扩散焊固相增材制造技术与工程化应用
应用型本科焊接技术与工程专业基础课教学模式的研究与实践
焊接教学
第 51 卷
内的内容进行扩展讲解，附ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ考研真题讲解，满足 考研学生需求，为这部分学生的进一步深造奠定理 论基础 [5]。
2.4 教材选用及课件的制作
材料科学基础和金属材料热处理教材选用普 通高等学校“ 十一五 ”国家规划教材《金属学与热 处理（第 3 版）》（崔忠圻、覃耀春编著）。焊接冶金学 教材选用高等教务“ 十三五 ”重点规划教材《焊接 冶金学 - 材料焊接性（第 2 版）》（李亚江编著）《、焊接 冶金学 - 基本原理》（杜则裕编著）。 本校学生考研学校主要为哈尔滨工业大学、哈 尔滨工程大学、北京科技大学、南京航空航天大学、 四川大学等。哈尔滨工业大学和四川大学研究生入 学考试专业课即为崔忠圻老师编著的《金属学与热 处理》，其他学校考研选用教材不尽相同，但是基本 理论和内容基本相同。 教学大纲是一门课程执行所必须的，其内容涵 盖课程性质和教学目标，其中包括课程目标与专业 毕业要求指标点的对应关系、授课内容、教科书及 参考资料、课程内容等。基于教学大纲，课程组制 作了相应的多媒体课件，课件主要以图形和动画为 主，比如晶体结构、位错、三元相图等比较抽象的 内容以动画形式展现，更加直观形象。熔滴过渡形 式等通过高清录像展示给学生。两门课程的课件曾 获得国家课件大赛优秀奖和校级首届课件大赛二 等奖。
参考文献：
[1] 高嬿，张运波，郑文 . 应用型本科考研专业课教学模式 的研究与实践 [J]. 当代教育与时代教学研究，2018（10）： 47-48.
[2] 王永东，栾亦琳，朱艳. 应用型焊接技术与工程专业人才 培养模式改革与实践 [J]. 广州化工，2020（12）：170-171.
[3] 栾亦琳，李柏茹，郑光海 . 焊接检验课程课堂与实践教 学方法改革 [J]. 中国冶金教育，2017（5）：63-65.
超大断面宽厚板坯模铸技术
2021年第1期（总199期）CFHI**************一重技术大型铸锻件是能源装备的核心部件，由于金属凝固的尺寸效应，铸件的规格越大，则疏松缩孔、元素偏析和开裂等铸造缺陷越严重，进而导致锻件质量难以控制，严重影响零部件的服役性能，迫切需要探索新技术解决大型铸锻件的制备难题。
增材制造技术是一种基于“离散-堆积”原理，由数字模型文件驱动的，复杂形状零件的“快速成形”和“快速制造”新技术[1]。
经过近40余年的快速发展，增材制造技术的内涵不断深化、外延不断扩大，从狭义的以激光、电子束等为热源的分层成形技术，向广义的块体组焊、堆焊成形、化学/物理气相沉积等技术延伸，并广泛应用到航天、航空、核电、石化等高端装备领域[2]。
金属构筑成形技术正是基于上述增材制造思想提出的一种变革性的大型锻件制备方法。
传统上采用“模铸制坯+塑性成形”的技术路线来生产大规格、整体、高性能的金属构件，该技术需要大型铸铁模及重型锻造设备，且铸锭质量控制难度大、制造成本较高。
而金属构筑成形技术与建筑行业的1.一重集团大连工程技术有限公司高级工程师，辽宁大连1166001.一重集团大连工程技术有限公司工程师，辽宁大连116600超大断面宽厚板坯模铸技术邢思深1，屈磊1，张亮2摘要：超大断面宽厚板坯是制备大规格锻造坯料的重要基材，此类厚度超过500mm 、锭身无锥度的宽厚板坯只能采用模铸工艺制备。
但因尺寸效应导致凝固过程和铸锭质量极难控制，易出现致密度低、宏观偏析严重、开裂等缺陷。
在合理化锭型设计的基础上，分析在模铸工艺条件下各类锭型的凝固过程和内部质量。
研究结果表明无锥度的锭型设计导致熔池形状呈U 形，不利于铸锭形成自下而上的凝固过程，恶化芯部钢水的补缩条件。
对疏松的计算结果进一步印证这一结论，且厚度越小，疏松缺陷分布范围越广、致密度越差。
大截面宽厚板坯的厚度对应力影响较小。
宽厚板坯的厚度和锥度对C 元素的宏观偏析和V 形偏析没有显著影响，而加快冷却速度可以显著加大成分均匀层的深度，抑制A 形偏析的形成。
金属多材料增材制造研究现状与展望
第14卷 第2期 精 密 成 形 工 程2022年2月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING129收稿日期：2021-04-24基金项目：2020年度河南省高校科技创新团队支持计划（20IRTSTHN015）；江苏省盐城市“515”创新领军人才项目（盐委[2020]40号）；河南省科技攻关项目（202102210087）；郑州市科技局产学研项目（郑科函[2020]3号） 作者简介：郭照灿（1993—），男，硕士生，主要研究方向为双金属复层材料组织与性能。
通讯作者：张德海（1973—），男，博士，教授，主要研究方向为先进材料成形过程控制及其交叉学科。
金属多材料增材制造研究现状与展望郭照灿1，张德海1，何文斌1，杨光露1,2，李军恒1，付亮1（1. 郑州轻工业大学 机电工程学院，郑州 450002；2. 河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂，河南 南阳 473007）摘要：当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高，苛刻的使役条件要求零件具有功能耦合、多环境适应的能力。
金属多材料增材制造技术相比传统制造技术具备更大的优势，在航空航天、汽车工业、电力行业、生物医学等领域中均具有广阔的应用前景。
研究了电子束增材制造、电弧增材制造和冷喷涂增材制造在金属多材料增材制造中的应用现状以及最新发展。
重点研究了金属多材料增材制造技术在宏观成形精度、微观组织缺陷和粒子界面结合中存在的关键问题。
最后，指出了金属多材料增材制造技术在材料种类、基础理论、零件复杂度、质量控制等方面的发展趋势。
将为金属多材料应用于增材制造技术提供新的思路和借鉴价值。
关键词：多材料；增材制造；微观组织；成形精度DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.02.020中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)02-0129-09Research Status and Prospect of Metal Multi-Material Additive ManufacturingGUO Zhao-can 1, ZHANG De-hai 1, HE Wen-bin 1, YANG Guang-lu 1,2, LI Jun-heng 1, FU Liang 1(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China;2. Nanyang Cigarette Factory, China Tobacco Henan Industrial Co., Ltd., Nanyang 473007, China) ABSTRACT: Contemporary society has higher and higher requirements for the function and performance of products and de-manding service conditions require parts to have the ability of functional coupling and multi-environment adaptation. Metal multi-material additive manufacturing technology has greater advantages than traditional manufacturing technology, and has broad application prospects in aerospace, automobile industry, electric power industry, biomedicine and other fields. The appli-cation status and recent development of electron beam additive manufacturing, arc additive manufacturing and cold spraying ad-ditive manufacturing in metal multi-material additive manufacturing were studied. The key problems of metal multi-material additive manufacturing technology in macroscopic forming accuracy, microstructure defects and particle interface bonding were investigated. Finally, the development trend of metal multi-material additive manufacturing technology in material types, basic theory, part complexity, quality control and other aspects was pointed out. The work will provide new ideas and reference value for the application of metal multi-material in additive manufacturing technology. KEY WORDS: multi-material; additive manufacturing; microstructure; forming precision. All Rights Reserved.130精密成形工程 2022年2月随着高新技术产业的快速发展，对产品功能及性能的要求越来越高。
金属增材制造微观组织控制技术研究
金属增材制造微观组织控制技术研究摘要：近年来，随着科学技术进步和高端制造不断发展，航空航天工业对高精密零部件的需求量越来越大，行业需要一种新技术来适应时代的发展。
增材制造是一种用于快速成型的制造技术，可显着降低开发成本和时间，是现代工业满足零件快速低成本生产的重要手段，其发展为整个行业的技术创新和发展开辟了巨大的空间。
本文分析了金属增材制造技术的优缺点和应用，探讨了金属增材制造过程中晶粒结构、晶粒尺寸的控制方法，为航空航天金属增材制造微观组织控制技术提供有效建议。
关键词：金属增材制造；晶粒结构；晶粒尺寸引言增材制造在国际上发展迅速，已成为材料加工制造行业的前沿研究热点之一。
该技术代表了制造业发展的新方向，可以让传统制造业更快地创新升级。
无论是德国的“工业4.0”还是中国的“中国制造2025”，都明确强调增材制造技术在未来制造业中的核心地位和价值，增材制造技术是国家制造业长期发展战略中的关键技术之一。
1金属增材制造技术特性分析金属增材制造是一种以金属为材料快速成型的制造技术，通过基于三维数字模型逐层累积材料来制造零件，克服了复杂异形构件的技术瓶颈，实现了材料微观结构和宏观结构的可控形成，是现代工业满足快速、低成本零件生产需求的重要工具。
航空航天行业常用的金属增材制造技术是粉床熔融和定向能量沉积。
利用金属增材制造技术生产的金属部件没有残余应力和内部缺陷，非常适合应用于要求苛刻的航空航天工业，与铸造相比，增材制造不需要模具，可以根据要求进行更灵活的零件设计，大大提高了产品设计和制造的自由度，同时降低成本并缩短开发周期，还节省了模具成本，大大降低了小批量生产的成本。
航空航天领域增材制造应用广泛，常用的金属材料有钛合金、镍基高温合金和铁基合金[1]。
钛合金具有比强度高、韧性好、耐腐蚀、耐热耐寒等优点，是航空航天发动机的重要材料之一。
目前增材制造用钛合金主要有Ti-6Al-4V（TC4）、TA15、TC11、Ti55、Ti60、TiAl和Cp-Ti等。
前沿焊接技术及其应用
前沿焊接技术及其应用前沿焊接技术及其应用引言：焊接是一种将金属材料、非金属材料或其复合材料加热至熔点或塑性状态，然后施加外力使其相互结合的工艺。
作为一种常见的连接方法，焊接技术在各个行业有着广泛的应用。
随着科技的进步和工业的发展，焊接技术也在不断创新和改进，出现了许多前沿的焊接技术。
本文将对一些较为颇具代表性的前沿焊接技术及其应用进行探讨。
一、激光焊接技术激光焊接技术是一种利用高能量激光束对工件表面进行瞬时加热，从而实现材料熔合的焊接方法。
与传统焊接技术相比，激光焊接具有焊缝窄、热影响区小、焊接速度快、变形小等优点。
这使得激光焊接在航空航天、汽车制造、电子器件制造等领域得到广泛应用。
在航空航天领域，激光焊接可用于制造航空发动机的高温部件。
由于激光焊接的能量密度大，可以快速将金属加热至熔点，然后迅速冷却，使得焊接部位的组织细化，提高材料的强度和韧性。
这对于要求材料具有高强度和高耐热性的航空发动机来说非常重要。
在汽车制造领域，激光焊接可用于车身焊接以及汽车发动机的气缸头、曲轴等重要零部件的制造。
激光焊接技术可以实现板材的边缘密封焊接，从而提高汽车车身的结构强度和密封性。
同时，激光焊接还可以将汽车发动机的零部件进行精确焊接，提高发动机的性能和可靠性。
在电子器件制造领域，激光焊接可用于IC芯片的封装和器件的连接。
激光焊接具有焊缝细、变形小、连接牢固等优点，可以实现对微观尺寸器件的高精度连接。
这对于要求电子器件具有高可靠性和高性能的领域来说非常重要。
二、电弧增材制造技术电弧增材制造技术是一种利用局部区域高温熔化金属粉末或线材，通过连续加热和堆积形成三维物体的制造方法。
与传统加工技术相比，电弧增材制造技术具有快速制造、低材料浪费、制造自由度高等优点。
这使得电弧增材制造技术在航空航天、医疗器械、模具制造等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，电弧增材制造技术可用于高温合金件的制造。
高温合金件具有抗蠕变、抗热腐蚀等特性，可用于制造航空发动机的叶片、燃烧室等关键零部件。
固相合成法制备工程化应用的大应变压电陶瓷材料
第42卷第7期2023年7月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.7July,2023固相合成法制备工程化应用的大应变压电陶瓷材料李㊀伟,盖学周,汪跃群(中国船舶集团有限公司第七一五研究所,杭州㊀310012)摘要:随着我国科技水平的飞速发展,激光惯性导航系统的精度要求越来越高㊂采用工业级原材料,通过固相合成法制备了铌锑-铌镍-锆钛酸铅(PSN-PNN-PZT)四元系大应变压电陶瓷材料,讨论了不同含量Sr 对PSN-PNN-PZT 压电陶瓷材料介电性能㊁压电性能的影响㊂结果表明:当Sr 含量为1%(摩尔分数)㊁n (Zr)/n (Ti)=43/57(摩尔比)时,PSN-PNN-PZT 组成位于准同型相界附近,压电陶瓷性能较优,获得了一种相对介电常数εT 33/ε0㊁机电耦合系数k p ㊁压电常数d 33㊁介电损耗tan δ㊁居里温度T c 分别为4090㊁0.664㊁686pC /N㊁0.0165及213ħ的大应变压电陶瓷材料;基于该材料配方制备的ϕ24mm ˑϕ5mm ˑ0.4mm 压电陶瓷圆环,在100V 的驱动电压下产生的应变量能达到2.5005μm,较现有的PZT-14(P14)材料提升32.4%,能应用于高精度激光陀螺稳频器中,提高压电陶瓷微位移驱动器的可靠性㊂关键词:压电陶瓷;PSN-PNN-PZT;大应变;介电性能;压电性能;居里温度中图分类号:TM282㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)07-2597-06Large Strain Piezoelectric Ceramics for Engineering Applications Prepared by Solid-State Synthesis MethodLI Wei ,GAI Xuezhou ,WANG Yuequn(The 715th Research Institute of China Shipbuilding Group Co.,Ltd.,Hangzhou 310012,China)Abstract :With the rapid development of scientific and technological level,the accuracy requirements for laser inertial navigation systems are becoming increasingly high.The quaternary PSN-PNN-PZT piezoelectric ceramics with large strain were prepared by the conventional solid-state synthesis method using industrial grade raw materials.The influence of different content Sr on the dielectric and piezoelectric properties of PSN-PNN-PZT piezoelectric ceramics was discussed.It is found that when the Sr content is 1%(mole fraction)and the molar ratio of n (Zr)/n (Ti)is 43/57,the PSN-PNN-PZT composition locates at morphotropic phase boundary and the piezoelectric ceramics show excellent properties.The large strain piezoelectric ceramics can be achieved,which are as follows:relative dielectric constant εT 33/ε0=4090,electromechanical coupling coefficient k p =0.664,piezoelectric constant d 33=686pC /N,dielectric loss tan δ=0.0165,Curie temperature T c =213ħ.The strain of ϕ24mm ˑϕ5mm ˑ0.4mm piezoelectric ceramic thin rings based on this material formula reaches 2.5005μm at 100V driving voltage,which is 32.4%higher than that of the existing PZT-14(P14)material.This material can be applied in high-precision laser gyro frequency stabilizers to improve the reliability of piezoelectric micro-displacement actuator㊂Key words :piezoelectric ceramics;PSN-PNN-PZT;large strain;dielectric property;piezoelectric property;Curie temperature 收稿日期:2023-03-09;修订日期:2023-05-26作者简介:李㊀伟(1988 ),男,工程师㊂主要从事压电功能材料的研究㊂E-mail:lee2007nuaa@0㊀引㊀言我国电子信息技术与国防工业的高速发展,对激光陀螺的惯性导航系统提出了更高精度的要求㊂在驱动器的应用中,压电陶瓷元件需具有优异的大应变特性,这种大应变特性可以实现在较低的驱动电场强度下产生较大的应变,通常会达到微米级㊂在激光器稳频应用方面,压电陶瓷作为驱动器核心部件得到了广泛应用,激光器谐振腔腔长受温度影响会发生微米级的膨胀或收缩,会导致激光的频率偏移,这对航空航天领域2598㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷的应用来说是致命的㊂压电陶瓷微位移驱动器可实现微米级别的位移补偿,从而调整激光器谐振腔腔长以达到激光器稳频效果[1-2]㊂针对此应用,大应变压电陶瓷在性能上应满足高的压电应变系数㊁机电耦合系数及较高的介电常数;同时,为满足实际应用环境需求,大应变压电陶瓷还需要具有高的居里温度和较高的矫顽场㊂目前大应变压电陶瓷体系主要有镧锑锆钛酸铅(PLSZT)㊁铌锌-锆钛酸铅(PZN-PZT)㊁铌镍-锆钛酸铅(PNN-PZT)及铌锌-铌镍-锆钛酸铅(PZN-PNN-PZT)[3]等㊂PNN-PZT压电陶瓷具有优异的压电性能,但居里温度较低,且不太稳定[4-6];而Pb(Sb1/2Nb1/2)O3(PSN)能有效抑制PZT陶瓷的晶粒生长,使PSN-PZT陶瓷体系具有较高的机电耦合系数㊁较好的稳定性和较高的居里温度[7-8]㊂根据PSN和PNN各自的特性,将两者组合在一起与PZT 构成的四元系Pb(Sb1/3Nb2/3)O3-Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-Pb(ZrTi)O3(PSN-PNN-PZT)将兼具高机电耦合系数和高压电应变系数的优点,具有较高的研究和应用价值㊂目前大压电应变压电陶瓷材料主要是PZT-14(P14)材料,该材料是在PZT二元系的基础上复合Pb(Zn1/3Nb2/3)O3,然后进行掺杂改性得到的,其相对介电常数εT33/ε0=3400㊃(1ʃ10%),机电耦合系数k p=0.64㊃(1ʃ5%)㊂目前,该材料主要用于航空航天研究院所的军横向压电陀螺仪(年需求量30万件以上,产值800万元以上),以及本单位浮标㊁面元水听器等项目中㊂从客户装配及实际使用的反馈情况看,在器件使用过程中,在相同驱动电压的情况下,丹麦产压电元件的压电应变量要比本单位P14材料的应变量高10%~15%;在近似线性的情况下,要获得相同的应变驱动,丹麦产压电元件所需的驱动电压比P14材料所需的驱动电压要小10%及以上,从而能够有效提高器件的可靠性及优化后端装备,更有利于系统的集成等㊂鉴于此,迫切需要在现有P14材料的基础上进行大应变压电陶瓷新材料的研究,以期进一步提高器件实际使用过程中的应变量㊂本文通过控制Zr/Ti比㊁PSN和PNN含量,研究Sr掺杂对四元系PSN-PNN-PZT压电陶瓷材料介电及压电性能的影响,采用铁电性能测量㊁压电应变测量及居里温度测量等对其进行了表征,并与现有高压电应变P14材料进行了对比㊂1㊀实㊀验1.1㊀样品制备采用工业级纯度的Pb3O4㊁ZrO2㊁TiO2㊁Sb2O3㊁Nb2O5㊁Ni2O3及SrCO3为原料,按照Pb1-x Sr x[(Sb1/3Nb2/3)a (Ni1/3Nb2/3)b(Zr0.43Ti0.57)c]O3(其中a+b+c=1,x=0㊁0.005㊁0.010㊁0.015)准确称料㊂采用传统电子陶瓷制备工艺,在50kg级滚筒球磨机中用纯净水㊁锆球混合球磨40h,烘干后预合成(860ħ,2h);粉碎后搅拌球磨4h,加入质量分数为7%~8%的聚乙烯醇(PVA)溶液作为黏结剂,使用喷雾塔进行喷雾造粒,干压成型为ϕ25mmˑ(2.3~2.8)mm的圆片;在隧道窑炉中进行1250ħ烧结,烧结后采用瓷片机加工成ϕ20mmˑ1mm圆片;超声清洗被银面,采用丝网印刷银电极,网带炉中780ħ烧银,在(135ʃ5)ħ硅油中,2500~ 3000V直流电压下极化15min,保持电压吹冷到温度不高于60ħ㊂1.2㊀性能测试将样品打磨后,采用理学smartlab9kW型X射线衍射仪测试样品的XRD谱,并进行物相分析,通过FEI Quanta250FEG型扫描电子显微镜获得样品断面的晶粒形貌㊂将极化后的样品在室温静置5~7d后,在TH2828S阻抗分析仪上采用电桥法测量元件的谐振频率f r㊁反谐振频率f a,以及相应的电容C T和介电损耗tanδ,参照‘水声实用压电陶瓷元件性能参数的测量与计算方法“(CB/T4314 2013)计算出机电耦合系数k p和相对介电常数εT33/ε0;采用ZJ-2型准静态d33测量仪测试元件的纵向压电常数d33;采用TF Analyzer 2000E型铁电压电分析仪测试元件的矫顽场E c和应变(蝶形回线测量);采用高低温系统测试样品的介电温谱,获得材料的居里温度T c㊂2㊀结果与讨论2.1㊀X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析图1(a)为不同Sr含量掺杂的样品在1250ħ烧结时的XRD谱㊂由图1(a)可知,在n(Zr)/n(Ti)=第7期李㊀伟等:固相合成法制备工程化应用的大应变压电陶瓷材料2599㊀43/57时,所有的组成样品都获得了纯的钙钛矿结构,无第二相产生,衍射峰强度大,结晶比较完全㊂众所周知,三方相结构在2θ=44ʎ~45ʎ处只有一个峰,在图中标记为(200)R ;四方相结构在2θ=43ʎ~46ʎ处有两个峰,图中分别标记为(002)T 和(200)T ㊂图1(b)为局部放大的XRD 谱,在2θʈ45ʎ处形成很宽的衍射峰,使用Gaussian 函数来分离重叠在一起的(200)峰,如图1(c)所示㊂图中的三个峰意味着样品为三方相和四方相的混合相,为两相共存的相界组成,此组成处具有最佳的压电和介电性能,与准同型相界一致[9-10]㊂图1㊀不同Sr 含量PSN-PNN-PZT 压电陶瓷的XRD 谱和拟合曲线Fig.1㊀XRD patterns and fitting curves of PSN-PNN-PZT piezoelectric ceramics with different Sr content 图2为不同Sr 含量掺杂的样品在1250ħ烧结时的断面SEM 照片㊂由图2可知,在n (Zr)/n (Ti)=43/57时,所有组成样品都具有较致密的断面形貌,没有气孔产生,陶瓷片内部晶粒尺寸大,晶界清晰,材料的致密度较高㊂利用阿基米德排水法测得样品的瓷体密度达到了7.9g /cm 3㊂图2㊀不同Sr 含量PSN-PNN-PZT 压电陶瓷的断面SEM 照片Fig.2㊀SEM images of cross section of PSN-PNN-PZT piezoelectric ceramics with different Sr content 2.2㊀电学性能进行不同Sr 含量掺杂的PSN-PNN-PZT 体系配方实验,n (Zr)/n (Ti)=43/57,1250ħ烧成保温2h 的PSN-PNN-PZT 压电陶瓷介电和压电性能的变化情况如表1及图3所示㊂表1㊀不同Sr 含量PSN-PNN-PZT 压电陶瓷的性能参数Table 1㊀Properties parameters of PSN-PNN-PZT piezoelectric ceramics with different Sr contentSr content tan δεT 33/ε0k p d 33/(pC㊃N -1)E c /(V㊃mm -1)x =00.016137870.650652858x =0.0050.016639860.661673861x =0.0100.016540900.664686878x =0.0150.016039520.6486658712600㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图3为相对介电常数εT33/ε0㊁压电应变系数d33和机电耦合系数k p随Sr掺杂量x的变化㊂由图3可以看出,εT33/ε0㊁d33和k p均随着Sr含量的增加先增大后减小,在x=0.010时,获得实验中的最优介电及压电性能,此时εT33/ε0=4090,k p=0.664,d33=686pC/N,E c=878V/mm㊂这是因为在n(Zr)/n(Ti)=43/57时系统处于准同型相界附近,使抑制晶相结构转变的机械应力松弛,在电场作用下,电畴易于取向,晶格转向更加容易,从而使相界附近的组成具有介电和压电性能的最优值㊂2.3㊀居里温度采用高低温系统测试陶瓷样品的居里温度,图4是不同Sr含量的PSN-PNN-PZT压电陶瓷在1kHz下介电常数随温度的变化曲线㊂从图4中可以看出,随温度升高,介电常数先增大,这是因为样品内部热运动加剧,畴壁运动更容易,热缺陷增多,所以样品的电容增加[11],之后曲线斜率急剧增大,介电常数呈指数形增长,到达最高点后开始下降,最高点对应的温度为样品的居里温度T c㊂未掺杂Sr的PSN-PNN-PZT压电陶瓷样品(x=0)的T c为221ħ,介电常数峰值εmax=32972;Sr元素掺杂后,样品的T c有一定程度降低,在x= 0.010(压电和介电性能最优处)时,样品的T c为213ħ,有最大的介电常数峰值εmax=34579㊂从2.2节可知,添加Sr元素会使体系的压电和介电性能提高,这是由于晶体结构中的晶格畸变增大,会增加畴结构的转向,导致Sr掺杂后的压电陶瓷在高温下更容易发生相转变㊂图3㊀PSN-PNN-PZT压电陶瓷的电学性能随Sr含量的变化Fig.3㊀Change of electrical properties of PSN-PNN-PZT piezoelectric ceramics with Srcontent 图4㊀PSN-PNN-PZT压电陶瓷在1kHz下εT33/ε0随温度的变化曲线Fig.4㊀Temperature dependence ofεT33/ε0of PSN-PNN-PZT piezoelectric ceramics at1kHz2.4㊀压电应变性能2.4.1㊀样品的应变(蝶形回线测量)测量PSN-PNN-PZT(x=0.010)材料ϕ20mmˑ1mm元件在室温3000V/mm电场下的轴向应变,并与P14材料ϕ20mmˑ1mm元件在相同条件下的轴向应变进行对比,如表2㊁图5所示㊂表2㊀PSN-PNN-PZT及P14材料在3000V/mm下应变对比Table2㊀Comparison of strain of PSN-PNN-PZT and P14materials at3000V/mmType of materialTest electricfield/(V㊃mm-1)Average d33positiveside/(pm㊃V-1)Average d33negativeside/(pm㊃V-1)Averaged33/(pm㊃V-1)Strain/%P14PSN-PNN-PZT3000515-5155150.417 581-5705760.432图5为PSN-PNN-PZT及P14材料随着电场强度变化产生的应变量(蝶形回线测量),应变曲线在电场强度E=3000V/mm下表现出典型的蝴蝶状曲线,PSN-PNN-PZT材料具有更高的平均d33和应变极值(S max= 0.432%)㊂图6为在相同测试条件下,两种材料在0~3000V/mm电场下的单级应变曲线,测试条件为25ħ/ 0.1Hz㊂从图6中可以看出PSN-PNN-PZT材料的应变值始终明显高于P14材料㊂第7期李㊀伟等:固相合成法制备工程化应用的大应变压电陶瓷材料2601㊀图5㊀PSN-PNN-PZT 及P14材料在ʃ3000V /mm下的应变曲线Fig.5㊀Strain curves of PSN-PNN-PZT and P14materials at ʃ3000V /mm 图6㊀PSN-PNN-PZT 及P14材料在0~3000V /mm 下的单级应变曲线Fig.6㊀Single-stage strain curves of PSN-PNN-PZT and P14materials at 0~3000V /mm 2.4.2㊀元件在100V 驱动电压下的应变量利用PSN-PNN-PZT(x =0.010)材料进行50kg 中试生产,批量化制备了ϕ24mm ˑϕ5mm ˑ0.4mm 的压电陶瓷圆环元件,测试其在实际使用过程中的应变量,并与P14材料进行比较㊂委托西安618所测试ϕ24mm ˑϕ5mm ˑ0.4mm 元件在100V 驱动电压下产生的应变量,测试设备为微位移测量设备,型号为MDM-CP-01㊂测试数据如表3所示㊂表3㊀ϕ24mm ˑϕ5mm ˑ0.4mm 元件在100V 下的应变量比较Table 3㊀Comparison of strain of ϕ24mm ˑϕ5mm ˑ0.4mm elements at 100VType of materialTest voltage /V Displacement 1/μm Displacement 2/μm Displacement 3/μm Average displacement /μm P14100 1.8835 1.9067 1.8769 1.8890PSN-PNN-PZT 100 2.5226 2.4776 2.5014 2.5005表3中测量结果表明,PSN-PNN-PZT 材料的ϕ24mm ˑϕ5mm ˑ0.4mm 元件在100V 下的应变量为2.5005μm,较现有的P14材料提升32.4%㊂在近似线性的情况下,要获得相同的应变驱动,PSN-PNN-PZT材料所需的驱动电压更小,从而能够有效提高器件的可靠性及优化后端装备,更有利于系统的集成等[12]㊂2.5㊀PSN-PNN-PZT 与P14材料性能对比表4中列出了PSN-PNN-PZT(x =0.010)与P14材料的综合性能对比情况㊂从表4中可以发现PSN-PNN-PZT 材料的压电和介电性能均优于现有的P14材料,而居里温度T c 略低,基于PSN-PNN-PZT 材料配方制备的ϕ24mm ˑϕ5mm ˑ0.4mm 元件在100V 下的应变量较现有的P14材料提升32.4%㊂表4㊀PSN-PNN-PZT 与P14材料综合性能对比Table 4㊀Comparison of comprehensive properties of PSN-PNN-PZT and P14materialsType of material εT 33/ε0k p d 33/(pC㊃N -1)Strain /%T c /ħDisplacement at 100V /μm PSN-PNN-PZT 40900.6646860.432213 2.5005P143400㊃(1ʃ10%)0.64㊃(1ʃ5%)575㊃(1ʃ15%)0.417230 1.88903㊀结㊀论1)采用传统固相烧结法制备Sr 掺杂的PSN-PNN-PZT 压电陶瓷㊂当烧结温度为1250ħ㊁保温时间为2h㊁掺杂量x =0.010时,形成高纯钙钛矿结构,陶瓷中存在三方相与四方相共存的准同型相界,晶粒大小较均匀且晶粒饱满,晶界清晰,压电和介电性能达到最优,此时相对介电常数εT 33/ε0=4090,介电损耗tan δ=0.0165,机电耦合系数k p =0.664,压电常数d 33=686pC /N,矫顽场E c =878V /mm,居里温度T c =213ħ,2602㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷应变极值S max=0.432%㊂2)基于PSN-PNN-PZT材料配方制备的ϕ24mmˑϕ5mmˑ0.4mm元件在100V下的应变量较现有的P14材料提升32.4%㊂新材料研制成功后,将提升现有P14压电陶瓷材料实际使用状态下的压电应变量,有效提高器件的可靠性及优化后端装备,提高激光器的稳频效果㊂从用于航空航天研究院所的军横向压电陀螺仪的发展趋势和装备需求来看,市场前景广阔㊂参考文献[1]㊀赵㊀丽,壮㊀凌,张春林,等.压电陶瓷控制系统及其在激光器中的应用[J].压电与声光,2007,29(5):550-552.ZHAO L,ZHUANG L,ZHANG C L,et al.The piezoelectric ceramic controlling system and it s application to laser[J].Piezoelectrics& Acoustooptics,2007,29(5):550-552(in Chinese).[2]㊀纪鈜腾,毛元昊,陈丁博,等.激光陀螺原理㊁现状及展望[J].导航与控制,2022,21(5/6):221-240.JI H T,MAO Y H,CHEN D B,et al.Fundamental principle,current status and prospect of ring laser gyroscope[J].Navigation and Control, 2022,21(5/6):221-240(in Chinese).[3]㊀闫㊀锋,郇正利,王文林.大位移量㊁高弹性模量压电陶瓷材料的制备与研究[J].硅酸盐通报,2015,34(4):1175-1179.YAN F,HUAN Z L,WANG W L.Preparation and investigation of the piezoelectric ceramics material with the large displacement and the high elastic modulus[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2015,34(4):1175-1179(in Chinese).[4]㊀CAO R J,LI G R,ZENG J T,et al.The piezoelectric and dielectric properties of0.3Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-x PbTiO3-(0.7-x)PbZrO3ferroelectric ceramics near the morphotropic phase boundary[J].Journal of the American Ceramic Society,2010,93(3):737-741. 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增材制造文献
增材制造文献作者：来源：《机械制造文摘·焊接分册》2022年第01期基于开源切片路径规划的机器人电弧增材制造系统/洪恩航，等. 焊接学报， 2021， 42（11）： 65-69.为提高电弧增材制造的灵活性和路径规划可靠性，使用ABB IRB1410工业机器人和Fronius CMT TPS3200焊接电源，通过Python自主编程利用开源切片软件Cura，成功搭建了电弧增材制造系统，自主开发了电弧增材制造软件，并进行了4043铝合金电弧增材成形.结果表明，自主开发的电弧增材软件能够读取开源切片软件Cura输出的二维路径数据，并进行转换和输入工业机器人，控制焊枪运行路径和焊接电源运行参数，有效实现电弧增材制造.使用直径1.2 mm的4043铝合金焊丝，在送丝速度为3.2 m/min、焊接速度8 mm/s、层高1.65 mm、氩气保护气体流量15 L/min条件下，分别成功制备71层单道多层试样和58层单道多层壳体零件.试样微观组织分析结果表明，成形件凝固组织为典型柱状晶，层与层之间搭接良好.壳体零件形状完整、表面质量良好.预热温度对GTA增材制造钛铝合金组织及性能的影响/蔡笑宇，等. 焊接学报， 2021， 42（10）： 14-21.高温结构材料TiAl金属间化合物的可加工性较差，复杂结构成形技术难度大，制造成本高.电弧增材可以实现TiAl基合金的原位低成本柔性制造，但制造过程中仍需注意裂纹控制问题.预热处理通过改善组织可以有效抑制裂纹产生.文中以Ti6Al4V与ER1100纯铝焊丝作为原材料，在200，300，450 ℃的预热温度下利用TIG焊原位合成了铝含量为50%（原子分数）的TiAl基合金，考察了不同预热温度下TIG电弧增材制造的钛铝合金的组织与力学性能.结果表明，随着预热温度的增加，构件的顶部与中部区域逐渐在γ/α2层片团的晶界析出更多的块状γ相，底部组织变化不明显.预热温度的增加使得合金中γ相增多而α2相减少，导致合金室温硬度减少.同时，弥散分布的块状γ相的增多，使得构件的压缩性能提升，当预热温度为450 ℃时，构件抗压强度与压缩率最高.高熵非晶材料及其增材制造技术研究进展/舒凤远，等. 焊接学报， 2021， 42（9）： 1-8.高熵非晶合金具有独特的物理、化学和力学性能以及更好的热稳定性，因而其制备技术成为国内外重要的研究热点之一.然而利用传统技术制备高熵非晶材料时会产生晶粒粗大及材料浪费等缺点，难以满足工艺生产需要.而增材制造技术的精准制造和快速冷却等特点可以解决这一问题，制备出各项性能优越的高熵非晶合金.简要介绍了高熵非晶材料的研究体系和常用制造方法，着重阐述了高熵非晶材料的断裂强度、耐腐蚀性和热稳定性的研究，对增材制造技术的工艺特征和优势，以及利用增材制造技术制备高熵非晶合金的科学难点作出了总结.结果表明，利用增材制造技术有利于获得致密均匀的高熵非晶材料，但对于非晶相形成的解释仅限于高熵合金4大效应.最后阐述了近年来利用常用的两种增材制造手段制造高熵非晶合金的研究，并对增材制造技术制备高熵非晶材料的发展趋势提出了展望.微弧等离子增材制造NiCr合金的分子动力学数值模拟/袁晓静，等. 焊接学报， 2021 ，42（8）： 25-32.微弧等离子增材制造NiCr合金快速凝固过程对增材制造的结构件微观组织结构性能具有重要影响.采用分子动力学对微弧等离子增材制造NiCr合金构件生长过程中温度场变化及等轴晶生长过程进行模拟.结果表明，冷却速率为3.38 K/ps和0.675 K/ps时，NiCr体系呈现非晶凝固，0.077 5 K/ps冷却速率下，NiCr体系自发形核长大，实现等轴晶凝固结晶过程，这为微弧等离子增材制造组织演变研究提供了理論支撑.Nb合金化对电弧增材制造NiTi基形状记忆合金的影响/许博，等. 焊接学报， 2021， 42（8）： 1-7.NiTi合金是一种应用广泛的形状记忆合金，其中Ti47Ni44Nb9成分的合金是一种可靠的航空管接头材料.采用双丝电弧增材制造（WAAM）的方法制备了Ni52Ti48合金，并以Nb元素进行了原位合金化得到了Ti47Ni44Nb9合金，研究了其典型组织、压缩性能、相变温度与形状记忆效应，分析了Nb元素的添加对WAAM镍钛合金组织及性能的影响.结果表明，加入Nb 元素后，合金的组织除B2相晶粒外，还在晶界处有细小的βNb相析出，使得合金的压缩强度在横向与纵向上分别增加了7.9%与3.1%，形状记忆回复率则下降了4.0%，相变温度滞后从-6.4 ℃提升至40.9 ℃，使得该材料作为记忆合金管接头时更加利于储存与装配.电弧熔丝增材制造钛/铝复合材料的组织与性能/夏玉峰，等. 焊接学报， 2021， 42（8）： 18-24.通过基于冷金属转移的电弧熔丝增材制造技术制备了铝/钛复合材料.观察到钛/铝结合界面存在元素扩散，形成一定厚度的中间反应层，表明界面结合良好.同时，通过硬度测试得到界面附近的硬度介于钛侧与铝侧之间，这主要是由于元素扩散导致界面附近生成了硬脆金属间化合物.考虑到不同的复合比会导致不同力学性能，通过拉伸试验，研究了复合比对带缺口的钛/铝复合材料拉伸力学性能的影响规律.结果表明，在持续拉伸载荷作用下，钛/铝复合材料的两组成层之间相互影响.随着复合比的增加，抗拉强度和屈服强度增加，断后伸长率由于受钛铝之间冶金反应的影响较大，当钛/铝试样具有较低复合比时，其断后伸长率甚至小于单一沉积铝，随后才随着复合比的增加而增大.另外，运用ABAQUS补充了多组复合比下钛/铝复合材料的拉伸过程，得到了复合比与屈服强度和抗拉强度的关系式.电弧增材制造中空间曲面等距路径规划算法/李鑫磊，等. 焊接学报， 2021， 42（7）：14-20.基于曲面分层的增材制造是目前研究热点之一.相比于平面路径规划，在曲率任意变化的复杂空间曲面上进行路径规划算法研究较少，尤其是等距路径规划算法.提出了一种基于体素化和曲线积分思想的空间曲面等距路径规划算法，算法主要包括体素化模型、计算体素点到源曲线的测地距离、生成增材路径等步骤.该算法精度可控，其精度主要由模型体素化密度决定;与扫描线法相比，从根本上避免了平移路径时由于局部和全局自相交生成的无效环，提高了计算效率.最后，选取3种典型曲面，分别为由平面组成的简单曲面、圆柱曲面、B样条曲面，进行空间曲面等距路径规划，已验证算法的适用性，并在圆筒试件上进行曲面分层GMAW电弧增材验证试验.结果表明，该算法可以满足电弧增材制造的精度要求.308L不锈钢热丝等离子弧增材构件组织和性能/冯曰海，等. 焊接学报， 2021， 42（5）： 77-83.随着增材构件重量的大幅度增加和形状复杂性的急速提升，增材时间成本占比越来越高，为了在保持焊枪达到尽可能多空间位置的基础上，提高熔敷效率，降低时间成本比例，提出了热丝等离子弧增材制造工艺.分别采用冷丝等离子弧增材制造（CWPAM）和热丝等离子弧增材制造（HWPAM）两种工艺进行了50层直壁体增材对比试验，研究了HWPAM工艺的特性，并对增材试样的显微组织和力学性能进行对比分析.结果表明，HWPAM工艺的平均熔敷效率提高了105%，在电弧行进速度为20 cm/min时，熔敷金属损失率最多可降至1.42%，比CWPAM工艺降低了6.18%.在电弧行进速度为50 cm/min时，试样内部存在大量非等轴铁素体，平均晶粒直径从CWPAM工艺的8.37 μm细化到7.62 μm. HWPAM试样的抗拉强度均在700 MPa以上，断后伸长率最高可达到53%，比CWPAM工艺提高了6.25%.薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺分析/薛丁琪，等. 焊接学报， 2021， 42（4）： 42-48.基于冷金属过渡技术，研究了全封闭薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺.首先在单层单道熔敷层圆弧形截面轮廓的基础上推导了单道多层熔敷层的叠加数学模型;其次建立了可根据薄壁结构尺寸获取合理工艺参数的等体积电弧增材模型，最后通过试验数据验证了模型的可靠性.基于该模型，建立了工艺参数（送丝速度、电弧移动速度）与成形件尺寸之间的关系，在优化的增材工艺下成形出了外观质量良好的薄壁中空环形工件，并将成形件扫描得到的实际轮廓与理论轮廓进行对比，验证了叠加模型和等体积增材模型的准确性以及工艺的可行性.等离子弧增材制造双金属交织結构微观组织及力学性能/郭顺，等. 焊接学报， 2021， 42（3）： 14-19.以18Ni高强钢和高氮奥氏体不锈钢为丝材，采用等离子弧增材制造高强钢-高氮钢双金属交织结构，通过对高强钢-高氮钢双金属交织结构的微观组织观察、显微硬度及抗拉强度等力学性能试验研究了双金属交织结构的组织转变特征及其与力学性能关系.结果表明，在高氮钢区域显微组织主要为奥氏体等轴晶及树枝晶，高强钢区域为板条状马氏体.高强钢区域硬度变化范围为480～500 HV;高氮钢区域硬度变化范围为310～320 HV.拉伸试验结果表明，交织结构在x向抗拉强度均值为1 092 MPa，略低于y向抗拉强度1 189 MPa;x向断后伸长率均值为20.0%，与y向断后伸长率19.5%相差不大;断口呈暗灰色、明显纤维状，分布有大量的等轴韧窝，韧窝尺寸大而深，断口边缘存在明显剪切唇区，属于韧性断裂.典型薄壁结构件增材制造焊接路径规划优化算法/李天旭，等. 焊接学报， 2021， 42（2）： 69-74.针对复杂曲面薄壁件的电弧增材制造引入有理B样条曲线求取成形轨迹.首先根据预制件三维模型提取轮廓数据建立轨迹曲线方程，自动生成成形路径;然后通过边缘曲线方程计算预制件在z轴方向上偏移量，进行高度补偿预测，提高分层精度，实现基于高度预测的分层算法优化.另一方面针对具有相交特征的薄壁件交叉点处焊高过高等问题，基于相反、相切成形路径思想设计最佳路径，同时可以尽量减小由于应力集中和热累计产生的误差.最后通过试验得到不同焊接参数下对应焊缝尺寸，确定合适的焊接参数范围，并通过典型复杂薄壁件的成形试验验证优化算法可行性.结果表明，电弧增材制造成形路径规划优化算法提高了分层精度，实现了基于高度预测的分层算法优化，并且制备的实体件表面成形良好，成形尺寸误差在可接受范围内，此算法可以应用在制备薄壁结构件过程中.不同路径下316不锈钢电弧增材组织和性能/刘黎明，等. 焊接学报， 2020， 41（12）：13-19.以316不锈钢为材料，探讨了平行往复、"十"字正交、插补堆积三种不同路径下TIG电弧增材试件微观组织及力学性能的差异.结果表明，三组试件中部组织存在明显差异，平行往复试件树枝晶粗大发达，生长方向高度一致."十"字正交试件树枝晶生长方向多，枝晶紊乱，层间过渡区域大.插补堆积试件二次枝晶不发达，组织细密.在显微硬度方面，三组试件的维氏硬度自底板至顶部呈现先减小后增大的趋势，平行往复试件显微硬度最大.在拉伸性能方面，平行往复试件纵向抗拉强度最高，纵向受力时可采用该方式增材.插补堆积试件横向抗拉强度最高，横向受力时可采用该方式增材."十"字正交试件力学性能表现出各向同性，多向受力且对塑性要求较高时可采用该方式增材.基于分区减光的电弧增材制造熔敷道尺寸主被动联合视觉检测/韩庆璘，等. 焊接学报，2020， 41（9）： 28-32.设计了电弧增材制造熔敷道成形尺寸主被动联合视觉检测方法，以克服结构光主动视觉传感的滞后性与被动视觉传感的信息单一性.为了实现极高亮度的熔池与极低亮度的结构光条纹在同一CCD靶面同时清晰成像，提出了分区减光策略，对熔池与结构光条纹进行差异化的减光，使二者光强在减光之后水平相当，进而清晰成像.相机成像光路分析表明，需要将分区减光元件设置在镜头前方一倍焦距以外或镜头后方焦点与靶面之间.该方法实现了单CCD在一幅图像中同时清晰拍摄熔池和结构光条纹.开发了一套图像处理算法，实时提取出了熔敷道尺寸.结果表明，熔敷道高度检测误差优于0.1 mm，宽度检测误差优于0.2 mm.熔化极电弧增材制造18Ni马氏体钢组织和性能/杨东青，等. 焊接学报， 2020， 41（8）： 6-9， 21.采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体，研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能.结果表明，增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶，沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异：构件组织顶部为马氏体，硬度平均值为360 HV;中部和底部区域则为马氏体和奥氏体且中部硬度平均值为468 HV，略高于底部硬度平均值437 HV;构件纵向抗拉强度（1 375 MPa）高出横向抗拉强度（1 072 MPa）约28.3%，对应的断后伸长率分别为1.1%和0.8%.对增材构件进行825℃保温1 h的固溶热处理后，析出相重新溶入奥氏体，构件组织转变为马氏体，硬度值下降（平均值为328 HV），变化波动小;纵向和横向抗拉强度相当，分别为1 025 MPa和1 034 MPa，断后伸长率分别为6%和14%.308L不锈钢热丝等离子弧增材构件组织和性能/冯曰海，等. 焊接学报， 2021， 42（5）： 77-83.随着增材构件重量的大幅度增加和形状复杂性的急速提升，增材时间成本占比越来越高，为了在保持焊枪达到尽可能多空间位置的基础上，提高熔敷效率，降低时间成本比例，提出了热丝等离子弧增材制造工艺.分别采用冷丝等离子弧增材制造（CWPAM）和热丝等离子弧增材制造（HWPAM）两种工艺进行了50层直壁体增材对比试验，研究了HWPAM工艺的特性，并对增材试样的显微组织和力学性能进行对比分析.结果表明，HWPAM工艺的平均熔敷效率提高了105%，在电弧行进速度为20 cm/min时，熔敷金属损失率最多可降至1.42%，比CWPAM工艺降低了6.18%.在电弧行进速度为50 cm/min时，试样内部存在大量非等轴铁素体，平均晶粒直径从CWPAM工艺的8.37 μm细化到7.62 μm. HWPAM试样的抗拉强度均在700 MPa以上，断后伸长率最高可达到53%，比CWPAM工艺提高了6.25%.薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺分析/薛丁琪，等. 焊接学报， 2021， 42（4）： 42-48.基于冷金属过渡技术，研究了全封闭薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺.首先在单层单道熔敷层圆弧形截面轮廓的基础上推导了单道多层熔敷层的叠加数学模型;其次建立了可根据薄壁结构尺寸获取合理工艺参数的等体积电弧增材模型，最后通过试验数据验证了模型的可靠性.基于该模型，建立了工艺参数（送丝速度、电弧移动速度）与成形件尺寸之间的关系，在优化的增材工艺下成形出了外观质量良好的薄壁中空环形工件，并将成形件扫描得到的实际轮廓与理论轮廓进行对比，验证了叠加模型和等体积增材模型的准确性以及工艺的可行性.等离子弧增材制造双金属交织结构微观组织及力学性能/郭顺，等. 焊接学报， 2021， 42（3）： 14-19.以18Ni高强钢和高氮奥氏体不锈钢为丝材，采用等离子弧增材制造高强钢-高氮钢双金属交织结构，通过对高强钢-高氮钢双金属交织结构的微观组织观察、显微硬度及抗拉强度等力学性能试验研究了双金属交织结构的组织转变特征及其与力学性能关系.结果表明，在高氮钢区域显微组织主要为奥氏体等轴晶及树枝晶，高强钢区域为板条状马氏体.高强钢区域硬度变化范围为480～500 HV;高氮钢区域硬度变化范围为310～320 HV.拉伸试验结果表明，交织结构在x向抗拉强度均值为1 092 MPa，略低于y向抗拉强度1 189 MPa;x向断后伸长率均值为20.0%，与y向断后伸长率19.5%相差不大;断口呈暗灰色、明显纤维状，分布有大量的等轴韧窝，韧窝尺寸大而深，断口边缘存在明显剪切唇区，属于韧性断裂.典型薄壁结构件增材制造焊接路径规划优化算法/李天旭，等. 焊接学报， 2021， 42（2）： 69-74.针对复杂曲面薄壁件的电弧增材制造引入有理B样条曲线求取成形轨迹.首先根据预制件三维模型提取轮廓数据建立轨迹曲线方程，自动生成成形路径;然后通过边缘曲线方程计算预制件在z轴方向上偏移量，进行高度补偿预测，提高分层精度，实现基于高度预测的分层算法优化.另一方面针对具有相交特征的薄壁件交叉点处焊高过高等问题，基于相反、相切成形路径思想设计最佳路径，同时可以尽量减小由于应力集中和热累计产生的误差.最后通过试验得到不同焊接参数下对应焊缝尺寸，确定合适的焊接参数范围，并通过典型复杂薄壁件的成形试验验证优化算法可行性.结果表明，电弧增材制造成形路径规划优化算法提高了分层精度，实现了基于高度预测的分层算法优化，并且制备的实体件表面成形良好，成形尺寸误差在可接受范围内，此算法可以应用在制备薄壁结构件过程中.不同路径下316不锈钢电弧增材组织和性能/刘黎明，等. 焊接学报， 2020， 41（12）：13-19.以316不锈钢为材料，探讨了平行往复、"十"字正交、插补堆积三种不同路径下TIG电弧增材试件微观组织及力学性能的差異.结果表明，三组试件中部组织存在明显差异，平行往复试件树枝晶粗大发达，生长方向高度一致."十"字正交试件树枝晶生长方向多，枝晶紊乱，层间过渡区域大.插补堆积试件二次枝晶不发达，组织细密.在显微硬度方面，三组试件的维氏硬度自底板至顶部呈现先减小后增大的趋势，平行往复试件显微硬度最大.在拉伸性能方面，平行往复试件纵向抗拉强度最高，纵向受力时可采用该方式增材.插补堆积试件横向抗拉强度最高，横向受力时可采用该方式增材."十"字正交试件力学性能表现出各向同性，多向受力且对塑性要求较高时可采用该方式增材.基于分区减光的电弧增材制造熔敷道尺寸主被动联合视觉检测/韩庆璘，等. 焊接学报，2020， 41（9）： 28-32.设计了电弧增材制造熔敷道成形尺寸主被动联合视觉检测方法，以克服结构光主动视觉传感的滞后性与被动视觉传感的信息单一性.为了实现极高亮度的熔池与极低亮度的结构光条纹在同一CCD靶面同时清晰成像，提出了分区减光策略，对熔池与结构光条纹进行差异化的减光，使二者光强在减光之后水平相当，进而清晰成像.相机成像光路分析表明，需要将分区减光元件设置在镜头前方一倍焦距以外或镜头后方焦点与靶面之间.该方法实现了单CCD在一幅图像中同时清晰拍摄熔池和结构光条纹.开发了一套图像处理算法，实时提取出了熔敷道尺寸.结果表明，熔敷道高度检测误差优于0.1 mm，宽度检测误差优于0.2 mm.熔化极电弧增材制造18Ni马氏体钢组织和性能/杨东青，等. 焊接学报， 2020， 41（8）： 6-9， 21.采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体，研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能.结果表明，增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶，沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异：构件组织顶部为马氏体，硬度平均值为360 HV;中部和底部区域则为马氏体和奥氏体且中部硬度平均值为468 HV，略高于底部硬度平均值437 HV;构件纵向抗拉强度（1 375 MPa）高出横向抗拉强度（1 072 MPa）约28.3%，对应的断后伸长率分别为1.1%和0.8%.对增材构件进行825℃保温1 h的固溶热处理后，析出相重新溶入奥氏体，构件组织转变为马氏体，硬度值下降（平均值为328 HV），变化波动小;纵向和横向抗拉强度相当，分别为1 025 MPa和1 034 MPa，断后伸长率分别为6%和14%.308L不锈钢热丝等离子弧增材构件组织和性能/冯曰海，等. 焊接学报， 2021， 42（5）： 77-83.随着增材构件重量的大幅度增加和形状复杂性的急速提升，增材时间成本占比越来越高，为了在保持焊枪达到尽可能多空间位置的基础上，提高熔敷效率，降低时间成本比例，提出了热丝等离子弧增材制造工艺.分别采用冷丝等离子弧增材制造（CWPAM）和热丝等离子弧增材制造（HWPAM）两种工艺进行了50层直壁体增材对比试验，研究了HWPAM工艺的特性，并对增材试样的显微组织和力学性能进行对比分析.结果表明，HWPAM工艺的平均熔敷效率提高了105%，在电弧行进速度为20 cm/min时，熔敷金属损失率最多可降至1.42%，比CWPAM工艺降低了6.18%.在电弧行进速度为50 cm/min時，试样内部存在大量非等轴铁素体，平均晶粒直径从CWPAM工艺的8.37 μm细化到7.62 μm. HWPAM试样的抗拉强度均在700 MPa以上，断后伸长率最高可达到53%，比CWPAM工艺提高了6.25%.薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺分析/薛丁琪，等. 焊接学报， 2021， 42（4）： 42-48.基于冷金属过渡技术，研究了全封闭薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺.首先在单层单道熔敷层圆弧形截面轮廓的基础上推导了单道多层熔敷层的叠加数学模型;其次建立了可根据薄壁结构尺寸获取合理工艺参数的等体积电弧增材模型，最后通过试验数据验证了模型的可靠性.基于该模型，建立了工艺参数（送丝速度、电弧移动速度）与成形件尺寸之间的关系，在优化的增材工艺下成形出了外观质量良好的薄壁中空环形工件，并将成形件扫描得到的实际轮廓与理论轮廓进行对比，验证了叠加模型和等体积增材模型的准确性以及工艺的可行性.等离子弧增材制造双金属交织结构微观组织及力学性能/郭顺，等. 焊接学报， 2021， 42（3）： 14-19.以18Ni高强钢和高氮奥氏体不锈钢为丝材，采用等离子弧增材制造高强钢-高氮钢双金属交织结构，通过对高强钢-高氮钢双金属交织结构的微观组织观察、显微硬度及抗拉强度等力学性能试验研究了双金属交织结构的组织转变特征及其与力学性能关系.结果表明，在高氮钢区域显微组织主要为奥氏体等轴晶及树枝晶，高强钢区域为板条状马氏体.高强钢区域硬度变化范围为480～500 HV;高氮钢区域硬度变化范围为310～320 HV.拉伸试验结果表明，交织结构在x向抗拉强度均值为1 092 MPa，略低于y向抗拉强度1 189 MPa;x向断后伸长率均值为20.0%，与y向断后伸长率19.5%相差不大;断口呈暗灰色、明显纤维状，分布有大量的等轴韧窝，韧窝尺寸大而深，断口边缘存在明显剪切唇区，属于韧性断裂.典型薄壁结构件增材制造焊接路径规划优化算法/李天旭，等. 焊接学报， 2021， 42（2）： 69-74.针对复杂曲面薄壁件的电弧增材制造引入有理B样条曲线求取成形轨迹.首先根据预制件三维模型提取轮廓数据建立轨迹曲线方程，自动生成成形路径;然后通过边缘曲线方程计算预制件在z轴方向上偏移量，进行高度补偿预测，提高分层精度，实现基于高度预测的分层算法优化.另一方面针对具有相交特征的薄壁件交叉点处焊高过高等问题，基于相反、相切成形路径思想设计最佳路径，同时可以尽量减小由于应力集中和热累计产生的误差.最后通过试验得到不同焊接参数下对应焊缝尺寸，确定合适的焊接参数范围，并通过典型复杂薄壁件的成形试验验证优化算法可行性.结果表明，电弧增材制造成形路径规划优化算法提高了分层精度，实现了基于高度预测的分层算法优化，并且制备的实体件表面成形良好，成形尺寸误差在可接受范围内，此算法可以应用在制备薄壁结构件过程中.不同路径下316不锈钢电弧增材组织和性能/刘黎明，等. 焊接学报， 2020， 41（12）：13-19.以316不锈钢为材料，探讨了平行往复、"十"字正交、插补堆积三种不同路径下TIG电弧增材试件微观组织及力学性能的差异.结果表明，三组试件中部组织存在明显差异，平行往复试件树枝晶粗大发达，生长方向高度一致."十"字正交试件树枝晶生长方向多，枝晶紊乱，层间过渡区域大.插补堆积试件二次枝晶不发达，组织细密.在显微硬度方面，三组试件的维氏硬度自底板至顶部呈现先减小后增大的趋势，平行往复试件显微硬度最大.在拉伸性能方面，平行往复试件纵向抗拉强度最高，纵向受力时可采用该方式增材.插补堆积试件横向抗拉强度最。
金属增材制造技术在武器装备的应用和发展
金属增材制造技术在武器装备的应用和发展摘要：金属增材制造技术可以快速制造出形状复杂的金属构件，作为制造高性能武器装备复杂构件的新型方法，分析金属制造技术在武器装备领域的典型案例，在此基础之上，探究金属增材制造技术在武器装备领域的未来发展趋势。
关键词：金属增材；武器装备；发展态势引言通过把金属增材制造技术应用于武器装备上，可以制造出大批量的武器零部件，武器装备产业呈现出智能化的发展趋势，以往的锻造工艺并不能满足现代的武器制造需求。
金属增材制造技术有助于构成一体化的结构部件。
1、金属增材制造技术在武器装备上的运用1.1面向武器装备增材制造的高性能金属材料设计电子束和电弧等金属增材制作是快速加热和冷却的流程，在复杂的热力作用下构成和传统制作工艺不同的显微组织特性。
首先，在热源作用下，合金元素的烧损会导致增材制集合体整体的合金元素从目标成分脱离；在金属增材制造凝结过程中溶质元素的再分配容易引起偏析，增材制造集合体的部分合金元素偏离目标成分，整体和部分合金元素的含量影响构件的应用功能。
其次，在金属增材的制备过程中，熔体流动性和表观氧化直接影响成形性和缺点敏感性。
另外，由于在增材制作时在多个流路中蓄积而产生的"升温-降温-升温"热轮回、在部件中产生的"压缩应力-拉伸应力-压缩应力"的应力，在增材制作部件中容易产生凝结裂纹、再热裂纹、液化裂纹等缺点。
所以，用于增材制作的金属材料成分设计需要分析合金元素熔体的流动和氧化、热轮回等冶金过程的影响。
但是，目前金属增材制作技术中使用的许多金属粉末、丝绸原料往往是与铸造锻件相似的成分，这些增材制作冶金过程和工艺特点对合金元素品种和含量要求很高，金属材料的增材制作过程存在成型性差、功能差等特点，难以满足武器装备零部件的生产需求。
1.2基于增材制造工艺的高性能金属材料设计和制备武器制造要求高标准，金属材质具有高强度、耐腐蚀性能、耐磨性等功能，因此以高性能金属材料作为武器装备有值得关注的热点。
增材制造技术最新版精品课件第三章 可用于增材制造的主要原材料
3.1 材料类型
（2）热固性塑料
加热后固化，形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料。在热固性塑 料中典型代表是光敏树脂，它是由光引发剂和树脂（低聚物、稀释剂及少 量助剂）两大部分组成。
AM中使用的典型光聚合物材料由单体、低聚物、光引发剂和各种其他 添加剂组成，这些添加剂包括抑制剂、染料、消泡剂、抗氧化剂、增韧剂 等，它们能有助于调整光聚合物的特性。首先被用于光聚合的光聚合物是 紫外光（UV）引发剂和丙烯酸酯单体的混合物，Vinylethers是早期树脂中 使用的另一类单体，但是丙烯酸酯和乙烯基醚树脂的收缩率较大（约5％到 20％），当零件采用分层制造时，这会导致零件内部的残余应力积累，从 而引起零件产生明显的翘曲。丙烯酸酯树脂的另一个缺点是它们的聚合反 应容易被大气中的氧气所抑制。在90年代初期采用环氧树脂来解决这些缺 点，它给光聚合制造工艺带来了巨大变革的同时使树脂的配方更加复杂。
增材制造技术
第3章 可用于增材制造的主要原材料
本章重难点
❖ 本章重点 材料类型，如塑料材料、金属材料、陶瓷材料、复合材料等 材料形式 各工艺常用材料
❖ 本章难点
粉末床熔融原料特性
复合材料的特性
SLM的常用材料 FDM的常用材料
第3章 可用于增材制造的主要原材料
1 材料类型 2 材料形式 3 各工艺常用材料
图3-4 自由基光聚合步骤
阳离子光聚合以类似的方式进行，与自由基
聚合不同的是光引发机理不同以及用于将电荷转移 到单体（代替阴离子）的阳离子引发剂的差异。
3.1 材料类型
商业AM树脂是丙烯酸酯、环氧树脂和其它低聚物材料的混合物。丙烯酸酯倾向于快速反 应，而环氧树脂为零件提供强度和韧性。丙烯酸酯属于自由基聚合，而环氧树脂以阳离子聚 合来形成聚合物。两种类型的单体彼此不反应，但它们混合后，会反应形成互穿聚合物网络 （IPN）。IPN是一类特殊类型的聚合物，其中两种聚合物通常为网络形式，其最初由两个并 行反应而不是简单的机械混合过程产生的。
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扩散焊固相增材制造技术与工程化应用
张昊;李京龙;孙福;熊江涛;张赋升
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2018(061)008
【摘 要】扩散焊固相增材制造技术是采用分层实体制造(laminated object
manufacturing,LOM)思想,用机加工、化学蚀刻等精密加工方法制作出二维层板
结构,然后将层板按照三维结构顺序装配堆叠,通过固相扩散焊连接整体成形,是工业
化应用最成熟的固相增材制造方法.介绍了该方法针对不同材料在航空航天、核能、
精细化工、船舶、注塑模具等领域已实现工程化的典型应用以及设备制造现状,并
预测了未来扩散焊工艺开发与设备制造的发展方向.
【总页数】8页(P68-75)
【作 者】张昊;李京龙;孙福;熊江涛;张赋升
【作者单位】西北工业大学凝固技术国家重点实验室,西安 710072;西北工业大学
摩擦焊接陕西省重点实验室,西安 710072;陕西智拓固相增材制造技术有限公司,渭
南 714026;西北工业大学摩擦焊接陕西省重点实验室,西安 710072;西北工业大学
摩擦焊接陕西省重点实验室,西安 710072
【正文语种】中 文
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