316不锈钢在含沙两相射流中长时间冲蚀的实验研究

采用含沙射流对316不锈钢进行了20 h以上的长时间冲蚀行为研究。对三个不同冲击角度下不锈钢的质量损失和表面形貌进行了研究和分析。结果表明,冲击角度为90°时,不锈钢的质量损失最大,冲击角度为60°时,不锈钢的质量损失最小。在90°连续冲击18 h之后,不锈钢质量损失趋于平缓,几乎不再发生变化;而在75°和60°连续冲击28 h后不锈钢的质量损失仍然呈上升趋势。SEM结果表明,90°冲击下的样品表面出现多个冲击坑,75°冲击下样品表面出现划痕,60°冲击下样品表面出现的刮痕较多且较长,这与不同冲击角度时不同的磨损机理有关。冲击角较大时,石英砂颗粒对材料的破坏机理是以正碰为主,冲击角较小时,颗粒对材料的破坏机理则是犁削作用。     

半球头和平头试件的泰勒撞击

为研究不同头型对泰勒(Taylor)撞击载荷的影响,在材料静动态力学性能实验和Taylor撞击实验的基础上进行数值模拟,分析试件在撞击过程中的接触力、速度和外形尺寸等参量的变化历程。结果表明:在相同的撞击速度下,半球头试件的塑性变形程度更大;半球头试件的撞击载荷上升沿变缓,载荷脉冲时间增长,而两种试件的载荷平台段幅值相当。根据实验和数值模拟结果,进一步分析了霍普金森杆测试Taylor撞击载荷历程的适用性。     

304不锈钢点蚀声发射监测研究

为研究304不锈钢在高于常温条件下的点蚀声发射特性,对70℃下6%氯化铁溶液中304不锈钢点蚀过程进行了声发射监测。采用参数和波形分析相结合的方法处理信号,并通过点蚀形貌观察进行验证。结果表明声发射撞击和能量随时间逐渐增加,在某一时段达到峰值,随后下降并维持平稳状态。信号波形主要由幅度、能量较大的低频段(<100kHz)弯曲波和幅度、能量较小的高频段(>100 kHz)扩展波构成。研究结果对304不锈钢高于常温条件下声发射点蚀监测具有一定意义。      

强激光加载下锡材料微喷颗粒与气体混合回收实验研究及颗粒度分析

冲击波在金属材料自由面卸载时,材料表面会形成微颗粒向外喷射,这是材料表面一种特殊的破坏形态.在内爆压缩和高压工程领域的相关物理过程中,微喷射颗粒是引起界面混合现象的重要来源,会直接影响后期的混合状态和压缩过程.而微颗粒的尺寸、形态、运动速度等是开展微喷混合过程理论和数值模拟研究的重要参数.由于实验中动态诊断的难度较大,目前已获取的微喷颗粒尺寸及分布数据十分有限.基于神光Ⅲ原型激光装置,本文设计并开展了强激光驱动冲击加载,锡材料微喷颗粒经过气体区混合后,低密度泡沫材料对微颗粒进行回收分析的实验研究.通过对微喷颗粒回收样品的X光电子计算机断层扫描分析和图像重建,获得了两个典型加载压强条件下与气体混合后微喷颗粒的三维图像,通过与真空实验条件下回收微喷颗粒图像的对比分析,对混合后的微喷颗粒分布形态有了初步的认识;测量统计了回收颗粒尺寸与数目,并通过分析,给出了微喷颗粒尺寸的双指数分布规律.     

表面状态对强流脉冲电子束辐照诱发金属表面熔坑的影响

 为了考察材料晶体学特性对表面熔坑形成机制的影响,利用强流脉冲电子束（HCPEB）对喷丸前、后的304奥氏体不锈钢进行表面辐照处理,对HCPEB诱发的表面熔坑形貌进行了详细的表征。实验结果表明,HCPEB辐照后样品表面形成了大量的火山状熔坑,熔坑数密度和熔坑尺寸随电子束能量的增加而减小,材料表面的杂质或夹杂物容易成为熔坑的核心,并在熔坑形成的喷发过程中被清除,起到净化表面的作用。此外,喷丸前、后样品表面熔坑数密度遵循相似的分布规律,喷丸处理使熔坑数密度显著增大,表明材料的晶体学特性对表面熔坑形成有重要的影响,晶界、位错等结构缺陷是熔坑形核的择优位置。     

液相电化学法制备类金刚石薄膜及其摩擦性能研究

采用自行设计的液相法沉积装置,以甲醇有机溶剂作为碳源,利用液相电化学沉积技术在不锈钢及Si基底上制备了类金刚石薄膜;用扫描电镜、Raman光谱仪表征了沉积薄膜的表面形貌和结构;用UMT-2M摩擦磨损试验机对两种沉积薄膜进行了摩擦性能测试。结果表明:经电化学沉积的类金刚石薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;Raman光谱在1 332cm-1处有强的谱峰,与金刚石的特征峰相吻合,其中不锈钢基底上薄膜的sp3含量更高;不锈钢基底沉积膜的摩擦系数为0.12,Si片基底沉积膜的摩擦系数为0.10;不锈钢基底沉积膜的耐磨性较Si片沉积膜高。     

射流抛光中抛光液黏度对材料去除函数的影响

抛光液黏度是影响射流抛光(FJP)效果的重要因素,针对硬脆光学元件射流抛光中对抛光液黏度缺乏系统研究的现状,研究了抛光液黏度变化对材料去除函数的影响。建立射流抛光连续相、离散相模型和磨损模型,计算不同黏度下磨粒运动轨迹,分析磨料颗粒撞击速度矢量随黏度的变化规律。配置不同黏度相同质量分数的抛光液,结合BK7工件静态采斑实验研究与塑性磨损理论计算,获得不同黏度下的材料去除函数,分析黏度对去除函数的影响机制,并进一步研究由此引起的工件表面粗糙度变化。结果表明:随着抛光液黏度增大,材料去除函数的去除深度减小、去除形状及去除范围保持不变,这有利于降低工件表面粗糙度。该研究扩展了现有光学元件射流抛光材料去除理论,对实际抛光液黏度调控具有理论指导意义。     

Au纳米颗粒和CdTe量子点复合体系发光增强和猝灭效应

利用金属蒸发真空多弧离子源注入机, 将Au离子注入到高纯石英玻璃来制备镶嵌有Au 纳米颗粒的衬底材料, 随后将化学方法合成的CdTe量子点旋涂在玻璃衬底上制备了Au纳米颗粒和CdTe量子点复合体系. 通过对镶嵌有Au纳米颗粒的衬底进行热退火处理来控制Au纳米颗粒的生长和分布, 系统研究了Au纳米颗粒的局域表面等离子体共振对CdTe量子点光致发光性能的影响. 利用光学吸收谱、原子力显微镜、透射电子显微镜和光致发光谱对样品进行了表征和测试. 光致发光谱表明, Au纳米颗粒的局域表面等离子体对CdTe量子点的发光有增强效应也有猝灭效应. 深入分析了Au纳米颗粒和CdTe量子点之间的相互作用过程, 提出了关于Au-CdTe 纳米复合体系中CdTe 发光增强和猝灭的新机理. 该实验结果为利用金属纳米颗粒表面等离子体技术制备高发光性能的光电子器件提供了较好的参考.     

三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟

本文对三维气固两相混合层湍流拟序结构进行了直接数值模拟。气相流场应用拟谱方法对Ｎ－Ｓ方程组进行直接求解,通过模拟时间模式的混合层流动,分析流场失稳后涡的卷起、配对、合并及撕裂过程,研究三维混合层湍流拟序结构的演变特征;计算颗粒场时,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法,针对颗粒不同的Ｓｔｏｋｅｓ数,模拟了颗粒场的瞬态分布,并分析流场三维大涡结构对颗粒分布的影响。     

氮离子注入对聚四氟乙烯表面电荷积聚和消散特性的影响北大核心CSCD

为了抑制聚四氟乙烯材料表面电荷积聚,采用射频产生氮等离子体对其表面进行等离子体浸没离子注入以改善其表面性能。对注入前后的聚四氟乙烯材料样品进行了X射线光电子能谱分析(XPS)、傅里叶红外光谱测试(FTIR)、水接触角测量、表面电阻率测量以及表面电位衰减测量,并基于等温表面电位衰减理论对其表面陷阱能级和密度分布进行了计算,以分析聚四氟乙烯样品经离子注入处理后其表面成分和物理性能的变化,并研究了这些变化对聚四氟乙烯样品表面电荷积聚和消散特性的影响。结果表明:氮离子注入后,聚四氟乙烯材料表面化学成分的主要变化是自身分子结构的破坏和转化,部分CF2结构转变为CF和CF3结构,导致样品表面陷阱能级变浅;水接触角升至140°左右,比未处理样品上升了约27°,表面电阻率降至3×10^15Ω,比未处理样品下降了两个数量级;表面电晕放电1 min后,经氮离子注入处理的聚四氟乙烯材料表面积聚电荷量减少,消散速度加快,这是因为表面陷阱能级变浅有利于表面电荷脱陷,同时表面电阻率降低也促进了表面电荷沿面传导的消散过程,聚四氟乙烯样品表面陷阱能级分布曲线也证实了这一论点。     

颗粒固体应力转向比的光弹法探测

利用压敏双折射光学特性材料,实验测量了在自然堆积和密堆积两种制样方式下颗粒仓轴向荷载在仓壁上随深度的分布.发现在填充颗粒总质量相同、容器不变的情况下,颗粒仓轴向荷载在仓壁上的分布不随颗粒深度单调变化,而是随深度呈单峰结构,数值模拟与实验观察定性符合,并且发现峰值依赖于荷载大小和样品的制备方式.另外,我们也测量了在不同填充高度下的颗粒底部平均应力随轴向荷载的变化,将其与边壁应力对比,得到颗粒体系不同深度处的转向比.     

锂离子电池SnSb/MCMB核壳结构负极材料嵌锂性能研究

以酸处理的中间相碳微球(MCMB)为载体, 用化学还原法在碳球表面沉积SnSb合金, 合成SnSb 包覆碳球的核壳结构负极材料. 采用XRD, SEM技术对材料的结构和形貌进行了表征, 用恒电流充放电(CC)、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)测试了材料的电化学性能. 实验结果表明: SnSb/MCMB样品呈现纳米晶与非晶态的混合组织; 单一SnSb合金的容量衰减较快, 而对于SnSb/MCMB复合材料, 细小的合金颗粒均匀钉扎在MCMB表面, 不仅改善了颗粒的团聚现象, 而且增强了材料的导电能力, 使材料的循环稳定性得到改善, 复合材料具有936.161 mAh/g的首次放电比容量, 首次库仑效率80.3%, 50次循环后容量维持在498.221 mAh/g. 关键词： SnSb合金 锂离子电池 中间相碳微球(MCMB) 电化学性能     

基于FLUENT的动态高压微射流内部孔道流场的数值模拟

 以动态高压微射流振荡反应腔内部孔道流场为研究对象,建立了反应腔内部孔道的几何模型和网格模型,选择SIMPLEC算法和RNG k-ε模型,运用FLUENT软件对流场进行数值模拟,以揭示流场内各位置上的静压和速度分布。计算结果表明：高速射流撞击增加了流场内的撞击作用力,流速的急剧增加使速度梯度迅速加大,剪切应力极大增强,保证了微射流均质机极佳的作用效果;由于反应腔内部孔道流场的静压与速度变化相反,静压的急剧变化使空穴效应及压力释放效应极大增强,空穴作用力得以强化,对微射流均质机反应腔内的材料产生“腐蚀”作用。设计反应腔内部孔道时,在保证撞击区速度的前提下,应适当减小进料速度和分流管进口拐角角度,并选用较短的出料管。     

AISI 304L奥氏体不锈钢表面微孔结构的强流脉冲电子束快速制备与表征

 利用强流脉冲（HCPEB）电子束技术,对AISI 304L奥氏体不锈钢进行了辐照处理,并利用透射电子显微镜对HCPEB诱发的空位簇缺陷进行了表征。实验结果表明,HCPEB辐照金属可在辐照表层诱发大量的过饱和空位,并形成空位型位错圈和堆垛层错四面体（SFT）。利用金相显微镜、扫描电子显微镜和非接触式光学轮廓仪,对其表面形貌进行了详细的表征,发现电子束处理后的样品表面形成了高密度、弥散分布和尺寸细小的微孔,表面微孔是由于HCPEB轰击诱发的大量空位(簇)缺陷,以线或面等结构缺陷为路径,向表层迁移导致空位的累积而形成的。采用HCPEB技术,选择合适的材料和辐照工艺参数,可以成功地制备出表面多孔金属材料。     

强流脉冲电子束作用下AISI 304L奥氏体不锈钢的微观结构与腐蚀性能

利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术,对AISI 304L奥氏体不锈钢进行了表面辐照处理,详细考察了辐照前、后材料表面的微观结构和腐蚀性能。实验结果表明:经过HCPEB辐照后,材料表面的抗腐蚀性能有所改善;表面喷发形成熔坑实现清除夹杂物的净化作用,以及表面形成厚而致密的钝化膜可有效地阻碍点蚀,均是提高材料抗腐蚀性能不可忽视的因素。透射电子显微镜分析结果表明,HCPEB辐照材料表层时,诱发了大量的过饱和空位缺陷以及类型丰富且密度很高的线、面晶体缺陷,空位缺陷的凝聚形成了空位型位错圈和堆垛层错四面体等空位簇缺陷。这些缺陷有助于形成厚而致密的表面钝化膜,进而阻止阴离子穿过表面钝化膜,延迟腐蚀进程,提高受辐照材料的抗腐蚀性能。     

球面微喷气-粒混合的物理建模与三维数值模拟

基于自编气体-颗粒两相流程序,对球面会聚冲击波作用于样品球形自由面而形成的喷射颗粒与气体相互作用问题进行了三维数值模拟。根据微喷过程特点及文献数据,通过建模的方法确定颗粒初始分布状态,而运动自由面对气体的作用采用虚拟流体流-固耦合方法处理,并只考虑气体与颗粒之间的定常阻力。数值模拟给出了气体流场和颗粒的演化情况,颗粒云团自然地分成高密度低速区和低密度高速区,该结果与微喷实验的认识基本一致。     

考虑双向耦合效应的格子Boltzmann气固两相湍流模型

在流体粒子概率密度函数输运方程中考虑颗粒对流体的反作用力,发展了考虑双向耦合效应的LB气固两相流模型,引入Smagorinsky亚格子模型模拟高雷诺数气相流场.对经典后台阶气固两相流动进行模拟,气相和颗粒相速度分布与实验结果进行比较,发现考虑双向耦合效应的LB气固两相流模型结果明显优于单向耦合结果.进一步研究不同惯性颗粒在流场中的弥散特性,小颗粒(St~O(0.1))对流体的跟随性较好,在流场中分布较为均匀;而St~O(1)的颗粒难被流场涡卷吸进入涡内,呈现倾向性弥散现象;大颗粒(St~O(10))由于自身惯性进入流场涡,在流场中分布较为均匀.     

钽的层裂实验数值模拟

 采用连续介质力学基唯象模型模拟分析了钽的平板撞击层裂行为。该模型包括了材料的非线性弹性（状态方程）、率相关塑性和孔洞的形核及生长等多种效应,并且采用一种对角隐式Runge-Kutta方法来求解本构率方程组,提高了热粘塑性本构关系计算的稳定性及精度。将数值模拟结果和相关实验数据进行了对比分析,结果表明,对于样品中的拉应力峰值明显高于材料层裂强度的实验（中、高速平板撞击实验）,理论模型具有较好的预估能力,但对于临界层裂问题（低速平板撞击实验）,该模型对材料损伤与失效过程的描述可能不够准确,需要进一步改进。     

真空室材料二次电子产额特性研究

设计了针对加速器真空室材料样品的二次电子产额测试装置. 对测试装置的设计及测试过程进行了详细介绍, 并给出了常见真空室材料的二次电子产额测试结果以及不锈钢材料在经过镀~TiN~薄膜处理前后的测试对比结果, 分析了影响二次电子产额的一些因素, 为真空室的表面处理提供了依据.     

真空室材料二次电子产额特性研究

设计了针对加速器真空室材料样品的二次电子产额测试装置.对测试装置的设计及测试过程进行了详细介绍,并给出了常见真空室材料的二次电子产额测试结果以及不锈钢材料在经过镀TiN薄膜处理前后的测试对比结果,分析了影响二次电子产额的一些因素,为真空室的表面处理提供了依据.