1 大连理工大学高性能精密制造全国重点实验室，辽宁 大连 116024
2 大连理工大学宁波研究院，浙江 宁波 315000
3 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所，北京 100076
针对6061铝合金难以在化学机械抛光中获得高表面质量的问题，研究了抛光液中氧化剂（H2O2）、缓蚀剂（BTA）的质量分数和pH值对表面粗糙度的影响。基于响应曲面法设计实验，采用方差分析（ANOVA）检验各参数对表面粗糙度影响的显著性，分析参数的交互影响，得出抛光液的最佳组分配比。结果表明，6061铝合金的表面粗糙度随着pH值的增大先增大后减小再增大，随着H2O2和BTA质量分数的增加先减小后增大。在优选的抛光液参数组合（pH值为9.7，H2O2的质量分数为0.57%，BTA的质量分数为1.16%）下，实现最低表面粗糙度Sa 为0.31 nm，获得了近原子尺度的超光滑表面。
光学设计 6061铝合金 化学机械抛光 响应曲面法 表面粗糙度 近原子尺度
1 浙江大学温州研究院,温州 325036
2 浙江大学材料与工程学院,杭州 310058
3 田东昊润新材料科技有限公司,百色 531500
活性白土是一种常见的无机吸附材料,由膨润土经过酸改性获得。本文采用硫酸作为改性剂,活化改性膨润土制备高吸附活性的活性白土。通过单因素试验确定了活化温度A、活化时间B、酸用量C、液固比D的取值范围,并采用Box-Behnken 响应曲面法设计优化白土制备工艺参数,以大豆油中β-胡萝卜素的吸附率为响应值,分析4种工艺参数对吸附率的影响规律,并预测了最佳的工艺条件。结果表明,建立的吸附率响应曲面模型可靠,可用于活性白土吸附能力优化。活化时间和酸用量对吸附率的影响最大,在所选液固比范围内,液固比对吸附率影响不明显。预测的最佳吸附能力制备条件为: 活化温度92.5 ℃、活化时间5.5 h、酸用量40%(质量分数)、液固比4∶1。该条件下活性白土对β-胡萝卜素的吸附率为97.71%。
膨润土 活性白土 响应曲面法 吸附 β-胡萝卜素 工艺优化 bentonite activated bentonite response surface methodology adsorption β-carotene process optimization
为了满足金属与聚合物在工业轻量化中的连接需求，采用半导体连续激光器对钛合金TC4和碳纤增强聚合物PBTCF30材料进行激光连接实验研究。通过在钛合金表面进行织构预处理，可使接头在激光连接后获得机械铆接从而提高其强度；将接头剪切强度和预处理时间作为响应，并根据两响应与相关工艺参数之间的关系，利用响应曲面法建立数学模型，分析了织构扫描直径、织构扫描间距、织构扫描次数、激光连接功率和激光连接速度对接头剪切强度及预处理时间的交互式影响，最后通过加速粒子群优化（APSO）算法获得最优解。结果表明，对接头强度影响最大的三个参数组合为：扫描间距-扫描次数、扫描次数-连接速度、连接速度-连接功率。模型验证及优化结果验证表明，所建模型的预测值与实验值吻合较好，模型可靠。
激光技术 表面织构预处理 工艺参数优化 响应曲面法 加速粒子群优化 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114003
胡妙言 1,2,3,4刘凯 1,2,3,4高诗雨 1,2,3,4孙天懿 1,2,3,4[ ... ]徐丽 1,2,3,**
1 南京林业大学 材料科学与工程学院， 江苏 南京 210000
2 南京林业大学 江苏省林产品高效加工利用联合创新中心， 江苏 南京 210000
3 南京林业大学 绿色生物质燃料与化学品江苏省重点实验室， 江苏 南京 210000
4 2019年江苏省研究生工作站：靖江国林木业有限公司 （工作站编号：2019_099）， 江苏 靖江 214500
利用响应曲面法 （RSM）系统研究了微波作用时间 （T）、微波功率 （W）、淡竹叶与去离子水的料液比 （R）对微波法制备淡竹叶氮硅自掺杂碳量子点 （N/Si?CQDs）荧光量子产率 （QY）的影响。得到了上述工艺参数对QY的影响显著性次序以及对应的QY回归模型与最佳工艺参数，通过验证实验证明优化结果可靠。采用最佳工艺得到的N/Si?CQDs的平均粒径较小且分布均匀，在水中分散性良好，具有激发依赖的发射特性，荧光稳定性较高，对HEK293细胞具有较低细胞毒性，且可被细胞吸收而照亮细胞从而明确区分细胞质和细胞核，说明该碳量子点可用于细胞成像。该研究不仅为淡竹叶的高值化利用提供了一个新思路，而且对提高生物质碳量子点的微波法制备效率、促进其在细胞成像等生物医学领域的应用具有参考价值。
淡竹叶 碳量子点 微波法 响应曲面法 细胞成像 common lophatherum herb carbon quantum dots microwave method response surface method cell imaging
1 云南天朗节能环保集团有限公司, 云南 安宁 650302
2 昆明理工大学冶金与能源工程学院, 昆明 650093
采用冷却结晶和筛分法研究了响应曲面法设计下pH值、Fe3+浓度、搅拌速率各因素不同水平对平均粒径和变异系数影响程度, 构建了平均粒径2次回归模型和C·V·值2FI回归模型, 深入探究了各影响因素之间交互作用, 研究表明: 各因素对平均粒径和C·V·值影响程度为母液pH>搅拌速率>Fe3+质量浓度; 各因素之间交互作用对晶体平均粒径和C·V·值影响程度为AC >BC >AB; 当母液pH为5.5、搅拌速率为150 r/min、Fe3+质量浓度为0.3 g/L时, 可得到平均粒径为0.985 mm、C·V·为793.719的晶体; 经验证模型值与实验值误差较小, 回归模型具有良好拟合度和可靠性。
响应曲面法 pH值 铁离子浓度 搅拌速率 硫酸铵 结晶 交互作用 response surface methodology pH value ferric ions concentration stirring rate ammonium sulfate crystallization interaction
1 华东交通大学土木建筑学院, 南昌 330013
2 同济大学材料科学与工程学院, 上海 201804
基于响应曲面法的中心复合设计(CCD)法设计了3D打印石膏粉末流动性优化试验, 考察疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量对3D打印石膏粉末流动性的影响, 并对优化效果下制备的3D打印粉末进行打印机铺粉、表面形貌和流速的分析、验证。结果表明: 在疏水性纳米SiO2掺量为1%(质量分数)、可溶性淀粉掺量为3%(质量分数)的条件下, 石膏流动性能改善效果最佳, 相较于未改性的石膏提高了38%, 得到了响应变量粉末流动性与疏水性纳米二氧化硅和可溶性淀粉掺量的非线性回归方程, 流动性最佳优化预测值与实测值相对误差仅为0.31%; 最佳优化条件下, 改性石膏粉末流速为3.16 g/s, 可连续流动, 粉层表面均匀无明显缺陷。本研究提高了石膏基粉末3D打印的精确度, 有利于石膏材料在3D打印中的应用。
石膏粉末 流动性 响应曲面法 粉末3D打印 休止角 疏水性纳米二氧化硅 可溶性淀粉 gypsum powder fluidity response surface method 3D powder printing angle of repose hydrophobic nanosilica soluble starch
北京工业大学城市建设学部, 水质科学与水环境恢复工程北京市重点实验室, 北京 100124
本文对工业废弃物漂珠进行煅烧改性, 制备易回收的吸附材料。以三氯乙烯作为目标污染物, 研究改性漂珠吸附污染物的可行性和不同改性参数对去除污染物的影响。通过Box-Behnken设计-响应曲面法以煅烧温度、煅烧时间及粒径为影响因素, 建立以三氯乙烯吸附量为响应值的预测模型, 对改性漂珠进行XRD、SEM-EDS、BET等表征分析以探讨材料的吸附性能。结果表明, 煅烧改性后的漂珠表面疏松多孔, 比表面积增大2.4倍左右, 影响改性漂珠吸附水中三氯乙烯的因素顺序依次为: 煅烧时间＞煅烧温度＞粒径。模型优化的最优吸附条件为: 粒径为0.25~0.38 mm, 煅烧温度为640 ℃, 煅烧时间为80 min, 预测吸附最大值为1 326 μg/g, 试验值为1 344 μg/g, 两者仅相差1.4%。通过高温煅烧改性的漂珠具备更优良的吸附性能, 是一种可大规模生产、以废治废、易回收的环保材料。
粉煤灰 吸附 改性漂珠 响应曲面法 三氯乙烯 煅烧 fly ash adsorption modified cenospheres of fly ash response surface methodology trichloroethylene calcination
北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
使用非球面透镜对高斯光束整形的方法已经非常成熟，可以根据入射光参数设计出特定的非球面整形镜。但在使用入射光束束腰以3 mm设计的非球面整形镜时发现，非球面整形镜不只适用于设计时的入射参数，在入射光束直径和发散角不同时，整形镜后均会有一个平顶分布最佳的整形位置，该位置随着入射光束直径的增大而远离整形镜，随着发散角的增大而靠近整形镜。为了探究最佳整形位置上整形结果的差异，利用控制变量法进行实验，发现入射光束直径和发散角对该位置上平顶分布的平坦因子没有明显变化，但是光束均匀性和边缘陡度会有最佳值，存在最佳入射参数。为了得到最佳整形位置与入射光束直径和发散角的关系，利用响应曲面法成功建立数学模型，当已知某入射位置处的光束直径和发散角时，可以快速得到最佳整形位置。
本文基于响应曲面法的Box-Behnken设计方法, 开展超声振动辅助在线电解修整(ELID)复合内圆(UAEI)磨削氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷试验, 建立响应面模型; 结合显著性检验、试验得到的响应曲面和等高线图, 研究ELID电源电压、磨削深度、轴向进给量和砂轮转速四个工艺参数及其交互作用对边界损伤长度的影响规律; 以最小边界损伤长度为优化目标, 得到UAEI磨削ZTA陶瓷的最优参数组合为: EILD电源电压86.39 V, 磨削深度为1.55 μm, 轴向进给量为81.24 mm/min, 砂轮转速为2 741.41 r/min, 得到最优边界损伤长度理论预测值Ltv为6.537 μm。经过试验检验, 相对误差在合理范围内, 所建立的响应面模型具有较高精度, 为UAEI磨削加工工艺参数的合理选择提供一定的参考。
响应曲面法 ZTA陶瓷 超声辅助ELID复合内圆磨削 边界损伤长度 试验验证 response surface methodology ZTA ceramics ultrasonic vibration assisted ELID internal grindi boundary damage length experimental verification
1 辽宁工业大学机械工程与自动化学院, 辽宁 锦州 121001
2 辽宁工业大学工程训练中心, 辽宁 锦州 121001
为了改善熔覆层几何形貌特征,研究了激光熔覆后残余应力的分布规律。以稀释率与宽高比为评价指标,基于响应曲面法开展了4因素(激光功率、扫描速度、送粉量、离焦量)、5水平中心复合设计矩阵试验。在单因素和多因素交互作用下,研究了熔覆参数对各响应值的影响规律。研究结果表明:扫描速度和离焦量对宽高比的影响最显著,离焦量和激光功率对稀释率的影响最显著,且激光功率和扫描速度的交互作用对稀释率存在影响。最后试验验证了预测模型的准确性。选取优化后的熔覆层形貌和工艺参数进行数值模拟,发现x方向的最大残余拉应力为532 MPa且位于熔覆层末端。在熔覆层纵剖面上,残余应力在沉积层及热影响区主要表现为拉应力;随着深度的增加,拉应力逐渐减小并在基体底部转变为压应力;在y方向上,由于成形件的形变,基材底面受到的是拉应力。
激光光学 激光熔覆 响应曲面法 几何形貌 数值模拟 残余应力 激光与光电子学进展
2020, 57(17): 171405
