發(fā)布時間：2020-11-10 11:58

　　 金屬材料在材料應(yīng)用領(lǐng)域具有十分重要的地位。加快發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化更高性能的合金配方,在工業(yè)、制造業(yè)、航天航空等領(lǐng)域具有非常重要的意義。然而,長期以來新材料的研發(fā)都是以基于經(jīng)驗或者按屬性連續(xù)進行的方式,通過逐步實驗獲取數(shù)據(jù),并從中確認研究模式。因此實驗通量很大程度上決定了這種材料研發(fā)方式的速度。樣品數(shù)量有限、研發(fā)效率低、研發(fā)周期長,已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前世界各國材料快速發(fā)展的需求。隨著金屬增材制造技術(shù)逐漸成熟,基于該技術(shù)設(shè)計新型高通量金屬制備設(shè)備成為可能。本文將增材制造技術(shù)的一體化制造、快速成型以及材料高利用率的特點與傳統(tǒng)實驗方法相結(jié)合,形成高通量塊體合金材料制備系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要關(guān)鍵技術(shù)如下:1.粉末精確定量遞送技術(shù);2.粉末混合和均化技術(shù);3.金屬粉末原位熔融固化技術(shù);4.功能模塊集成及智能控制技術(shù)。結(jié)構(gòu)上本文首先對所設(shè)計的高通量塊體合金材料制備系統(tǒng)各個功能模塊和所運用到的技術(shù)要點進行了闡述。之后,主要對所研究的三個方面,多相流粉末混合模型,激光微區(qū)加熱模型,運動功能模塊設(shè)計進行詳細分析。首先本文對于粉末混合均化技術(shù),文章比較了多種離散元仿真方法,最后運用多相流閉包顆粒仿真方法(Multiphase Particle-in-Cell,MP-PIC)仿真方法模擬了粉末在混合腔體中的流動形態(tài)和特性。通過觀察粉末流動,分析了粉末混合的運動機理,并根據(jù)結(jié)果設(shè)計了一種新型粉末快速混合裝置,使其粉末混合效率得到大幅提升。對于粉末精確定量技術(shù)文章比較了在增材制造上運用較多的吸入式送粉器和其他在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的毛細管定量系統(tǒng)、振搖器式粉末定量系統(tǒng)、真空滾筒定量系統(tǒng)等,對各個裝置的優(yōu)缺點進行了比較。在金屬粉末原位熔融固化技術(shù)方面,文章分析了應(yīng)用激光凈成型技術(shù)制備合金的優(yōu)缺點,設(shè)計了基于APDL(ANSYS Parametric Design Language)的金屬熔覆仿真程序,并對仿真結(jié)果中的溫度場分布、熱通量分布、溫度變化曲線進行詳盡的分析。功能模塊設(shè)計方面,文章編寫了基于MCX314和DSP2812的運動控制芯片的程序,消息描述了硬件中主要應(yīng)用的各個模塊和所用到的專用芯片參數(shù)。繪制MCX314基本硬件電路,并對主要程序進行了調(diào)試。高通量塊體合金材料制備系統(tǒng)是一種復(fù)雜高效的合金研發(fā)制備設(shè)備,該設(shè)備的研發(fā)成功將對國內(nèi)金屬材料研發(fā)產(chǎn)生重要的影響。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TF125
【部分圖文】：

第一章 緒 論1.1 研究工作的背景與意義人類文明的進程與材料應(yīng)用的發(fā)展息息相關(guān)，從早期的石器時代、鐵器時代，再到工業(yè)時代，新材料的研發(fā)大大提高了人類歷史的進程。材料的發(fā)現(xiàn)和使用是一個緩慢演化的過程，進入工業(yè)文明時代以來，才開始有了較為系統(tǒng)的研究方法。新型材料的研發(fā)長期以來基于已有經(jīng)驗與材料屬性連續(xù)進行試驗，逐步確認的研究方式。效率低且成本高昂。如何更加快速、經(jīng)濟、有效地研發(fā)新型材料，提高優(yōu)異性能材料的研發(fā)進度，是一直是材料學(xué)家密切關(guān)注的問題。多體相互作用模型及理論在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域取得的重大進展使得人們對材料的結(jié)構(gòu)有了更深刻的認知。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，將人工智能、大數(shù)據(jù)的方法和物理、化學(xué)科學(xué)體系相結(jié)合，構(gòu)成“計算機預(yù)測-材料實驗-測試數(shù)據(jù)整合-計算機預(yù)測”的閉環(huán)體系，使計算預(yù)測材料結(jié)構(gòu)性能可靠性大大提高。通過整合整套計算、實驗中的數(shù)據(jù)資源，使得，得到所有實驗資料得到充分的利用，從根本上提高了研發(fā)效率。

圖 1-2 美國材料基因組計劃打造由材料實驗、材料實驗數(shù)據(jù)庫、材料計算機模擬構(gòu)，形成現(xiàn)代化的材料研發(fā)體系。使材料研發(fā)流程維持在，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，推動人工智能和大數(shù)據(jù)在材料研發(fā)料基因組計劃整個研發(fā)流程來看，其主旨在于將材料、“試驗性”向由計算機、人工智能和大數(shù)據(jù)主導(dǎo)的“預(yù)變。從而加快新材料從發(fā)現(xiàn)，研究到應(yīng)用化、商業(yè)化的期解構(gòu)縮短為傳統(tǒng)周期的一半以上。定義的新型材料科學(xué)研究平臺，將整合計算模擬、實驗構(gòu)材料研發(fā)中其工藝組成-特性結(jié)構(gòu)-關(guān)鍵性能間的作用研發(fā)、制備表征、推廣產(chǎn)業(yè)化到服役回收的整個壽命周程的內(nèi)核。增材制造創(chuàng)新機構(gòu)作為美國首家制造創(chuàng)新機構(gòu)，2015增材制造應(yīng)用研究與開發(fā)項目指南。該計劃以增材制

圖 1-3 高通量實驗的主要發(fā)展歷程1970 年，Hanak 率先將了“多樣品實驗”的方法應(yīng)用于超導(dǎo)材料研究[11]。該方法的關(guān)鍵理念是在單次試驗中制備完整覆蓋多組分材料體系中不同元素組分的組合材料芯片。通過快速表征的方法并結(jié)合計算機進行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。但由于 70年代計算機處理數(shù)據(jù)能力和表征技術(shù)限制，該實驗手段并未能夠得到廣泛普及。20 世紀(jì) 80 年代中期，隨著組合化學(xué)學(xué)科的興起，生物、醫(yī)藥方面的高通量新藥篩選、高通量基因測序，化學(xué)、材料實驗中用到的高通量平行反應(yīng)器等都運用到了組合化學(xué)的方法。通過應(yīng)用組合化學(xué)的方法，生物和化學(xué)等領(lǐng)域的新材料，新配方的研發(fā)效率都得到了顯著的提高。20 世紀(jì) 90 年代中期，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的項曉東和 Schultz 對高通量組合材料實驗方法[12]進行了發(fā)展和完善，形成了一套適應(yīng)現(xiàn)代科研體系的試驗方法[13]。同時在方法的推廣應(yīng)用過程中，取得了一系列新的進展，在產(chǎn)業(yè)化方面也卓有成效。20 世紀(jì) 90 年代末期，利用高通量組合材料方法研發(fā)新型材料已普遍被材料研
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本文編號：2877900