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  • 主管:中国航天科技集团有限公司
  • 主办:航天材料及工艺研究所
  • 主 编: 周延春
  • 编辑部主任:李洪泉
  • 编辑出版:《宇航材料工艺》编辑部
  • 地址: 北京9200信箱73分箱
  • 邮编:100076
  • 传真:010-68383237
  • 电话:010-68383269
  • 发行范围:公开
  • 定价:20.00元/期
  • 国外发行定价:20.00美元/期
  • 国际刊号:1007-2330
  • 国内刊号:11-1824/V

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  • YHCLGY
  • 2019年 第49卷 第5期
  • 出刊日期:2019-10-30

创刊于1971年,是经国家科委和国家新闻出版署批准出版的国家级科技期刊,中国科技论文统计源期刊,中国中文核心期刊,国内外公开发行。本刊由航天科技委员会材料工艺专业组、中国宇航学会材料工艺专业委员会、航天材料及其应用专业信息网和航天材料及工艺研究所共同主办,在航天系统和国防科技期刊评比中多次获优秀期刊奖。

详细信息

2019年第49卷第5期

(下载当期目录)

    综述
  • SiO2气凝胶骨架增强改性研究进展
    李承东,陈照峰,姚伯龙,程琳,樊世璞
    分析SiO2气凝胶骨架增强改性的特点,阐述了共前驱体、化学添加剂、老化、表面改性和热处理工艺在SiO2气凝胶骨架增强方面的国内外研究动态和未来发展趋势,以期为设计并优化SiO2气凝胶的微结构及性能提供理论依据和方法。
    2019  .  49(5):    1-5    [摘要](177)    [PDF](175)
  • 非热压罐预浸料成型技术研究进展
    凌辉,周宇,尚呈元,张东霞,蒋文革
    非热压罐成型(out of autoclave process,OoA)技术是实现结构复合材料低成本制造的有效途径,是当前复合材料研究领域的热点之一。本文介绍了OoA成型复合材料国内外的研究前沿以及在航空航天领域的应用现状,从材料体系和成型工艺两大方面总结了OoA成型过程中的缺陷控制方法。在OoA预浸料成型技术中,可通过尽量减少树脂体系中挥发物含量、精细调控树脂体系反应和流变特性、控制预浸料中纤维和树脂的浸润程度、优化成型工艺等手段有效降低复合材料的孔隙率等缺陷。
    2019  .  49(5):    6-11    [摘要](159)    [PDF](178)
  • 计算材料学
  • 电弧风洞加热条件下聚四氟乙烯烧蚀热响应特性
    郝金波,那伟,陈政伟
    高温加热条件下,由于聚四氟乙烯的热解,对烧蚀温度场计算结果有较大影响,为了提高聚四氟乙烯烧蚀温度场计算精度,建立了聚四氟乙烯烧蚀温度场计算方法,对电弧风洞加热条件下聚四氟乙烯表面烧蚀热响应特性进行了验证研究。理论计算和试验测量结果对比表明:230~323 ℃升温区间内,随时间增长,温度逐渐升高,理论计算与试验测量结果变化趋势一致;323~680 ℃升温区间内,随时间增长,试验测量温度逐渐升高,理论计算温度为定值,理论计算与试验测量结果存在一定偏差;680~390 ℃降温区间内,随时间增长,温度降低,理论计算高于试验测量值,这与理论计算烧蚀量存在偏差有关。采用聚四氟乙烯材料烧蚀温度场计算方法,可以有效模拟高温加热条件下聚四氟乙烯热响应特性,从而为产品设计提供参考。
    2019  .  49(5):    12-15    [摘要](127)    [PDF](112)
  • 基于遗传优化算法的微通道紫铜热交换器扩散连接工艺
    叶建华,陈明和,谢兰生,苏楠,罗峰
    基于遗传优化算法,进行了T2紫铜同种材料扩散连接工艺研究。采用正交试验方法,结合BP神经网络和多目标遗传算法,以扩散连接时的温度、压力、保温时间为输入变量,以扩散连接后的试样焊合率和变形量为输出变量,对扩散连接工艺参数进行优化,并实施相应的扩散连接验证试验。结果表明:T2紫铜合适的扩散连接工艺参数为:温度780 ℃、压力7.5 MPa、保温时间120 min,此条件下焊合率可达95.26%,变形量为0.166 mm。采用此工艺参数进行微通道热交换器零件制造,厚度方向变形量0.162 mm,经超声C扫描后连接情况良好,经耐压防漏检测后满足密封性及设计要求。
    2019  .  49(5):    16-21    [摘要](120)    [PDF](96)
  • 基于零厚度内聚力单元单向碳纤维增强树脂基复合材料微观切削机理研究
    刘枭鹏,李鹏南,李树健,牛秋林,邱新义
    为探究碳纤维复合材料(CFRP)微观切削机理,通过有限元法,采用零厚度内聚力单元模拟界面相,碳纤维建模呈圆柱状并随机分布于基体中,以此来真实反应CFRP的微观结构。通过对各组成相设置不同的材料本构、材料失效和演化准则,对4种典型角度(0°、45°、90°、135°)进行直角切削仿真,探究不同纤维角度下单向碳纤维增强树脂基复合材料(UD-CFRP)在切削过程中的微观切削机理。结果表明:不同纤维角度下CFRP的微观破坏形式不同,切削0° CFRP时破坏主要以界面开裂和纤维折断为主,切削45°和90° CFRP时主要是刀具的侵入破坏,切削135° CFRP时则发生纤维的断裂和沿纤维方向的裂纹,纤维断裂点在刀刃下方。最后,通过实验验证了微观模型的准确性。
    2019  .  49(5):    22-26    [摘要](148)    [PDF](120)
  • 高速切削GH4169高温合金时的残留变形及切削力仿真
    卜居安,黄树涛,于晓琳,许立福
    应用ABAQUS有限元分析软件建立了高速切削镍基高温合金GH4169的二维切削仿真模型,对切削过程进行了模拟,获得了切削过程中的应力变化及分布情况、切削速度和切削深度对切出端应力分布、残留变形及切削力的影响。研究结果表明:在切削过程不同的切削阶段中第一变形区的最大等效应力大小总体变化不大;切削速度对工件切出端应力分布的影响不大,切削深度增大使得较大应力分布面积明显增大;刀具切出工件后在工件切出端处会形成塑性延伸变形,塑性延伸长度在切削速度较低时较大,而在切削速度较大时较小且变化不大,塑性延伸长度随着切削深度的增加而增加;切削分力Fx随切削速度和深度的增大而增大,Fy随切削深度的增加而有所增大,但切削速度对Fy的影响较小。切削深度对Fx的影响较切削速度更大。
    2019  .  49(5):    27-34    [摘要](126)    [PDF](109)
  • 新材料新工艺
  • 隔热瓦/SiO2气凝胶复合材料的制备与性能
    吴文军,肖鹏,曾凡,高志勇,李俊宁
    以莫来石纤维和玄武岩纤维为主要成分,以硅溶胶为黏接剂制备的隔热瓦作为增强体,真空浸渍SiO2溶胶后经过凝胶、老化和超临界干燥工艺制备隔热瓦/SiO2气凝胶复合材料,并对材料的微观结构、热稳定性和隔热性能进行了表征。结果表明:由于玄武岩纤维具有更细的直径和含有一定量的红外辐射抑制成分,随着隔热瓦中玄武岩纤维质量分数的增加,复合材料的室温热导率从63 mW/(m·K)降至47 mW/(m·K),在热面600 ℃持续15 min条件下的背面温度从200 ℃降至117 ℃,有效地提高了复合材料的隔热性能;但因玄武岩纤维的使用温度显著低于莫来石纤维,复合材料的高温线收缩率增大,热稳定性有所下降。
    2019  .  49(5):    35-38    [摘要](146)    [PDF](155)
  • 碳/石英防热复合材料烧蚀性能
    赵小程,杨凯威
    为研究碳/石英防热复合材料的烧蚀性能,采用电弧加热器和碳/石英平头驻点模型,在不同驻点压力、不同热流密度q和不同焓值的多组合条件下进行了烧蚀试验。针对试验所得数据,利用多元回归分析方法,建立了质量烧蚀率与热流密度、驻点压力、焓值3个参数之间的数学模型,并对模型的合理性进行了检验。结果表明,所建立的3个参数数学模型对试验数据的拟合程度很好,热流密度与质量烧蚀率最为相关;与单参数、2个参数的数学模型相比,3个参数的数学模型对实验数据的拟合效果更好,能很好地反映碳/石英防热复合材料的烧蚀性能。
    2019  .  49(5):    39-42    [摘要](124)    [PDF](121)
  • 不同黏度树脂基复合材料软模成型设计与缺陷控制
    郭鸿俊,高杨,辛红,高小方,李桂洋
    根据碳纤维表面形貌与两种环氧树脂黏度特性,确定复合材料合适的固化压力。针对两种环氧树脂的黏度差异,比较膨胀压力设计及固化工艺优化方法。结果表明:高黏度环氧树脂体系的软模膨胀成型工艺适应性更好,固化周期缩短13.6%,凝胶压力设计温度(135±5) ℃能够保证产品内部质量,固化温度(170±5) ℃降低产品变形风险,支撑梁构件缺陷比例<0.5%,满足航天结构复合材料质量控制新常态的要求。
    2019  .  49(5):    43-47    [摘要](119)    [PDF](101)
  • 纤维织物增强三元乙丙橡胶绝热材料的制备及性能
    刘永兴,赵元,张维海,刘伟,吴战鹏
    为了改善传统短切纤维增强复合绝热材料横向性能较差、层间剪切强度较低、耐冲击性能不足的问题,制备了几种纤维织物增强三元乙丙橡胶(EPDM)复合绝热材料。研究了不同纤维表面改性方法对聚酰亚胺(PI)、芳纶(F-12)和碳纤维(CF)三种纤维织物与EPDM之间的界面粘接性能。将优选的纤维处理方法对三种纤维布进行表面改性处理,制备了纤维织物增强的EPDM复合材料。测试了其力学性能以及耐烧蚀性能。结果表明:三种绝热材料的拉伸强度均在30 MPa以上,耐烧蚀性能优异。在三种织物特定的编织结构条件下,PI/EPDM的线烧蚀率较小,碳层保留最为完整,综合性能最为优异,有望在高性能固体火箭发动机中获得应用。
    2019  .  49(5):    48-52    [摘要](117)    [PDF](108)
  • 卫星结构板涂装无机热控涂层工艺
    周华珍,吴琼,高国立,董理,白晶莹
    对卫星结构板涂装无机白漆热控涂层工艺进行研究,考察了涂装前打磨工艺对结构板强度、涂层结合力的影响,并研究了较低温烘烤固化对涂装后无机白漆涂层外观、厚度、热辐射性能等的影响。结果表明:采用80#砂纸纵横交错打磨2~3遍能够满足无机涂层在结构板表面的附着力,且对0.3 mm厚蒙皮结构板强度无影响,强度指标仍满足薄壁蜂窝夹层强度的要求。采用85 ℃/12 h的较低温烘烤工艺能够满足涂层外观、厚度、热辐射性能等各项指标要求。
    2019  .  49(5):    53-57    [摘要](142)    [PDF](128)
  • 航天器用钛合金表面镀覆技术
    陈学成,程德,佟晓波,徐俊杰,白晶莹
    介绍了改进的钛合金镀覆前处理工艺,采用二次酸性浸锌的方法对钛合金进行活化,克服了钛合金表面易氧化造成的镀覆层结合不良的问题,并对比了不同磷含量对化学镀镍层结合性能的影响,在TC4及TA1钛合金表面制备得到了结合强度高的化学镀镍、镀金、镀银层。通过热震和划格法测试钛合金表面镀覆层与基体的结合强度;利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、3D显微镜、金相显微镜等方法对镀层微观形貌和组成进行测试;并测试了镀层的电化学性能、镀银层的导电性以及镀金层的热辐射性能。实验结果表明:采用酸性浸锌溶液对钛合金进行活化,并以中磷镍作为底镀层,能够显著提高钛合金表面镀覆层的结合强度。化学镀镍层的腐蚀电位相对于钛合金基体提高了60 mV,镀金层的腐蚀电位则提高了600 mV。镀层的导电性、热控性能等都较基体钛合金有明显的提高。
    2019  .  49(5):    58-62    [摘要](107)    [PDF](121)
  • 高精度反射器蜂窝拼接工艺
    邱保强,刘图远,张娟娟,魏海旭,王伟
    为解决反射器型面精度低的问题,通过对反射器的蜂窝拼接工艺特性进行理论分析,得到最优的拼接工艺,并采用该工艺进行试验验证。结果表明:正六边形蜂窝芯子拼接次数一般为3次或6次时,利于拼接后蜂窝结构对称,格型规整,降低面内刚度分布不均性,提高反射器型面精度;J-310A胶膜可作为高精度反射器的蜂窝拼接胶黏剂的首选,因其方便施工,固化后厚度尺寸小,大大降低不同材料的膨胀不匹配和刚度突变的影响,利于提高反射器型面精度;固定夹预加压后再与反射器共固化可以作为目前最优拼接工艺方法,此方法操作简便、成本较低;采用改进后的蜂窝拼接工艺制备的口径1.8 m反射器,其型面精度RMS=53 μm,相比传统的工艺提高了25 μm,且能满足设计要求。实验结果显示蜂窝合理的拼接方法可以有效避免泡沫胶与蜂窝的膨胀不匹配的影响,减少拼接处胶黏剂与蜂窝刚度突变的影响,提高蜂窝结构对称性,大幅提高反射器型面精度。采用此工艺方法拼接蜂窝还可以有效降低用胶量,减轻产品结构质量。
    2019  .  49(5):    63-67    [摘要](111)    [PDF](104)
  • 测试分析
  • PBO纤维复丝制备与可靠性分析
    包艳玲,刘爱华,张承双,王百亚,常雪梅
    通过PBO纤维复丝浸胶树脂配方研制与设计试样规格等方法,进行了PBO纤维复丝制备与可靠性研究。采用扫描电子显微镜(SEM)表征PBO表面形貌;利用X射线光电子能谱表征纤维表面与树脂配方化学特征;通过差示扫描量热法(DSC)对树脂配方进行固化动力学分析;利用动态热机械分析(DMA)对树脂配方热稳定性进行了表征;通过浇铸体力学性能分析树脂配方机械性能;通过PBO纤维复丝拉伸性能进行可靠性分析。结果表明:研制的FS-J树脂配方与PBO纤维匹配性高,浸润均匀,存储适用期长,端头补强牢固,制样周期短,复丝拉伸强度、弹性模量和延伸率数据平稳,波动性低,拉伸强度离散率<3%,测试可靠性高,可保证高质量、高效率、高稳定性的进行PBO纤维力学性能评价。
    2019  .  49(5):    68-73    [摘要](115)    [PDF](114)
  • C/SiC复合材料螺钉拉伸强度分布模型
    袁建宇,逄锦程,王影,谢国君,卢克非
    C/SiC复合材料螺钉是在高超声速飞行器上应用越来越广泛的一类重要紧固件,但其拉伸性能存在较大散差,分布规律尚不明确,给材料选用和结构设计带来了很大困难。本文采用电子万能试验机对M8、M10、M12三种规格的平头C/SiC复合材料螺钉进行力学性能试验,并分析了拉伸强度的分布规律。在此基础上应用双参数Weibull模型对统计数据进行拟合,并对拟合结果进行了柯尔莫哥洛夫检验。结果表明:C/SiC复合材料螺钉的拉伸性能分布满足双参数Weibull模型,其特征强度β为212 MPa,形状参数α为9.45,可以据此进行复合材料许用强度设计。
    2019  .  49(5):    74-78    [摘要](121)    [PDF](116)
  • 2024-T351铝合金搅拌摩擦搭接焊接头疲劳性能与寿命预测
    雷星海,王瑞杰,米鹏
    通过实验观察2024-T351铝合金搅拌摩擦搭接焊接头焊缝附近区域的焊缝横截面形貌及金相组织。观察表明搅拌摩擦搭接焊接头前进侧与后退侧存在形状不对称的钩状缺陷。将搅拌摩擦搭接焊接头在MTS材料实验机上进行恒幅疲劳加载,得到名义应力幅S-N曲线。根据实验结果建立搭接接头的弹塑性有限元模型,利用SWT疲劳损伤公式和应力集中区域循环应力应变有限元分析结果数据,预测搭接接头疲劳寿命,并将寿命预测结果与实验结果进行对比。结果表明:在低周疲劳寿命范围内,采用SWT疲劳损伤公式对搅拌摩擦搭接焊接头的预测结果与实验结果接近,误差均在2个因子内,但对高周疲劳寿命的预测结果存在较大误差。分析表明,搭接接头的应力集中程度比有效厚度对疲劳寿命的影响更大。
    2019  .  49(5):    79-84    [摘要](123)    [PDF](97)
  • 宽容度照相模式射线检测灵敏度分析
    蔡闰生,高红月,何川龙,邢文涛
    使用穿透电压和较大的曝光量可以增大影像的对比度,进而提高射线检测灵敏度。但为了完成对变截面物体的高效率检测,实践中经常会使用较高的透照电压和较小曝光量这种宽容度照相模式,因此带来了检测灵敏度的降低。为了揭示这个过程中灵敏度的变化情况,引入了透照电压和透照电流相互作用的理论分析,设计了以铝材质为研究对象的宽容度照相灵敏度分析模型,结合数据规划分析,描述出宽容度照相模式下检测灵敏度的变化趋势。从理论上说明了宽容度照相模式可具备相当的检测灵敏度,用实践验证了灵敏度的变化规律。可穿透电压提高40%后,检测灵敏度仍满足相关标准要求。宽容度照相具有可靠的检测灵敏度。
    2019  .  49(5):    85-88    [摘要](104)    [PDF](97)
  • 1420铝锂合金底遮板表面亮斑分析
    刘宗杰,李煦,李丽,逄锦程,王志河
    为研究航天用1420铝锂合金底遮板表面产生异常亮斑的形成原因,对异常痕迹进行了组织分析、形貌观察、断口能谱分析、显微硬度测试、化学成分检测。结果表明:底遮板表面的异常痕迹贯穿壁厚,该区域组织成分异常,为光亮晶缺陷。结合底遮板所用原材料生产工艺分析,发现此光亮晶是1420铝锂合金铸锭在熔铸过程中形成的,属冶金类缺陷,在磷酸阳极化过程中,由于缺陷处膜层质量较差形成了宏观显现的亮斑。
    2019  .  49(5):    89-91    [摘要](109)    [PDF](95)
  • 工程实践
  • 多钎缝喷注器真空钎焊工艺
    王文平,张志伟,武胜勇,贾春林,张汝俊
    针对不同部位多条钎焊缝一次钎焊成型,开展采用BNi-2钎料进行喷注器真空钎焊工艺方法的实验研究。分析了表面洁净度、钎焊温度及钎缝间隙对喷注器密封性的影响。结果表明:钎缝间隙对由高温合金与不锈钢两种材料组成喷注体钎焊接头的密封性有显著影响。合理的钎缝装配间隙为10~15 μm,此间隙使钎缝中的钎着率>90%,并得到了内外部质量、密封性优良的接头。
    2019  .  49(5):    92-94    [摘要](121)    [PDF](110)

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