纤维复合材料的连接形式、接头强度的影响因素和接头的选用原则，并对国内外碳纤维复合材料连接的研究进展进行了简要介绍，最后展望了碳纤维复合材料连接的研究前景。 关键词：碳纤维复合材料；胶结；机械连接；混合连接 中图分类号： TP311文献标识码：A The research of joint techniques for carbon fiber composite materials Jing nan Tianjin sino-German University of Applied SciencesTianjin300300 Abstract：The joint techniques of carbon fiber composite materials is introduced， which includes the adhesive join，mechanical joint and hybrid joint.The advantages and disadvantages of these joints are also explained in this study. This summarizes the connect mode，influence factors for joint strength and selection principle. The developments of carbon composites joning techniques are introduced . Finally， the development trend of carbon fiber composite joint techniques joint techniques is summarized. Key words：carbon fiber composite materials； adhesive join； mechanical joint ；hybrid joint 碳纤维复合材料具有质量轻、强度高、抗疲劳性能好、耐腐蚀等优点，其在航空器上的应用可以有效降低结构重量、提高航空器性能、降低运营成本。碳纤维复合材料在飞机上的使用比例和应用部位，已经成为衡量飞机是否先进的重要指标。[1] 在碳纤维复合材料的大量使用中，势必会需要和其他材料进行连接，例如复材和复材、复材和金属等。因此对碳纤维复合材料连接技术进行研究，对于飞机结构的设计及维修都具有十分重要的意义。 1 碳纤维复合材料的常用连接方法 复合材料零部件之间以及复合材料和金属零部件之间通常用三种连接方式：胶接、机械连接、混合连接等。[2]简介如下：