气膜孔ZrO2陶瓷热障层放电辅助化学加工机理与扫描工艺

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675302
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0509.加工制造
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Cooling gas ejected from film cooling holes can form the gas film on a wall for heat insulation and heat dissipation, and this technology is applied to protect turbine blades of aero engine to operate within the environment of extreme high temperature. In order to further achieve the high thrust-weight ratio and high efficiency for the next generation of aero-engines, the turbine blades made from high temperature alloy will be designed with the thermal barrier coating (TBC) of the high-temperature ceramic that is high hardness material and hard to processing, which makes the machining of film cooling holes with the structure of compound-angle outlet become more difficult. It is expecting an online integrated process for the defect-free machining of the complex-structure film cooling holes through the blade wall made of the composite material. Based on feasible consideration of the integrating process, the machining mechanism of spark assisted chemical engraving (SACE) will be researched on the workpiece material of ZrO2-ceramic TBC, and a novel scanning process will be explored for machining the irregularly shaped outlets without surface-and-interfacial damage. The research emphasis is laid on the material removed mechanism of the tetragonal / cubic ZrO2 ceramic mixed with nanoparticles and micro pores. Considering the processing conditions of scanning motion and micro machining gap, the action mechanism and controllable principle will be researched on the procedures of the electrolytic bubbles pattern, the electric discharge effects in the bubbles, and the chemical erosion of ZrO2 ceramic and NaOH solution under the high temperature and high pressure of the discharge effects. Furthermore, the process problems will be solve hopefully including the effectively sensory feedback of micro machining gap, the scanning strategies associated with defect-free energy, etc. It is expected to achieve an efficient process for precisely forming the defect-free TBC outlets.
气膜孔用以喷出冷却气体形成壁面气膜来隔热散热,保护航空发动机涡轮叶片在极端高温下工作。下一代航空发动机为达到更高推重比和效率,高温合金叶片上将设计有难加工的高硬度且耐高温的陶瓷热障层,这更增加了带有复合角出口结构气膜孔的加工难度,有待一种无损伤加工复合材料复杂结构气膜孔的在线集成工艺。本项目考虑这种集成可行性,拟研究ZrO2陶瓷热障层放电辅助化学加工(SACE)机理,探索一种无表面/界面损伤的热障层复合角异形孔口扫描加工新工艺。重点研究这种混有纳米颗粒、微小孔隙的四方/立方相ZrO2陶瓷的材料剥离机理;拟揭示扫描运动及微小间隙作用下电解气泡形态及其内瞬间放电效应、以及此高温高压效应下ZrO2陶瓷与NaOH溶液化学反应蚀除的作用机制和可控规律。进而拟解决微小加工间隙有效传感反馈、无损伤能量关联的扫描策略等工艺问题,有望形成一套精确成形且无微观损伤的高效工艺。

结项摘要

气膜冷却技术保护航空发动机涡轮叶片在极端高温下工作。为进一步提高耐高温性能,先进涡轮叶片表面设计有陶瓷热障层。本项目面向氧化锆陶瓷热障层上气膜孔异形孔口无损伤扫描加工,阐明氧化锆陶瓷放电辅助化学加工(SACE, spark assisted chemical engraving)的作用机理,得到工件材料去除规律和优化加工工艺。主要研究内容和重要结果:.1、提出并验证了氧化锆陶瓷SACE固液产物反向佐证加工机理的方法。①分析得到氧化锆在不同物理及化学条件下相变路径。②实验发现:晶态屑证明热力冲击崩碎、放电高温融合的物理去除存在性,无定形态屑证明氧化锆与NaOH溶液化学反应蚀除存在性。③国内外首次实现较为准确获得物理去除和化学蚀除的量化比例。.2、仿真和高速摄像机观测实验研究了SACE微观过程机理。①离子碰撞反应仿真得到了工具电极表面电解氢气膜放电击穿过程和关键工艺参数定性影响规律。②建立了气泡生长速率、放电密度百分比、放电分布均匀性和气泡破裂频率作为定量评价指标。③高速摄像观测得到了加工电压、浸液深度关联工具电极表面气膜变化影响击穿放电的微观瞬时特性。.3、实验发现了工具电极端部放电集中现象、接触去除效应,建立了能量传递过程模型。①阐明了物理去除和化学蚀除的作用能量差异性,得到了化学蚀除主导无损伤加工的必要条件。②阐明了加工间隙敏感的原因。③提出并验证了多棱边/粗糙表面工具电极、微薄层流电解液的约束放电方法,提高了加工效率和成形精度。.4、完善了加工实验装备,开展了关键工艺因素影响规律、工艺优化方法研究。①发明了间接式电接触反馈的绝缘材料表面高度测量方法,用于实现氧化锆陶瓷工件表面高度标定与调平。②发明了浸液深度精确调控方法。③提出旋转振动断弧方法,有效避免热障层和合金基体界面击穿电弧的不利现象。④提出并验证了柔性工具电极微力接触的扫描优化工艺。⑤提出并初步验证了高温合金基体气膜孔异形孔口分块成形工艺。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(5)
Scanning process of micro-spark assisted chemical engraving (SACE) based on thin laminar flow electrolytes and given narrow machining gaps
基于薄层流电解质和给定窄加工间隙的微火花辅助化学雕刻(SACE)扫描过程
  • DOI:
    10.1007/s00170-020-05705-z
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    International Journal of Advanced Manufacturing Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Yubin Pu;Hao Tong;Bolin Ji;Yong Li;Junjie Li
  • 通讯作者:
    Junjie Li
Scanning process of spark assisted chemical engraving (SACE) on ZrO2 ceramics by constraining discharges to tool electrode end
通过将放电限制到工具电极端在 ZrO2 陶瓷上进行火花辅助化学雕刻 (SACE) 的扫描过程
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2019.09.107
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Bolin Ji;Hao Tong;Junjie Li;Yong Li;Yubin Pu
  • 通讯作者:
    Yubin Pu
Energy action model of spark assisted chemical engraving (SACE) for improving surface quality of micro cavities in ZrO2 ceramics
用于改善 ZrO2 陶瓷微腔表面质量的火花辅助化学雕刻 (SACE) 能量作用模型
  • DOI:
    10.1088/1361-6439/ab92ec
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Journal of Micromechanics and Microengineering
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Bolin Ji;Hao Tong;Xiaofan Han;Yong Li;Yubin Pu
  • 通讯作者:
    Yubin Pu
Micro-SACE scanning process with different tool-surface roughness
不同刀具表面粗糙度的Micro-SACE扫描过程
  • DOI:
    10.1080/10426914.2020.1762209
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Materials and Manufacturing Processes
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Yubin Pu;Hao Tong;Bolin Ji;Yong Li;Junjie Li
  • 通讯作者:
    Junjie Li
Spark assisted chemical engraving (SACE) mechanism on ZrO2 ceramics by analyzing processed products
通过分析加工产品在 ZrO2 陶瓷上进行火花辅助化学雕刻 (SACE) 机理
  • DOI:
    10.1016/j.ceramint.2018.01.236
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Ceramics International
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Suqin He;Hao Tong;Guang Liu
  • 通讯作者:
    Guang Liu

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其他文献

气膜冷却孔电火花加工参数优化及重熔层厚度测量实验
  • DOI:
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  • 发表时间:
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电火花穿孔加工中管状电极振动幅值特性
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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    李朝将
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
    佟浩
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李勇;佟浩;赵雷;王志强
  • 通讯作者:
    王志强

其他文献

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佟浩的其他基金

气膜孔三维扩散结构分块成形的电复合加工机理与工艺研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    65 万元
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微三维型腔的电火花伺服扫描粗精加工方法及实验研究
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  • 资助金额:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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