1 齐鲁工业大学（山东省科学院）机械工程学院，山东 济南 250353
2 齐鲁工业大学（山东省科学院）激光研究所，山东 济南 250353
为解决高强铝合金激光增材制造过程中存在的孔洞缺陷、组织不均、晶粒粗大等难题，在摆动激光熔丝沉积的基础上引入超声能场是可行的抑制措施。搭建了超声辅助摆动激光熔丝增材制造试验平台，探究了超声功率、变幅杆压力、变幅杆输入位置对2319铝合金沉积层形貌和显微组织的影响规律并对超声工艺参数进行了优化。结果表明：变幅杆压力对沉积宏观形貌具有显著影响，随着压力的增大熔池横截面形貌逐渐趋于上宽下窄；超声参数对单道沉积层的晶粒尺寸有着明显影响，随着超声功率的增加晶粒尺寸先减小后增大，当超声功率占比（超声波发生器的输出功率占其最大输出功率的百分比）为40%时晶粒尺寸达到最小值70.9 μm。超声输入位置在熔池之后时晶粒细化效果更好，且在-10 mm处晶粒尺寸同组最低，只有80.9 μm。当变幅杆压力处于40~100 N范围内时晶粒的细化效果比较明显，晶粒尺寸在110~130 μm之间。观察多层沉积结果可知，超声的引入使得多层样品的平均晶粒尺寸降低了66.3%、增加了Al2Cu强化相的含量并且抑制了Al的滑移面生长趋势。超声在熔池中传递所产生的声流效应和空化效应是使沉积层成分均匀、缺陷减少和组织细化的主要原因。
激光技术 摆动激光 超声辅助 2319铝合金 增材制造 显微组织 中国激光
2024, 51(10): 1002315
南京工业大学 化工学院, 材料化学工程国家重点实验室, 南京 211816
TiO2膜具有亲水性强和热化学稳定性好等优点而用于超滤分离, 但是TiO2膜以管式膜为主, 渗透通量低且制备周期长。为了提高TiO2膜的渗透通量, 并缩短膜的制备周期, 本工作以钛酸四丁酯为前驱体, 采用超声辅助溶胶-凝胶法制备高通量的中空纤维负载型TiO2超滤膜。系统考察了硝酸与钛酸四丁酯的摩尔比(酸钛比)、超声时间和煅烧温度对TiO2溶胶粒径及膜截留性能的影响。结果表明：当酸钛比为0.25时, 溶胶的平均粒径为3252 nm, 采用超声处理30 s后, 平均粒径减小至1817 nm。采用超声后的溶胶循环涂膜并在350 ℃煅烧两次后可得到完整无缺陷的中空纤维TiO2超滤膜, 膜层平均厚度为1 μm, 膜的纯水渗透通量为145 L·m-2·h-1·bar-1(1 bar=0.1 MPa), 葡聚糖截留分子量为2586 Da, 对应的平均孔径为2.5 nm。
超滤膜 溶胶 凝胶 TiO2 超声辅助 ultrafiltration membrane sol gel TiO2 ultrasound-assistance
1 太原理工大学材料科学与工程学院，太原 030024
2 阳煤集团纳谷(山西)气凝胶科创城管理有限责任公司研发中心，阳泉 045000
煤矸石作为固体废弃物虽然被用作发电燃料、煤矿填料与建筑材料，但其利用率仍然不高，如何提高煤矸石的高值化利用率成为了目前研究的热点。本文以山西煤矸石为原料，采用一步酸溶和溶胶-凝胶法，并经过常压干燥得到了Al2O3-SiO2气凝胶粉体。在溶剂置换与改性过程中引入超声波，研究了其对气凝胶的制备与性能的影响。采用BET、XRD、SEM、FT-IR、TG-DSC及接触角测试对所得Al2O3-SiO2气凝胶粉体的结构与性能进行表征。结果表明，超声波的引入加快了反应速率，缩短了气凝胶的制备周期，所制备的Al2O3-SiO2气凝胶是一种具有纳米三维网络结构的介孔材料，堆积密度低至0.120 g/cm3，比表面积为635 m2/g，高温下收缩性小于传统水玻璃制备的SiO2气凝胶，并具有较好的疏水性。
煤矸石 活化 超声辅助 Al2O3-SiO2气凝胶 耐高温 疏水性 coal gangue activation ultrasonic assist Al2O3-SiO2 aerogel high temperature resistance hydrophobicity
大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 工程力学系, 生物与纳米力学实验室, 大连 116024
光热治疗是一种非侵入式的新型肿瘤治疗手段, 可弥补传统治疗方式的不足。碳纳米材料作为一种高效的光热剂, 在肿瘤光热治疗中表现出巨大的应用潜力。本研究采用超声辅助法使邻苯三酚与甲醛5 min快速聚合, 经煅烧处理制备了单分散、粒径均一的碳球。该碳球兼具优良的细胞生物相容性和高光热转换效率。在808 nm近红外光照射下, 碳球呈现良好的光热效应和光热稳定性, 光热转换效率达到41.4%。细胞实验表明, 碳球无明显细胞毒性, 对肿瘤细胞具有显著的光热杀伤效果。制备的高光热效应碳球光热剂有望用于肿瘤光热治疗。
超声辅助法 碳球 光热治疗 肿瘤 ultrasound-assisted method carbon sphere photothermal therapy tumor
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
大连理工大学 精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁 大连 116024
超声辅助磨削是一种套料芯棒加工方法，而硬脆材料在超声辅助磨削加工过程中的去除模式主要为脆性断裂，这将导致加工出的芯棒直径与砂轮内径之间存在尺寸误差。针对上述问题，通过分析超声辅助磨削加工中砂轮表面金刚石磨粒的运动轨迹，运用压痕断裂力学理论建立了超声辅助磨削芯棒的直径预测模型。该模型考虑了脆性材料断裂时产生的侧位裂纹扩展对芯棒直径的影响。通过对K9光学玻璃材料进行超声辅助套料试验对模型进行了标定和验证，接着研究了进给速度和转速对芯棒直径误差的影响规律。通过对比研究发现，模型计算结果与试验结果吻合较好，误差小于5%，验证了模型的有效性。试验结果表明，采用适当的低转速和大进给速度可以有效降低超声辅助磨削芯棒直径的尺寸误差。本文所建模型可为超声辅助磨削套料芯棒的砂轮选择提供理论指导。
硬脆材料 超声辅助磨削 直径预测 芯棒尺寸误差 hard and brittle material ultrasonic assisted grinding diameter prediction dimension error of core rod
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 温州大学机电工程学院, 浙江 温州 325035
针对水下激光成孔存在的缺陷, 用超声辅助水下激光成孔的工艺方法对不锈钢进行打孔, 分析了激光脉冲能量、水层厚度、超声功率对成孔三维形貌、孔径和孔深的影响; 对比分析了有无超声辅助水下激光成孔三维形貌和SEM图像。结果表明, 超声场辅助水下激光成孔工艺下, 孔口形状、孔壁粗糙度改善, 熔渣沉积减少, 成孔质量比较好。随着激光脉冲能量、超声功率的增大孔的深度和直径也随之增大, 孔锥度减小; 随着水层厚度的增加孔的深度和直径先增大后减小, 在水层厚度为3 mm处的孔直径最接近于孔深; 有超声辅助时孔的形貌明显好于无超声时孔的形貌。
激光技术 水下激光成孔 成孔质量 超声辅助 不锈钢 laser technology laser drilling underwater quality of the hole ultrasound-assisted stainless steel
南昌大学, 食品科学与技术国家重点实验室, 江西 南昌330047
研究了一种使用超声波辅助提取(UAE)-原子荧光法测定茶叶痕量汞的快速方法。 采用Plackett-Burman设计从6个影响汞提取率的因素中筛选出3个显著因素—超声时间St, 超声温度T和HNO3∶H2O2(1∶1, φ)体积A2, 并采用中心组合设计和响应面法优化参数。 结果表明, 最优提取条件为, 浸泡时间6 min, St 8.1 min, T: 70.5 ℃, A2: 4.4 mL, 称样量300 mg。 以GBW10016茶叶为标准参考物质, 与微波消解(MAD)法对比。 优化条件的UAE法对GBW10016的测定值与标准值符合良好, 加标回收率94.2%～102.0 %, 检测限0.007 8 μg·L－1, 重复测定的相对标准偏差小于10%。 该方法应用于63个茶鲜叶样品和十种商品茶叶的测定, UAE法与MAD法结果无显著差异, 汞含量(干基)在 4.6～17.3 μg·kg-1之间, 未超过NY659—2003限量标准。
超声辅助提取 响应面法 原子荧光光谱法(AFS) 痕量汞 茶叶 Ultrasound-assisted extraction Response surface methodology Atomic fluorescence spectrometry (AFS) Trace mercury Tea leaves 光谱学与光谱分析
2011, 31(10): 2843
