王华明目前公开的已解密上一代激光成型技术应用全介绍

       在国家自然科学基金“重点”及“杰出青年基金项目”、国家973计划专题、国家863计划课题、国防基础科研重大项目等的重点支持下，自1998年以来一直致力于钛合金、高温合金、耐热高强度钢、超高强度钢、金属间化合物合金等先进航空金属结构材料及其梯度材料激光熔化沉积成形工艺、成套工艺装备及工程化应用关键技术的研究，自主研制成功国内首套、具有自主知识产权的“自由平面接触／动态密封／惰性气氛保护”钛合金结构件激光快速成形成套工艺装备系统。突破了飞机钛合金次承力结构件激光熔化沉积制造工艺及装机应用关键技术，激光熔化沉积制造TC4、TA15、BT22、TC2等钛合金室温及高温拉伸、光滑疲劳等力学性能达到钛合金锻件水平，而高温持久及缺口疲劳等力学性能显著超过锻件，特别是激光熔化沉积制造角盒等飞机构件疲劳寿命大幅超过钛合金锻件对比件，独立制定出了我国首套激光熔化沉积制造飞机钛合金结构TAl5钛合金角盒、飞机座椅上下支座、腹鳍接头等飞机钛合金结构件，已成功实现在多种重点型号飞机上的应用，零件材料利用率提高了5倍、制造周期缩短了2／3、制造成本降低了1／2以上!使我国成为继美国之后(2001年)、世界上第2个掌握飞机钛合金结构件激光熔化沉积制造及装机应用技术的国家!

       近期在飞机大型主承力钛合金结构件激光熔化沉积制造工艺、过程控制、长期工艺稳定性及构件质量保障等系列核心关键技术上取得了突破性进展，成功激光快速成形制造出了零件单件重量逾46kg的多种飞机大型关键钛合金结构件及尺寸达1700x360x240mm的飞机大型复杂主承力关键钛合金全尺寸构件。此外，还掌握了多性能梯度材料零件激光熔化沉积制造关键技术，激光熔化沉积制造出了Ti／TA15、TA15/TiAL、TC4/TA15／BT22、GH4141／1CR12Ni2WMoVNb、Rene95／1Crl 8Ni9Ti等多种梯度材料钛合金及TiAI金属间化合物零件样件及直径达550mm、具有快速凝固径向定向微细柱状晶梯度组织的镍基高温合金发动机涡轮盘样件。


2 难熔金属材料激光约束熔化沉积制备与成形
       W、Mo、Nb、Ta等难熔金属合金及MoSi2、Nb5Si3、W5si3、T如Si3等难熔金属间化合物基合金等熔点极高的金属材料，往往只能采用粉末冶金方法制备与成型。本实验室利用激光束能量密度高而集中的特点，发明了适用于难熔金属材料铸锭与零件
快速熔化沉积成形、具有无接触污染、无电极污染、合金元素无烧损、无夹杂物、无缩孔及疏松、组织致密、无宏观偏析等突出优点的“激光约束熔铸成型新工艺”并成功应用于W基合金及W/W5Si3、W／W2Ni3Si、Mo／MoSi2等难熔金属增强难熔金属硅
化物基高温及超高温“原位”复合材料的制备及铸锭的激光约束熔炼与成型，该技术可望为难熔、高活性、高纯净合金材料的制备与零件成型开辟一条新途径。


3定向柱晶高温钛合金激光约束熔铸成形
        由于高温下钛的高度化学活泼性，定向凝固过程中高温钛合金熔体几乎会与所有高温耐火材料模壳发生严重的化学反应，再加上钛合金的导热系数很低，难以抑制凝固界面前沿熔体自型壁表面的形核和难以稳定地在液一固界面前沿建立并维持定向凝
固所需的冷却速度与温度梯度，迄今为止，国内外均无法实现钛合金的定向凝固。本实验室最近发明了国际首创的“激光区域约束熔铸定向凝固柱状晶钛合金制备与成形新方法”，制备出具有几乎无发散度或低发散度挺直柱状晶组织和优异高温力学性能的定向生长柱状晶高温钛合金新材料，与等轴晶变形钛合金相比，激光约束熔铸成形柱晶钛合金高温持久寿命最大提高幅度超过一个数量级。


4钛合金激光表面改性

    钛合金具有密度低，比强度高，屈强比高，耐蚀性优异、高温力学性能优异、生物相容性好等突出性能特点，在航空、航天、船舶、兵器、石化、海洋、电力、生物医学工程等具有广阔的应用前景。但钛合金也存在着摩擦系数高、耐磨性低、易粘着、
高温高速摩擦易燃(“钛火”)等固有缺点，严重限制了钛合金在航空发动机等先进国防装备中作为高温摩擦磨损运动副零部件的应用和钛合金优异力学性能潜力的发挥，由于摩擦、粘着、磨损、氧化等失效行为均起源于钛合金零件表面，因此，采用先进的表面工程技术，直接在钛合金零件表面制备一层有低摩擦系数、优异粘着磨损及磨料磨损性能、优异抗氧化性能、涂层同钛合金零件基材之问为牢固冶金结合、涂层性能及涂层厚度根据需要可灵活控制的特殊材料表面改性层，无疑是在保持钛合金固有性能优点的条件下，有效解决钛合金摩擦系数高、摩擦系数不稳定、室温耐磨性及高温耐磨性低、高温抗氧化性能低等固有性能缺点最有效的方法之一。北京航空航天大学“激光材料加工制造技术实验室”，针对航空发动机等国防装备关键钛合金零部件的工作条件，近年来一直从事钛合金激光表面合金化及激光熔覆技术表面改性技术的研究及应用，成功研究出同时具有低摩擦系数、优异耐磨性能、NiTi2、Ti5Si3FFi2Ni3Si、Ti2Ni3Si、Cr3NisSi2／Crl3Ni5$i2等金属硅化物增强金属间化合物多功能高温耐磨耐蚀涂层新材料，使钛合金耐磨性大幅提高100～790倍之多、摩擦系数降低近50％，为钛合金在航空航天、海洋、石油化工等机械装备中作为摩擦磨损关键机械运动副零部件应用奠定了耐磨涂层材料与表面工程技术基础，部分成果已在高推重比航空发动机关键高温运动副零部件上得到应用。


5 过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层
        航空、航天、兵器、船舶等先进国防装备中，大量关键高温运动副零部件，在高温氧化、腐蚀、热腐蚀等恶劣环境条件下承受强烈摩擦磨损作用，服役条件十分恶劣，对材料性要求十分苛刻，急需同时具有优异高温耐磨性能、优异高温抗氧化与抗热腐蚀性能、低摩擦系数、优良高温自润滑性能、优异高温摩擦学相容性及优异高温长期组织稳定性等性能配合的高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及其优质涂层(组织完全致密、涂层与基材问完全冶金结合)制备新技术。目前国内外广泛研究和应用的NiCr-Cr3C2，Co—WC，NiCr-Cr203，CoCr-Cr203，NiCr-A1203等热喷涂涂层，由于其材料脆性较大、对配偶摩擦副的磨损严重、摩擦学相容性差、另外，上述涂层都只能采用热喷涂等方法制备，由于涂层组织中不可避免地存在一定量的疏松、微裂纹、孔隙等缺陷、特别是涂层与零件基材之间实际上是机械结合，在接触机械应力及热应力联合作用下容易脱落现象，难以满足高推比发动机等先进国防装备中大量关键高温耐磨运动副零部件的性能要求。北京航空航天大学“激光材料制各与成形实验室”，针对高温耐磨运动副零部件的工作条件与性能要求，从摩擦学、耐磨材料与表面工程观点出发，利用过渡金属硅化物的独特物理化学性质，在国际
上提出了“过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及其优质涂层激光熔覆制备技术”研究新领域，成功研究出了Cr3Si／Cr2Ni3Si、CrsSi3／CrSi、M02Ni3Si／NiSi，Ti2Ni3Si／NiTi， Crl3NisSi2，Ti5Si3／NiTi2、Ni2Si／NiSi等同时具有优异耐磨、耐蚀、耐热腐蚀、耐氧化、低摩擦、不粘金属、“反常磨损载荷特性” (磨损量几乎不随磨损载荷的的增加而变化)、“反常磨损速度特性”(磨损量随磨损滑动速度的增加而减小)、“反常磨损温度特性”(磨损量随磨损试验温度的增加而减小)等特殊性质的多
元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层材料新体系及其优质涂层激光熔覆制备新技术，在航空发动机、石油、化工、船舶等机械装备耐磨运动副中具有广阔的应用前景，部分研究成果已在多种先进航空发动机关键高温耐磨运动副零部件上得到
应用。
全文链接
http://www.doc88.com/p-99493371554.html       在国家自然科学基金“重点”及“杰出青年基金项目”、国家973计划专题、国家863计划课题、国防基础科研重大项目等的重点支持下，自1998年以来一直致力于钛合金、高温合金、耐热高强度钢、超高强度钢、金属间化合物合金等先进航空金属结构材料及其梯度材料激光熔化沉积成形工艺、成套工艺装备及工程化应用关键技术的研究，自主研制成功国内首套、具有自主知识产权的“自由平面接触／动态密封／惰性气氛保护”钛合金结构件激光快速成形成套工艺装备系统。突破了飞机钛合金次承力结构件激光熔化沉积制造工艺及装机应用关键技术，激光熔化沉积制造TC4、TA15、BT22、TC2等钛合金室温及高温拉伸、光滑疲劳等力学性能达到钛合金锻件水平，而高温持久及缺口疲劳等力学性能显著超过锻件，特别是激光熔化沉积制造角盒等飞机构件疲劳寿命大幅超过钛合金锻件对比件，独立制定出了我国首套激光熔化沉积制造飞机钛合金结构TAl5钛合金角盒、飞机座椅上下支座、腹鳍接头等飞机钛合金结构件，已成功实现在多种重点型号飞机上的应用，零件材料利用率提高了5倍、制造周期缩短了2／3、制造成本降低了1／2以上!使我国成为继美国之后(2001年)、世界上第2个掌握飞机钛合金结构件激光熔化沉积制造及装机应用技术的国家!

       近期在飞机大型主承力钛合金结构件激光熔化沉积制造工艺、过程控制、长期工艺稳定性及构件质量保障等系列核心关键技术上取得了突破性进展，成功激光快速成形制造出了零件单件重量逾46kg的多种飞机大型关键钛合金结构件及尺寸达1700x360x240mm的飞机大型复杂主承力关键钛合金全尺寸构件。此外，还掌握了多性能梯度材料零件激光熔化沉积制造关键技术，激光熔化沉积制造出了Ti／TA15、TA15/TiAL、TC4/TA15／BT22、GH4141／1CR12Ni2WMoVNb、Rene95／1Crl 8Ni9Ti等多种梯度材料钛合金及TiAI金属间化合物零件样件及直径达550mm、具有快速凝固径向定向微细柱状晶梯度组织的镍基高温合金发动机涡轮盘样件。


2 难熔金属材料激光约束熔化沉积制备与成形
       W、Mo、Nb、Ta等难熔金属合金及MoSi2、Nb5Si3、W5si3、T如Si3等难熔金属间化合物基合金等熔点极高的金属材料，往往只能采用粉末冶金方法制备与成型。本实验室利用激光束能量密度高而集中的特点，发明了适用于难熔金属材料铸锭与零件
快速熔化沉积成形、具有无接触污染、无电极污染、合金元素无烧损、无夹杂物、无缩孔及疏松、组织致密、无宏观偏析等突出优点的“激光约束熔铸成型新工艺”并成功应用于W基合金及W/W5Si3、W／W2Ni3Si、Mo／MoSi2等难熔金属增强难熔金属硅
化物基高温及超高温“原位”复合材料的制备及铸锭的激光约束熔炼与成型，该技术可望为难熔、高活性、高纯净合金材料的制备与零件成型开辟一条新途径。


3定向柱晶高温钛合金激光约束熔铸成形
        由于高温下钛的高度化学活泼性，定向凝固过程中高温钛合金熔体几乎会与所有高温耐火材料模壳发生严重的化学反应，再加上钛合金的导热系数很低，难以抑制凝固界面前沿熔体自型壁表面的形核和难以稳定地在液一固界面前沿建立并维持定向凝
固所需的冷却速度与温度梯度，迄今为止，国内外均无法实现钛合金的定向凝固。本实验室最近发明了国际首创的“激光区域约束熔铸定向凝固柱状晶钛合金制备与成形新方法”，制备出具有几乎无发散度或低发散度挺直柱状晶组织和优异高温力学性能的定向生长柱状晶高温钛合金新材料，与等轴晶变形钛合金相比，激光约束熔铸成形柱晶钛合金高温持久寿命最大提高幅度超过一个数量级。


4钛合金激光表面改性

    钛合金具有密度低，比强度高，屈强比高，耐蚀性优异、高温力学性能优异、生物相容性好等突出性能特点，在航空、航天、船舶、兵器、石化、海洋、电力、生物医学工程等具有广阔的应用前景。但钛合金也存在着摩擦系数高、耐磨性低、易粘着、
高温高速摩擦易燃(“钛火”)等固有缺点，严重限制了钛合金在航空发动机等先进国防装备中作为高温摩擦磨损运动副零部件的应用和钛合金优异力学性能潜力的发挥，由于摩擦、粘着、磨损、氧化等失效行为均起源于钛合金零件表面，因此，采用先进的表面工程技术，直接在钛合金零件表面制备一层有低摩擦系数、优异粘着磨损及磨料磨损性能、优异抗氧化性能、涂层同钛合金零件基材之问为牢固冶金结合、涂层性能及涂层厚度根据需要可灵活控制的特殊材料表面改性层，无疑是在保持钛合金固有性能优点的条件下，有效解决钛合金摩擦系数高、摩擦系数不稳定、室温耐磨性及高温耐磨性低、高温抗氧化性能低等固有性能缺点最有效的方法之一。北京航空航天大学“激光材料加工制造技术实验室”，针对航空发动机等国防装备关键钛合金零部件的工作条件，近年来一直从事钛合金激光表面合金化及激光熔覆技术表面改性技术的研究及应用，成功研究出同时具有低摩擦系数、优异耐磨性能、NiTi2、Ti5Si3FFi2Ni3Si、Ti2Ni3Si、Cr3NisSi2／Crl3Ni5$i2等金属硅化物增强金属间化合物多功能高温耐磨耐蚀涂层新材料，使钛合金耐磨性大幅提高100～790倍之多、摩擦系数降低近50％，为钛合金在航空航天、海洋、石油化工等机械装备中作为摩擦磨损关键机械运动副零部件应用奠定了耐磨涂层材料与表面工程技术基础，部分成果已在高推重比航空发动机关键高温运动副零部件上得到应用。


5 过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层
        航空、航天、兵器、船舶等先进国防装备中，大量关键高温运动副零部件，在高温氧化、腐蚀、热腐蚀等恶劣环境条件下承受强烈摩擦磨损作用，服役条件十分恶劣，对材料性要求十分苛刻，急需同时具有优异高温耐磨性能、优异高温抗氧化与抗热腐蚀性能、低摩擦系数、优良高温自润滑性能、优异高温摩擦学相容性及优异高温长期组织稳定性等性能配合的高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及其优质涂层(组织完全致密、涂层与基材问完全冶金结合)制备新技术。目前国内外广泛研究和应用的NiCr-Cr3C2，Co—WC，NiCr-Cr203，CoCr-Cr203，NiCr-A1203等热喷涂涂层，由于其材料脆性较大、对配偶摩擦副的磨损严重、摩擦学相容性差、另外，上述涂层都只能采用热喷涂等方法制备，由于涂层组织中不可避免地存在一定量的疏松、微裂纹、孔隙等缺陷、特别是涂层与零件基材之间实际上是机械结合，在接触机械应力及热应力联合作用下容易脱落现象，难以满足高推比发动机等先进国防装备中大量关键高温耐磨运动副零部件的性能要求。北京航空航天大学“激光材料制各与成形实验室”，针对高温耐磨运动副零部件的工作条件与性能要求，从摩擦学、耐磨材料与表面工程观点出发，利用过渡金属硅化物的独特物理化学性质，在国际
上提出了“过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及其优质涂层激光熔覆制备技术”研究新领域，成功研究出了Cr3Si／Cr2Ni3Si、CrsSi3／CrSi、M02Ni3Si／NiSi，Ti2Ni3Si／NiTi， Crl3NisSi2，Ti5Si3／NiTi2、Ni2Si／NiSi等同时具有优异耐磨、耐蚀、耐热腐蚀、耐氧化、低摩擦、不粘金属、“反常磨损载荷特性” (磨损量几乎不随磨损载荷的的增加而变化)、“反常磨损速度特性”(磨损量随磨损滑动速度的增加而减小)、“反常磨损温度特性”(磨损量随磨损试验温度的增加而减小)等特殊性质的多
元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层材料新体系及其优质涂层激光熔覆制备新技术，在航空发动机、石油、化工、船舶等机械装备耐磨运动副中具有广阔的应用前景，部分研究成果已在多种先进航空发动机关键高温耐磨运动副零部件上得到
应用。
全文链接
http://www.doc88.com/p-99493371554.html