检索结果-内蒙古大学图书馆

表面技术 2025年第5期54卷 72-82页

作者：徐成宇王永华焦远东于化东弯艳玲张倩长春理工大学重庆研究院重庆404100 长春理工大学机电工程学院长春130000 跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130000

目的探究在铝合金表面制备仿生鲨鱼皮盾鳞结构的方法,检验采用复合加工方法制备的鲨鱼皮盾鳞结构在水下的减阻性能,为构建仿生表面提供一种新的思路。方法采用激光与电火花线切割复合加工的方法,分2步构建仿生盾鳞结构。第一步,将基体... 详细信息

目的探究在铝合金表面制备仿生鲨鱼皮盾鳞结构的方法,检验采用复合加工方法制备的鲨鱼皮盾鳞结构在水下的减阻性能,为构建仿生表面提供一种新的思路。方法采用激光与电火花线切割复合加工的方法,分2步构建仿生盾鳞结构。第一步,将基体表面与线切割机床的钼丝呈45°夹角接触,仿制盾鳞的轮廓绘制切割路径,设置每个盾鳞的间距为0.65mm、高度为0.4mm。第一次切割完成后,将工件旋转90°,继续按照相同的方式切割,至此仿生鲨鱼皮盾鳞一级结构制备完成。第二步,使用纳秒激光打标机在一级结构表面刻蚀微沟槽形貌,设置激光扫描路径间距为0.08mm、激光功率为12W、扫描速度为100mm/s,激光加工完成后,仿生鲨鱼皮盾鳞二级结构制备完成。减阻试验部分基于流动滑移理论,在COMSOL中对阵列的结构模拟计算,对比了光滑表面、一级盾鳞结构表面与仿生盾鳞的二级结构表面,分别观测其壁面切应力、表面黏性应力以及速度流线。结果盾鳞倾斜角度为13°、盾鳞表面沟槽间距为0.17mm、沟槽深度为0.08mm时的壁面切应力最小。一级盾鳞结构表面与二级仿生盾鳞结构表面在速度流线图中均显示一定的减阻性能,二者之间的差异在于后者的流线更加稳定。在减阻试验中,盾鳞倾斜角度16°、盾鳞沟槽间距0.17mm、沟槽深度0.08 mm,减阻率可达35%左右。结论通过激光与线切割复合加工方法制备的仿生鲨鱼皮盾鳞结构表面具有优异的水下减阻性能。加工出合适的盾鳞倾斜角度、沟槽间距与沟槽深度能够有效提高仿生表面的减阻性能。

关键词：仿生鲨鱼皮激光加工线切割铝合金数值模拟

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C/SiC复合材料激光超声复合加工螺纹缺陷控制及拉伸性能分析

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中国机械工程 2025年第4期36卷 724-731,742页

作者：徐浩然王佳琦于占江许金凯长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130022 长春理工大学机电工程学院长春130022

C/SiC复合材料常用于制作高温复合材料紧固件,但在常规加工(CM)下,螺纹特征完整度低且表面存在纤维拔出、基体破碎等损伤微观缺陷,使其难以满足高性能连接的要求。采用激光超声复合切削技术(L-UHM)开展了C/SiC复合材料螺纹特征加工,研... 详细信息

C/SiC复合材料常用于制作高温复合材料紧固件,但在常规加工(CM)下,螺纹特征完整度低且表面存在纤维拔出、基体破碎等损伤微观缺陷,使其难以满足高性能连接的要求。采用激光超声复合切削技术(L-UHM)开展了C/SiC复合材料螺纹特征加工,研究了不同加工方式下螺纹特征表面微观缺陷的变化规律,揭示了CM、激光辅助加工(LAM)以及L-UHM下的螺纹特征缺陷以及表面微观缺陷与其拉伸性能的关系,证明了L-UHM在C/SiC复合材料螺纹特征加工中对微观缺陷控制的优势。研究结果表明,相比于CM和LAM,在L-UHM下,牙顶、牙壁和牙底的纤维拔出、纤维脱黏和基体破碎得到控制,螺纹特征表面微观缺陷减少,完整度提高。此外,在拉伸试验中,L-UHM紧固体获得了最高的抗拉强度,较CM紧固体提高了29%,较LAM紧固体提高了10%。

关键词： C/SiC复合材料激光超声复合加工螺纹特征表面缺陷

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Zr-4合金电火花加工后的微观组织及性能研究

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工具技术 2025年第2期59卷 23-29页

作者：孙学文杨珅李一全许金凯长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春理工大学机电工程学院长春市130022

Zr-4合金具有较小的热中子吸收截面、优良的耐高温高压水侧腐蚀性能以及较好的高温强度等特点,被广泛用作轻水堆燃料元件包壳材料。但因实际工况恶劣,锆合金构件会被高温高压水蒸气腐蚀造成使用寿命降低,极大制约了核能的发展。本文对核... 详细信息

Zr-4合金具有较小的热中子吸收截面、优良的耐高温高压水侧腐蚀性能以及较好的高温强度等特点,被广泛用作轻水堆燃料元件包壳材料。但因实际工况恶劣,锆合金构件会被高温高压水蒸气腐蚀造成使用寿命降低,极大制约了核能的发展。本文对核用Zr-4合金电火花加工后的微观组织及性能进行研究,分析电火花加工对材料表面结构与性能的影响。对于加工缺陷,采用多次修整的方法来消除其对Zr-4合金的影响。针对不同切削次数的工件表面进行微观组织观测、物相分析及性能检测,评价不同样品在模拟实际工况环境中的工作性能。结果表明,电火花的多次修整可以明显提高样品表面光洁度与平整度,修整七次后的样品表面显微硬度较基体上升63.7%,同时在过热蒸气环境中腐蚀30天氧化膜平均增厚较原始样品降低36.2%,样品表现出良好的力学性能与耐腐蚀性能。

关键词： Zr-4合金电火花线切割微观结构耐腐蚀性能表面质量

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晶体取向对单晶γ-TiAl合金纳米切削的影响研究

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稀有金属材料与工程 2021年第3期50卷 816-823页

作者：李俊烨解鸿偲赵伟宏张心明王菲石广丰长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室吉林长春130022

为了研究晶体取向对单晶γ-Ti Al合金纳米切削过程的影响,采用分子动力学数值方法对不同切削晶向下的切削力、切削温度、材料去除及晶格结构变化进行分析和探讨,揭示不同的晶体取向对单晶γ-Ti Al合金纳米切削质量作用机制。结果表明:... 详细信息

为了研究晶体取向对单晶γ-Ti Al合金纳米切削过程的影响,采用分子动力学数值方法对不同切削晶向下的切削力、切削温度、材料去除及晶格结构变化进行分析和探讨,揭示不同的晶体取向对单晶γ-Ti Al合金纳米切削质量作用机制。结果表明:在纳米切削过程中,随着晶面和晶向的变化,切削力、切削温度、材料去除和晶格结构都会有不同程度的变化;选择(010)晶面作为切削平面时切削力较小,产生的切削热较少,γ-Ti Al合金表面加工质量较好,晶格结构转变较少;(010)[100]切削晶向下工件产生的切削热较少且最容易切削,晶格结构转变最少,γ-Ti Al合金表面加工质量最优。

关键词：晶体取向纳米切削单晶γ-TiAl合金材料去除分子动力学

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振幅对超声辅助磨削C/SiC复合材料表面形貌的影响

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表面技术 2022年第7期51卷 263-273页

作者：戴槟李晓舟许金凯王晶东陈广俊王茂旬王深长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130012

目的通过超声振动辅助磨削加工技术加工C/SiC复合材料可以改变材料的去除方式,通过改变超声振幅能够提高材料去除率并获得较好的表面质量,从而成为C/SiC复合材料的新型加工方式。方法采用超声辅助磨削技术对C/SiC复合材料进行加工,通过... 详细信息

目的通过超声振动辅助磨削加工技术加工C/SiC复合材料可以改变材料的去除方式,通过改变超声振幅能够提高材料去除率并获得较好的表面质量,从而成为C/SiC复合材料的新型加工方式。方法采用超声辅助磨削技术对C/SiC复合材料进行加工,通过改变超声振幅,观察C/SiC复合材料在不同切削角度下的纤维去除机理、纤维断裂形式,测量不同切削角度下工件表面粗糙度Sa。结果磨削过程中C/SiC复合材料的去除方式以脆性去除为主,纤维损伤形式以纤维断裂、纤维破碎为主。增大超声振幅后,纤维断裂形式增大并伴随出现基体破碎现象。随着超声振幅的增大,不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下测得的表面粗糙度Sa显著减小,降低约15%~41%。结论由于超声振动的作用,C/SiC复合材料在不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下的材料去除方式发生改变,相比于常规磨削的纤维断裂形式,施加超声振动后,磨削过程中产生的纤维折断和基体破碎被去除,在提高材料去除率的同时,表面质量明显提高。随着超声振幅的增大,不同切削角度(0°、45°、90°、135°)下的表面粗糙度Sa都减小,且减小程度也不同,减小程度由大到小的顺序为45°>135°>90°>0°。

关键词： C/SiC复合材料超声辅助加工表面质量表面粗糙度

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金属基仿生超滑表面制造及其应用

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化学进展 2021年第6期33卷 958-974页

作者：许金凯蔡倩倩于占江廉中旭田纪文于化东长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130022

金属是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,是构成现代文明社会的支撑材料,增加金属材料的特殊性能,拓宽金属材料的应用范围,已经成为自然科学交叉研究的热点。受自然界启发,研究人员通过探究猪笼草口缘区的超滑行为,在微/纳米结构... 详细信息

金属是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础,是构成现代文明社会的支撑材料,增加金属材料的特殊性能,拓宽金属材料的应用范围,已经成为自然科学交叉研究的热点。受自然界启发,研究人员通过探究猪笼草口缘区的超滑行为,在微/纳米结构基底中注入低表面能润滑液,形成固液复合涂层,设计并制备出具有特殊润湿性的仿生超滑表面,显现出优异的自愈、防冰、防污、耐腐蚀、抗生物黏附、自清洁等性能。该方法为金属基体上设计构建仿生超滑表面,并实现其表面多功能性,进而为其在海洋防污、生物医疗、航空航天、制冷、工业生产等领域实现更广泛的应用提供了可能。本文从仿生超滑表面的设计原理、制备工艺、金属基体仿生超滑表面的应用以及未来发展趋势和挑战四个方面对金属基体仿生超滑表面的研究进展进行了综述。

关键词：金属材料猪笼草微纳米结构润滑液仿生超滑表面多功能性

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微结构几何参数对铝合金表面结冰性能的影响

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表面技术 2022年第1期51卷 272-279页

作者：弯艳玲严灿东王博于化东长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130000

目的制备具有稳定性的抗结冰表面,并探讨表面微结构几何参数对表面结冰性能的影响。方法以铝合金为基底材料,采用电火花线切割加工方法,在材料表面构建可控微米级尺寸沟槽与方柱阵列结构,对试件进行润湿性、结冰性能以及稳定性测试。结... 详细信息

目的制备具有稳定性的抗结冰表面,并探讨表面微结构几何参数对表面结冰性能的影响。方法以铝合金为基底材料,采用电火花线切割加工方法,在材料表面构建可控微米级尺寸沟槽与方柱阵列结构,对试件进行润湿性、结冰性能以及稳定性测试。结果制备的微结构表面超疏水或者近超疏水。微结构表面具有优异的抗结冰性能,且方柱结构表面的抗结冰性能优于沟槽结构表面。微结构高度的增加以及宽度的减小都会延迟水滴在微结构表面的结冰时间,且宽度的影响程度更大。结冰-融冰循环试验表明,微结构表面具有一定的稳定性。分析抗结冰机理可知,微结构表面的两级结构,形成了“气垫效应”,提高了表面疏水性,减小了固液接触面积;微结构高度增加、宽度减小以及形态由沟槽变为方柱,使传热热阻增大,传热面积减小,减缓了三相接触时液滴的热能损失,因此延长了结冰时间。结论电火花线切割加工方法在构建微结构的同时,提高了表面的疏水性,并且微结构几何参数不同程度地提高了表面的抗结冰性能,为探究新型抗结冰表面提供了一种新的思路。

关键词：电火花线切割加工几何参数微结构超疏水抗结冰性能稳定性

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多尺度微结构对铝合金表面疏水性能的影响

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材料导报 2019年第16期33卷 2715-2719页

作者：弯艳玲张猛杨健于化东长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室

利用微铣削技术和电火花复合技术在铝合金表面加工微沟槽阵列结构。通过改变沟槽阵列凸台宽度,获得具有不同粗糙度因子的一级结构。采用不同脉宽参数对微沟槽阵列表面进行加工,获得具有不同粗糙度因子的二级结构。对具有不同粗糙度表面... 详细信息

利用微铣削技术和电火花复合技术在铝合金表面加工微沟槽阵列结构。通过改变沟槽阵列凸台宽度,获得具有不同粗糙度因子的一级结构。采用不同脉宽参数对微沟槽阵列表面进行加工,获得具有不同粗糙度因子的二级结构。对具有不同粗糙度表面的疏水性能进行观测,并对其疏水机理进行分析。结果表明:在本征接触角为50°的铝合金表面,微铣削技术构建的单尺度微结构实现了铝合金表面从亲水向疏水的转变,微铣削-电火花复合加工的多尺度结构实现了铝合金表面的超疏水性能。在二级结构粗糙度恒定的基础上,随着一级沟槽凸起宽度的增大,铝合金表面的疏水性呈线性减小的趋势。当一级结构一定时,复合加工后的铝合金表面接触角随二级结构表面粗糙度的增加先增大后减小。水滴与一级结构的接触状态为Cassie与Wenzel之间的一种过渡状态,与二级微米级陨石坑结构的接触状态为Wenzel状态,与二级纳米级结构的接触状态为Cassie-Baxter状态。

关键词：多尺度微结构疏水表面微铣削电火花线切割

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基于图像处理技术界定微纳复合织构防覆冰性能

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表面技术 2019年第8期48卷 54-58,67页

作者：弯艳玲崔普徐丽宁于化东长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室

目的制备具有防覆冰性能的微织构表面,准确评价微织构表面的结冰性能。方法采用激光二次扫描方法,以铝合金为基底,构筑沟槽-凹坑型复合微织构表面,以水滴在其表面结冰过程的图像为对象,采用阈值法分割图像和背景,对提取出的图像进行形... 详细信息

目的制备具有防覆冰性能的微织构表面,准确评价微织构表面的结冰性能。方法采用激光二次扫描方法,以铝合金为基底,构筑沟槽-凹坑型复合微织构表面,以水滴在其表面结冰过程的图像为对象,采用阈值法分割图像和背景,对提取出的图像进行形态学运算,通过分析水滴结冰过程中的轮廓变化规律,研究水滴结冰过程的状态变化,进一步界定水滴的结冰时间。结果纳秒激光一次扫描形成的沟槽结构,增加了试件表面的粗糙度,使铝合金表面接触角由54.4°提高到116.5°,实现了铝合金表面的疏水性能。而二次扫描构建的沟槽-凹坑复合微织构,形成了C^w-C^n接触模型,进一步提高了试件表面的疏水性,试件表面接触角增大至154.4°。超疏水表面成核能垒高,且沟槽-凹坑复合微织构捕获的空气降低了固液界面的热交换速度,是铝合金表面结冰时间由11s延长到551s的原因。图像处理方法准确界定了水滴在结冰过程中的三个阶段。采用Harris角点检测法,可以实现精确判断结冰完成时间,减小了肉眼判断结冰状态所带来的主观误差。结论纳秒激光二次扫描构筑的沟槽-凹坑复合微织构可以有效提高Al7075表面的疏水性,并延缓水滴在其表面的结冰时间。图像法处理提取的表面轮廓,为研究分析水滴在结冰过程中的状态变化提供了一种新思路。

关键词：防覆冰微纳复合织构纳秒激光图像处理铝合金结冰机理

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微细铣刀位姿同轴全息重建方法

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中国光学 2022年第2期15卷 355-363页

作者：孙艺洋许金凯于占江张向辉程亚亚于化东长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室吉林长春130022

微细铣刀在主轴上存在装夹偏角时,会加剧刀刃磨损,降低刀具使用寿命。为了精确观测微细铣刀在机倾斜状态,提出了基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法。利用激光同轴数字全息实验装置得到微细铣刀全息图,并通过菲涅尔再现算法获得再现像... 详细信息

微细铣刀在主轴上存在装夹偏角时,会加剧刀刃磨损,降低刀具使用寿命。为了精确观测微细铣刀在机倾斜状态,提出了基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法。利用激光同轴数字全息实验装置得到微细铣刀全息图,并通过菲涅尔再现算法获得再现像。在再现像中提取刀具边缘点作为关键点,采用小波变换局部方差算子求出关键点的聚焦程度,确定铣刀对应的轴向位置。利用最小二乘法对关键点拟合修正重建误差,实现微细铣刀的三维位姿重建。实验结果表明,基于景深的微细铣刀三维位姿重建方法获得的微细铣刀重建误差优于0.1°。该方法能够精确测量微细铣刀三维位姿,可为后续的微细铣刀装夹精度修正提供参考依据。

关键词：数字全息微细铣刀聚焦评价算子景深三维重建

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