AZ91镁合金CMT增材制造成形、组织与性能的研究

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiong100
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
镁合金具有密度低、导热性好、抗冲击性好、比强度高、比刚度高和生物相容性好等特点,在汽车、军工、航空航天、生物医疗和3C行业等领域具有广阔的应用前景。电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)可以缩短复杂结构件制造周期,实现小批量快速制造。使用基于冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)技术的WAAM方法进行镁合金零部件的制造,可以有效降低堆积过程中的熔滴飞溅,从而保证制造构件的成形稳定可控;同时,与传统电弧焊接方法相比,CMT焊接过程中的热输入相对较低,能够更好满足镁合金WAAM构件的控性要求。针对镁合金较差的焊接性、WAAM试样成形精度较低和单壁墙有效壁厚较小的问题,开展镁合金CMT-WAAM技术的研究,对于镁合金构件的制造以及产品的应用推广具有重要的理论意义和工程价值。本文首先对AZ91镁合金CMT堆积过程中的电参数波形特征及熔滴过渡过程进行分析,结合镁合金材料属性以及熔滴受力情况,揭示了镁合金CMT电参数波形变化规律及熔滴过渡行为。其次,开展AZ91镁合金CMT-WAAM单壁墙成形试验,得出了工艺参数对试样成形的影响规律及工艺优化方案;对试样微观组织及力学性能进行测试分析,弄清了微观组织演变规律,并找出了影响单壁墙试样力学性能的主要因素。最后,将电弧摆动应用于AZ91镁合金CMT-WAAM中,研究并阐明了电弧摆动热作用对单壁墙试样成形、微观组织和力学性能的影响规律及作用机理。研究结果表明,在镁合金CMT短路阶段引入短路脉冲,可以促进熔滴过渡中缩颈的形成,从而实现无飞溅的短路过渡过程;同时还可以改善焊缝表面均匀性。AZ91镁合金CMT增材制造单壁墙试样容易出现“S”形特征,堆积层宽度越大、上表面越平整,单壁墙试样成形质量越高;试样由α-Mg等轴晶基体和沿晶界分布的条纹状β-Mg17Al12构成;试样的抗拉强度为205.0 MPa~236.4 MPa,高于铸态AZ91镁合金的抗拉强度(160 MPa),但略低于铸态+T4时效处理AZ91镁合金的抗拉强度(240 MPa)。引入电弧摆动后,单壁墙试样的有效壁厚从7.0mm提升至18.7 mm,有效使用率从84.2%提升至91.0%;α-Mg晶粒等轴晶特征更为明显,β-Mg17Al12相变得细小且弥散;电弧摆动可以有效提升试样的力学性能,试样的抗拉强度可以达到245.2 MPa~250.3 MPa,比未加入摆动的试样抗拉强度高出10%左右。
其他文献
316H不锈钢是在316系列钢的基础上针对更高服役温度需求而开发出的一种新型、具有更高含碳量的奥氏体不锈钢,作为第四代核反应堆结构部件的候选材料。核反应堆机组在服役过程中,由于机组频繁的功率变动和启停过程带来的温度波动,会使得核电机组中的部分结构部件处于长时间的低周疲劳行为中,容易造成材料的疲劳行为失效。因此研究316H钢在高温下的低周疲劳行为及微观组织演变过程,有利于316H钢的性能了解和应用,
学位
为抑制飞机、高铁等物体表面的覆冰问题,可利用疏冰原理构建防覆冰涂层。聚硅氧烷材料表面能低,与冰的粘附强度小,是制备防覆冰涂层的重要原料之一,但其力学性能以及环境耐受性较差,引入物理化学性能稳定、具备自修复能力的聚脲,弥补聚硅氧烷的缺陷。本文利用聚硅氧烷与二异氰酸酯合成聚二甲基硅氧烷聚脲预聚物(PDMSPU),分别添加惰性硅油、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯(TAPOB)交联剂以及Si O2纳米
学位
具有强近红外(NIR)吸收的窄带隙共轭聚合物在光电、传感、通讯及医疗领域具有广阔的应用前景,然而受限于受体单元的发展,广泛用于构筑窄带隙共轭聚合物的给体-受体(D-A)策略难以实现聚合物在近红外二区(NIR-Ⅱ)的强吸收。研究表明,提高聚合物骨架的醌式特征是另一种降低聚合物带隙的有效策略。基于此,本论文设计合成了以噻吩取代吡咯并吡咯二酮(DPP)为核、吲哚酮及其衍生物为端基的缺电子醌式单元,并以此
学位
雾的形成会降低透明材料的清晰度,制备亲水性防雾涂层是常用的防雾手段,以聚乙烯醇(PVA)为原料制备的亲水性涂层在防雾方面有良好的应用,但仍存在涂层低温结霜等问题。PVA因其具有冰重结晶抑制活性,有研究表明,PVA水凝胶体系中添加海藻糖(Tre)可以增强其水合作用,且海藻糖具有良好的抗冻性能。本文制备了Tre接枝改性PVA,以提高PVA涂层防霜性能,同时应用到红细胞的冷冻保存。通过接枝聚合反应制备了
学位
近年来锂离子电池安全事故频发,使其在大型储能领域的应用受到了限制。为了解决这一问题,水系锌离子电池作为一种理想的绿色电池体系成为了研究的热门领域。本论文以具有大间距层状结构的V2O5为研究对象,对其进行部分氮化和阳离子掺杂,改善了V2O5自身导电性差以及锌离子存储困难的问题,最大程度提升其电化学性能。文中系统地研究了材料的微观形貌,物相组成,以及作为水系锌离子电池正极材料的电化学性能。首先通过水热
学位
随着人们对于环境可持续发展的日益重视,利用生物基来源、可堆肥降解的高分子材料替代部分不可降解高分子材料成为科学家们研究的一个主要热点。作为一种典型的生物来源的环境友好型高分子材料,聚乳酸(PLA)材料具有很多的优良特性,包括良好的生物相容性、高强度、高模量以及优异的光学透明性。但由于其玻璃化转变温度较高,耐冲击强度低、柔性和弹性差、脆性较大,使PLA的应用领域受到很大限制,因而要对PLA材料进行增
学位
以锂和钾为代表的碱金属负极由于具有极高的理论比容量(Li:3860 m Ah g-1,K:685 m Ah g-1),极低的氧化还原电位,有望替代目前商业电池中低容量的石墨负极,具有非常可观的发展前景。然而,在充放电过程中,碱金属负极表面不均匀的离子流容易引起金属不均匀沉积,造成不可控的枝晶生长,使电池产生安全隐患。为了解决这些问题,实现碱金属负极在高比容量电池中的实际应用,重点在于调控金属离子的
学位
在脑肿瘤治疗中,血脑屏障(BBB),血脑肿瘤屏障(BBTB)的存在以及化疗药物引起的组织毒性仍然对有效治疗神经胶质瘤的生物相容性药物递送系统提出了极大的挑战。PAMAM树状分子是高度支化的大分子,被视为球状蛋白质的合成生物模拟物,具有可控制的纳米尺寸,单分散性和较大的疏水性内腔,可用于封装疏水性药物,尤其是具有可定制的表面基团和功能。其独特的结构特征使其成为负载疏水性药物和结合靶向分子的理想药物载
学位
糖尿病会造成活性氧(ROS)在心脏部位更严重的聚集,导致更为严重的炎症微环境环境,因而糖尿病患者的心肌梗死治疗对生物材料设计提出了更高的挑战。大量研究表明可注射水凝胶有希望成为治疗心肌梗死的一种新型材料,但是目前还未有针对于糖尿病患者心肌梗死的可注射水凝胶。因此,本文建立了一种可以逆转受损的糖尿病心肌微环境的多功能可注射水凝胶体系。首先,合成了超支化的聚(β氨基酯)(PAE-PBA),其富含丙烯酸
学位
过氧化氢(H2O2),一种环境友好型的强氧化剂,其应用范围覆盖了从污水处理,工业漂白到化学合成和医疗消毒的各行业,其市场需求也使得过氧化氢的合成受到了广泛的关注。传统的过氧化氢合成方式为蒽醌法,但该方法有着能耗高,污染大,生产出的高浓度过氧化氢运输危险等问题。而电化学氧阴极还原合成过氧化氢作为一种理想的替代方法,有着无污染,原子利用率高,可现场合成等优点,因此引起了国内外研究学者的广泛关注。但是该
学位