通过四因素三水平正交试验设计方法,采用PVD多功能离子镀膜机在Cr12MoV模具钢表面制备TiCN薄膜,研究了不同工艺参数对TiCN薄膜力学和摩擦磨损性能的影响,优化了薄膜制备工艺参数。结果表明,各因素对TiCN薄膜结合力的影响权重为甲烷和氮气流量比>弧电流>气体总流量>偏压,对TiCN薄膜硬度的影响权重为甲烷和氮气流量比>气体总流量>偏压>弧电流,甲烷和氮气流量比主要通过改变碳含量对TiCN薄膜力学性能产生影响。以结合力为指标的工艺方案所得TiCN薄膜性能最好,工艺参数为气体总流量为450 sccm,甲烷和氮气流量比为5∶1,偏压为200 V,弧电流为60 A,所制备TiCN薄膜硬度为3 456.76 HV,结合力为36.7 N,平均摩擦因数为0.281 3,显著提高了基体的抗摩擦磨损性能。

利用数值模拟技术,结合COMSOL Multiphysics软件,提出了一种新型MPCVD装置,利用微波电场对装置结构参数进行了仿真优化,并在最优尺寸下模拟计算了装置的流场分布,以及腔体的等离子体和电场分布,最后开展了金刚石薄膜的制备试验,研究了甲烷、氧气含量对金刚石薄膜生长的影响。结果表明：最佳尺寸下基片台上方的电场强度最高,可达6 430 V/m,输入功率为4.5 kW、压强为80 torr时可得到完全覆盖基片台的稳定半球形等离子体;装置最佳进气口位于正上方,两排气口位置对称分布在下方;随CH₄含量增加,金刚石的沉积速率加快,但CH₄含量过高会造成晶体质量变差,CH₄与H₂体积比为6%时,晶体质量较好;随着O₂的增加,金刚石的沉积速率先增大后减小,当O₂与H₂体积比为2%时沉积速率接近0,O₂与H₂体积比为0.5%时,晶体质量较好。由拉曼测试结果可知,适宜浓度的O₂可以提高金刚石的晶体质量,促进沉积速率。

为了研究PEEK/GF聚合物材料在离子束活化后的时效性机理,用氩气（Ar）、氢气（H₂）、氧气（O₂）以及氢气与氮气的混合气体（H₂+N₂）对其进行离子束活化处理,并分别于大气、纯水、无水乙醇和真空等不同介质中存储1~90 d,通过材料表面红外光谱测试和表面接触角测试分析了材料表面特性的时效性变化规律,在此基础上以磁控溅射镀膜技术沉积铜膜,通过划格测试和拉拔测试对铜层的附着力进行了定性和定量判定,并结合基材的表面特性进行了综合分析。结果表明：经不同气体活化后存储于不同介质中的PEEK/GF材料均表现出较强的时效性;在存储介质相同时,以H₂+N₂、O₂、H₂、 Ar活化的时效性改善效果依次下降;在活化气体相同时,以无水乙醇、纯水、大气和真空环境为存储介质的时效性改善效果依次下降;采用H₂+N₂或O₂活化并存储于无水乙醇等亲水性较好的介质中可以减缓材料亲水性能的时效性;PEEK/GF材料经离子束活化后立刻沉积铜膜的附着力最高可达1级/11.51 MPa,经存储后再沉积铜膜的附着力明显降低,最高仅为1级/5.40 MPa。

通过控制变量,采用射频磁控溅射法在玻璃基底上制备了氧化硅薄膜。利用台阶仪和光谱仪探究了气体压力、基底温度和溅射功率等工艺参数对氧化硅薄膜厚度、粗糙度和透光率的影响。结果表明,溅射气压为0.8 Pa、基片温度为150 ℃、溅射功率为310 W时薄膜粗糙度最低;溅射气压为0.8 Pa、基片温度为250 ℃、溅射功率为250 W时薄膜透光率最高。

液态锂在基底材料表面的润湿性是决定液态锂第一壁性能的关键因素之一。设计了一套液态金属与固体材料润湿特性研究平台,结合系统运行关键问题,采用ANSYS软件对平台检测室和注射系统等部件进行了热力学仿真和理论计算。结果表明：外径250 mm、壁厚3 mm的304不锈钢真空检测室在一个大气压下的最大变形量约为0.045 mm,最大应力强度为29.876 MPa,低于许用应力（137 MPa）;检测室最大等效应力约26.708 MPa,低于不锈钢的屈服极限（205 MPa）;注射系统中加热丝温度为400 ℃时针头与加热丝的极限距离是50 mm;当注射器与检测室内部压差分别为600 Pa和-465 Pa时,液态锂可以通过1 mm口径的针头吸入和滴出;在系统运行过程中向检测室中充入0.26 Pa以上的氩气有利于保护检测室壁面和观察窗,减轻检测材料沉积的影响。基于以上结果,成功搭建了液态金属润湿实验平台,并实现了直径3 mm液态锂滴的滴出。

对干式螺杆真空泵变螺距转子的动平衡设计方法进行了研究,通过质量去除法在转子齿面设计两类五组减重孔,结合参数化建模技术和NSGA-II算法,成功得到了减重孔的最佳参数及布置角度,优化了质量分布。利用SolidWorks进行三维建模,并通过其API接口进行二次开发,借助Visual Studio开发窗体程序,实现建模与优化过程中的数据互通以及模型参数的自动化更新。结果表明,经过减重处理后,转子动平衡性能显著提高,该方法简化了传统的动平衡设计流程,实现了动平衡的自动计算,从而大幅提升了设计效率和精度。

针对微米级管腔结构中蒸汽渗透效率低、分布不均的问题,本文研究真空脉动循环参数对蒸汽传质的调控机制,提升穿透性能与能效利用率。构建频率（0.5~2.0 Hz）与压力幅值（5~15 kPa）耦合的蒸汽扩散动力学模型,结合计算流体力学（CFD）模拟,揭示脉动压力场对蒸汽相变与边界扰动的影响规律。搭建真空脉动实验平台,集成高速显微成像与X射线微CT,量化分析不同参数下的蒸汽穿透深度与三维分布,并采用响应面法优化参数组合。结果表明,脉动条件下穿透均匀性提升约21%,末端饱和度达0.78±0.05,较静态工况提升约50%。在1.2 Hz/10 kPa参数组合下,实现单位能效指标（η=5.06 s/J）最优,较基准工况提升约40%,对应关键性能指标KPI达2.37 g/（kW·s）,较标准提升58%。研究表明,真空脉动参数可协同强化蒸汽传质与能效控制,显著改善微结构渗透性能,为微通道干燥、器械灭菌及多孔介质传质提供理论依据与优化路径。

开发环保替代SF₆型断路器是高压开关领域亟待解决的问题。本文提出了一种以干燥空气为绝缘气体的无氟环保型断路器设计思路与整体方案,采用三维设计软件建立了145 kV无氟环保型断路器的数值仿真模型,使用数值仿真软件进行了仿真分析,得到了断路器外绝缘关键部位的电场分布。研究结果表明断路器在不同工况下三相动静端支撑的出线导体处电场强度最大,通过对动静端支撑结构、导体连接部位的优化,断路器外绝缘结构的最大电场强度降低了34.40%,为145 kV无氟环保型断路器的研制提供了理论依据。

动态工况下,新能源汽车电动真空泵助力制动系统的瞬态信号具有多模态非线性耦合特性,易误判故障模态。故本研究提出了一种新的故障诊断方法。首先,通过实时监测真空泵工作时的极限真空度、抽气速率等核心参数,构建电动真空泵助力制动系统的动态特性模型,再从电流和压力两方面入手,获取该系统的运行瞬态特性,并生成连续时刻的系统运行瞬态信号;其次,为应对信号的多模态非线性耦合特性,利用小波分析理论分解瞬态信号,提取每个频段信号的能量熵特征,通过精细刻画故障特征的内在本质提高对故障特征的辨识度和区分度,并建立真空失效特征库;最后,结合ResCNN网络和XGBoost构建智能故障诊断模型,将能量熵特征输入其中,通过卷积池化运算进一步挖掘深层次代表特征,再依靠XGBoost的自动分类能力,对挖掘出的深层次特征进行高效、准确的分类,从而输出制动系统故障诊断结果。结果表明：该方法的ACC值达到了0.97,实现了对制动系统运行状态的准确描述,有效缩短真空建立时间,降低系统的压力波动和能耗。

氦检漏设备传统故障诊断方法存在无法直观表示故障特征、严重依赖专家经验而准确性有限的问题。针对氦检漏设备传感器数据,提出了一种结合卷积神经网络（CNN）的时间序列图像生成方案,对故障数据进行数据驱动分析和故障分类,从而更准确地诊断故障。首先将一维时间序列信号转换为灰度图像进行形象化表达,以适应不同的氦检漏设备故障诊断场景,然后对LeNet-5 CNN模型进行优化,设计了计算速度更快、识别精度最大化的LeNet-5s CNN模型,并提出了复杂检测任务下的双模型检测方法,最后通过实验验证了算法的有效性。结果表明,模型优化后识别精确度有一定提升,双模型检测方法对复杂检测任务下的三类故障都有较好的识别性能。

真空有载分接开关（OLTC）是电力系统的关键,依靠真空灭弧技术来保证电压的稳定调节。然而,在大型医院大负载、大电流条件下,真空退化、接触烧蚀和绝缘污染对运行可靠性构成了重大挑战。本文提出了一种将真空特定振动特性与电参数分析相结合的真空OLTC智能多模态诊断方法。首先,基于真空灭弧的机械动力学,将振动信号构造为Hankel矩阵,利用奇异值分解（SVD）和快速傅里叶变换（FFT）滤波方法消除真空室微振动引起的噪声干扰;其次,从真空电弧能量平衡的角度,提取暂态电流谐波和介质恢复强度等关键电气参数作为故障指标;最后,利用二叉树结构优化的多类支持向量机（SVM）融合振动和电气特征,实现了真空泄漏、接触氧化等6种典型真空相关故障的准确识别。实验结果表明,诊断准确率为98.2%,在早期真空压降检测中具有明显优势。该方法为OLTC真空完整性实时监测提供了一种新颖的解决方案,显著提高了真空功率调节系统的安全性。

真空炉加热元件直接影响炉温均匀性与加热效率,是真空炉设计与研究的重点之一。本文从加热元件的材料与形状、功率计算方法、接电方式、尺寸与数量选择、安装布局及形式等方面,综述了近年来真空炉加热元件的国内外研究进展。首先,归纳了加热元件材料类型、形状、适用气氛与真空度;其次,梳理了接电电压与接电方式的选择方法,对比了七种经验计算功率方法的适用条件;最后,总结了加热元件尺寸设计与不同炉型安装布局形式。为满足真空炉对精确控温和节能降耗的要求,未来应致力于加热元件结构的模块化设计、新型耐腐蚀与抗氧化涂层的研发,以及通过高精度传感器与智能算法相结合实现元件温度的自动监测与优化控制等。

针对核工业大尺寸特种材料专用热处理工艺对温度均匀性要求高的需求,首先研制设计了专用的真空热处理炉,然后对热处理两种产品的大尺寸均温区进行了模拟仿真,通过仿真模拟结果迭代,优化了加热器功率分布和反射屏设置,最后通过现场实验验证保温阶段有效均温区的温度均匀性。结果表明所研制设计的真空热处理炉在工作温度工况下,500 mm×500 mm×3 000 mm的有效均温区温度均匀性控制在±3.0 ℃,且实验验证结果与仿真模拟结果具有较高的一致性,可满足大尺寸特种材料专用热处理工艺的设计要求。

本研究旨在探讨添加剂对硬质合金微观结构演变及其力学性能的影响。以钨钴合金为基体,加入碳化钛及其他辅料,通过制粒、压制和烧结等工艺流程制备了不同碳化钛含量（质量分数）的硬质合金样品。利用扫描电子显微镜、磁滞回线测量仪和三点弯曲试验机对合金显微组织、矫顽力和抗弯强度进行了详细分析。结果表明,添加剂的加入显著改变了硬质合金的微观结构,随着添加剂含量的增加,合金的晶粒逐渐细化且分布更加均匀。碳化钛含量为15%合金试件的矫顽力最大,为5.8 kA·m^-1,而相同烧结条件下,碳化钛含量20%合金试件的抗弯强度最高,达到840 MPa。添加剂含量对硬质合金的微观组织和力学性能有显著调控作用,且添加剂含量与合金抗弯强度呈现正相关趋势。通过优化添加剂配比,可以有效提升硬质合金的综合性能。