铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究

为了研究激光成形方式对成形轮廓和微观组织的影响,采用厚度为40μm和80μm的T2铜箔进行激光冲击微胀形和微拉深实验。同时使用ABAQUS有限元仿真对实验进行模拟,研究不同变形方式下箔材位移和残余应力场。结果表明,激光冲击微胀形后铜箔变形区域出现颈缩,激光作用区域内变形机制主要为位错滑移、变形扭曲晶粒和机械孪晶;箔材上表面（激光冲击表面）为残余拉应力,最大值约为372.3MPa,箔材下表面（背向激光冲击面）为残余压应力,最大值约为-218.7MPa;而对于微拉深,箔材成形轮廓过渡圆滑,厚度分布均匀,光斑作用区域内出现大量位错露头和一些机械孪晶,箔材上表面为残余压应力,最大值约为-365.6MPa,箔材下表面为残余拉应力,最大值约为203MPa。这一结果对激光冲击箔材成形控制是有帮助的。     

激光驱动飞片复杂轮廓多孔微冲裁实验及模拟

激光驱动飞片微冲裁技术是在约束层模式下利用脉冲激光辐照飞片箔材诱导冲击波驱动高能飞片加载金属薄壁工件实现冲裁的微孔制造技术。实验中,使用INNOLAS SpitLight 2000Nd-YAG短脉冲激光器,20μm厚的铝制飞片;采用厚度为0.5mm AISI 1095钢薄片制作微模具,模具硬度为58HRC,利用皮秒激光铣削技术在模具中心加工微模孔阵列,在厚度为20μm的铝箔板上一次性冲裁出三个外接圆直径为500μm的梅花状通孔。通过KEYENCE VHX-1000C超景深三维显微系统进行观测,微冲孔具有良好的冲裁轮廓质量,工件上表面与冲裁断面有圆角带过渡,下表面轮廓处毛刺现象不明显。并以ANSYS/LS-DYNA为平台,使用有限网格单元法和流体动力学光滑粒子法对微冲裁过程进行了数值模拟,分别从断面形成、等效应力分布、等效塑性应变分布以及粒子位移变化等不同方面分析了激光驱动飞片多孔微冲裁工艺的基本特性。     

微锻造激光熔覆沉积高性能TC4组织与各向异性

测量了微锻造处理后激光熔覆沉积TC4试样的残余应力、等轴晶晶粒尺寸和表面粗糙度,并对沉积态、固溶时效态、微锻造-固溶时效态成形件的室温拉伸性能及各向异性进行了对比分析。结果表明:微锻造-固溶时效后,晶粒细化为等轴晶,晶粒大小为70～140μm;微锻造处理后,成形件在水平方向的塑性显著提升,各方向的拉伸性能均超过锻件,且各向异性小于10%。     

激光驱动复合飞片加载金属箔板的成形能力

激光驱动飞片加载金属箔板成形技术是一种新型微成形技术,其飞片的结构和性能是影响该技术成形能力和质量的主要因素之一。通过Spitlight 2000Nd:YAG激光器探究了复合飞片(主要由黑漆吸收层、聚酰亚胺隔热层和铝飞片组成)对激光驱动飞片加载金属箔板成形性能的影响。实验结果表明复合飞片能够增大工件的最大成形深度,同时工件形貌中心与模具中心的对中性更好,证明复合飞片在成形过程中对冲击波具有增压和均压作用,能够提高该技术的成形能力和质量。讨论了复合飞片提高成形能力和质量的原因,同时探究了激光能量和聚酰亚胺薄膜厚度对成形性能的影响。     

基于强脉冲激光的Ti/Al冲击点焊实验研究

提出了一种可以实现同种或异种金属材料固态冶金结合的新型激光冲击点焊工艺。实验中,采用Nd∶YAG激光器发出的脉冲激光驱动厚度为30μm的钛箔产生局部塑性变形,并以超高速撞击厚度为100μm的铝板以实现点焊连接。当钛箔的飞行距离分别为0.3、0.6、0.9 mm时,焊点中心的回弹区域面积依次减小,而结合区域面积依次增大。采用冷镶嵌技术制样用来观察焊点的截面特征,发现了沿焊点直径方向振幅和周期变化的波形界面和平直型界面。为研究激光冲击点焊对材料力学性能的影响,应用纳米压痕测试技术测量了垂直于焊接界面方向材料的显微硬度,结果表明焊接界面附近材料的硬度值明显提高。此外,焊接试样的拉伸剪切测试结果表明,当复板和基板发生有效固态冶金结合时其连接强度较高,失效形式通常是焊点边缘破裂。激光冲击点焊为厚度在微米级的异种金属箔板的点焊连结开辟了新途径。     

激光驱动飞片加载金属箔板成形实验研究

提出了一种新的微成形方法--激光驱动飞片加载金属箔板微成形技术,结合飞片速度模型和加载压力模型阐述了成形机理,利用10μm厚的铝箔进行了初步成形实验.在体式显微镜下观察成形后的铝箔表面光滑,并且与模具的贴合程度较高,表现出很好的成形精度.考察了激光能量对铝箔成形深度的影响.通过表面轮廓形貌测量仪检测发现,成形深度受激光能量的影响比较大.在光斑直径为1 mm,单脉冲激光能量为25～40 mJ时,铝箔成形深度随激光能量基本呈线性关系增加,单脉冲激光能量在45～50 mJ时,铝箔由于破裂成形深度大幅增加.     

钦合金件激光弯曲成形形状和尺寸精度控制的研究

研究了TC4钛合金薄板激光弯曲成形工艺.设计了具有气体保护的成形专用夹具并研究了激光弯曲时工艺参数及扫描路径对钛板最终成形形状和尺寸精度的影响以及激光弯曲对材料性能与微观组织的影响.确定激光弯曲扫描轨迹间隔距离在78.6 mm时,工件尺寸在误差范围800+05 mm内.观察金相微观组织发现热影响区约占板厚1/3,相变析...     

激光冲击铜箔飞片及其复合成形研究

提出了一种激光冲击形成飞片,进而驱动飞片直接成形工件的复合工艺。结合剪切模具,使用波长1064nm的Nd:YAG平顶型短脉冲激光束,在厚度为50μm的铜箔上冲击得到高质量飞片,利用高速飞片直接在成形模具上进行塑性成形,获得了具有良好成形效果的胀形件和环形剪切件。对激光冲击驱动飞片复合成形的机理和性能进行了探讨,并对实验过程中出现的现象及问题进行了初步分析。作为一种高效冲压成形方法,不仅拓展了激光微冲击成形技术的应用领域,也为激光驱动飞片加载金属薄板成形微结构等研究提供了参考。     

多脉冲激光冲击微胀形的成形极限及断裂模式

针对T2紫铜箔材开展了多脉冲激光冲击微胀形实验,研究了激光功率密度、初始晶粒尺寸和箔材厚度对胀形极限的影响,分析了断裂工件的宏观和微观断口形貌,讨论了箔材在多脉冲激光冲击微胀形时的断裂模式,并分析了各断裂模式的产生机理。研究结果表明:激光功率密度会显著影响箔材断裂前可承受的最大脉冲次数,但多脉冲成形方式不能提高箔材的胀形成形极限;晶粒尺寸和特征尺寸对多脉冲激光冲击微胀形成形极限具有显著影响;紫铜箔材在多脉冲激光冲击微胀形时存在拉伸断裂、剪切断裂、混合断裂和层裂4种断裂模式。     

波纹膜片中空激光冲击成形仿真研究

为了改善波纹膜片实心激光冲击成形时膜片的中心部位容易产生反向塑性变形,甚至发生破裂的问题,采用数值模拟的方法探索了波纹膜片中空激光冲击成形,通过分析膜片成形后的截面轮廓以及厚度分布研究了中空激光光斑对波形膜片成形性能的影响。研究结果表明:在进行波纹膜片中空激光冲击成形时合适的光斑内径可以有效地减小膜片中心区域的反向塑性变形,使膜片和凹模底部贴合更紧密;并且合适的光斑内径可以有效地改善波纹膜片冲击成形后的厚度分布,避免膜片中心部位厚度严重减薄造成的破裂失效。     

飞秒激光精密减薄石英玻璃凹槽实验

为实现石英玻璃表面凹槽的飞秒激光精密减薄加工,采用线扫描-面减薄的工艺手段,研究脉冲能量对烧蚀线槽形貌的影响,并以此为基础开展不同烧蚀线重叠率δ的单层凹槽减薄实验,通过激光共聚焦显微镜对凹槽的槽深、侧壁角和底面粗糙度等形貌特征进行观测和分析。研究表明,当40%≤δ≤80%时,随着δ的增大,凹槽深度增大、侧壁角减小;当δ=40%时,凹槽的槽深、槽宽、侧壁角分别为14.56μm、261.8μm和59.1°。凹槽底面粗糙度Ra和Rz随δ的增大而减小,当δ为80%时分别达到最小值0.19μm和1.23μm;平行于扫描速度方向的轮廓算数平均偏差Ra′和微观不平度十点高度Rz′随δ的增大呈现先减小后增大的趋势,当δ为80%时,Ra′≈Ra、Rz′≈Rz;轮廓三维均方根偏差Sq随δ的增大逐渐减小,最小值为0.16μm。     

金属箔材无模激光多点冲击成形工艺研究

为了解决金属箔材微拉深工艺中高昂的微型模具设计制造成本问题,采用无模具激光冲击微成形方法,对脉宽5ns、直径50μm的高重复频率激光光斑微冲击成形20μm厚T2铜箔进行了理论分析和实验验证。结果表明,在约束层没有破损的情况下,凹坑深度h、凹坑底平面直径L₁和凹坑壁倾斜程度（L-L₁）随着单脉冲能量E及光斑搭接率增加线性增大;激光扫描内外圆周顺序对凹坑深度没有影响,但会对凹坑底平面直径有影响,先扫描外圆周时会形成更大的凹坑底平面直径,无需模具,凹坑形貌是可控的。这一结果对激光无模微拉深渐进成形的进一步研究是有帮助的。     

不锈钢微流道模具的激光熔覆成形

采用JK1002型Nd:YAG激光器、同步送粉系统,在塑胶模具钢HPM75基体上,熔覆316L不锈钢粉末,直接成形微流道模具。研究送粉量对熔覆道几何尺寸的影响,研究稳定送粉状态下送粉量与激光功率组合对熔覆质量的影响。结果表明,送粉量1.5~2.5 g/min,获得满足微流道模具几何尺寸要求的微细熔覆道;激光功率400 W和送粉量2.0 g/min组合,获得具有较好熔覆质量的微细熔覆道。采用CAD-Mastercam软件,规划特定形状微流道模具的激光扫描成形路径,采用优化的参数组合进行多层熔覆成形实验,成形出致密、硬度580 HV的微细熔覆道,经后续磨、铣削及少量抛光,制作出高0.1 mm,宽0.3 mm的熔覆道,满足工作技术要求的微流道模具样件,制作1件模具总耗时60~75 min。     

三明治型微加速度计温度漂移封装胶关系研究

为探索三明治微加速度计温度漂移与封装胶的关系,基于有限元分析方法,结合微加速度计伺服反馈工作原理,对温度漂移与封装胶关系展开了研究。研究表明:封装胶厚度、杨氏模量和与封装胶相连的底部玻璃厚度改变均会影响温度漂移,当封装胶厚度从15μm增加到35μm时,温度漂移减小约25%;封装胶杨氏模量从4 GPa减小到0.25 GPa时,温度漂移减小约70%;与封装胶相连的底部玻璃厚度从400μm增大到1 000μm时,温度漂移减小约37%。并且,通过与实验结果对比,表明封装胶所引起的温度漂移约为实测漂移的1/4~1/3。研究为三明治微加速度计温度漂移与封装胶关系提供了参考。     

TC4叶片裂纹及体积损伤激光修复工艺方法

针对TC4合金叶片经常性表层裂纹萌生、体积损伤以及修复材料成本高的工程实际,优选FeCrNiB系以及TiAlVFe系合金材料,基于脉冲激光成形工艺优势,实现了TC4合金叶片表层裂纹及体积损伤修复,从成形工艺、金相组织、显微硬度以及三维尺寸等方面验证了工艺匹配性。结果表明:FeCrNiB合金熔覆层主要由细小致密的等轴晶、交错分布的树枝晶以及均匀分布的胞状晶组成,而TC4合金主要由针状马氏体和网篮组织交错伴生组成,都具有较好的组织形态。FeCrNiB合金熔覆层显微硬度为380~750 HV0.1,较基体提升约1倍;TC4合金熔覆层显微硬度为295~350 HV0.1,与基体基本保持一致。叶片成形后整体形状尺寸精度控制在0.8 mm以下。通过激光工艺优化和性能匹配分析可知,FeCrNiB合金适合局部微裂纹修复,而TC4合金适合体积损伤成形。     

镍箔对DP980/A6061异种激光焊接接头组织性能的影响

对DP980板和A6061板进行了激光搭接焊试验,对比分析了镍箔对焊接接头焊缝(WS)和熔合线(FL)的显微组织、显微硬度及拉剪性能的影响。结果表明,对于未添加镍箔样品,铝元素进入熔池内导致WS和FL处形成大量软质相δ铁素体和部分板条马氏体(LM),钢/铝界面处析出脆性FeAl_2、FeAl_3金属间化合物,金属间化合物层的峰值厚度约为50μm,拉伸过程中焊接接头在界面处发生脆性断裂;对于添加镍箔样品,镍元素抑制了Fe-Al冶金反应的进行,促使δ铁素体向奥氏体转变,在室温下WS获得了全LM组织,WS硬度升高,界面处形成了Ni-Al金属间化合物,界面处的硬度和脆性Fe-Al金属间化合物层的厚度减小。镍箔使焊接接头的强度提高至61 MPa,是未添加镍箔样品的1.4倍。     

使用凹槽磨块减薄GaAs功率MESFET芯片

在GaAs功率MESFET的研制和生产过程中,为了减小器件热阻,必须减薄芯片之后再进行管芯装架。目前我们要求芯片减薄到大约100μm。 为了改进芯片减薄工艺,我们加工了如图1所示的不锈钢凹槽磨块。其槽深是关键尺寸,它应该等于减薄之后的芯片厚度与粘料厚度之和。     

激光直接烧结FGH95合金的微观组织与性能

基于直接激光金属烧结成形技术,以FGH95镍基高温合金粉末为研究对象,讨论了烧结工艺参数对制件微观组织、体积密度及显微硬度的影响。制件微观组织结构由等轴晶和枝状晶组成,在较高的激光功率、较低的扫描速度和较小的扫描间距时,等轴晶数量减少,尺寸增加,而枝状晶数量多且晶粒细微。制件的体积密度随着激光功率的提高而增大,随着扫描速率和扫描间距的增大而减小;随着激光功率和扫描速度的提高,制件的显微硬度呈先降后升趋势;随着扫描间距的增大,制件的显微硬度呈递增趋势,在到达最大值时有明显的回落。采用激光功率为900 W,扫描速度为0.8 m/min,扫描间距为0.6 mm以及粉层厚度为0.9 mm的参数组合,可获得表面平整、体积密度高、晶粒均匀细小和无明显微观缺陷的制件,其显微硬度可达到477 HV。     

激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能分析

为了综合评价激光选区熔化成形316L不锈钢的力学性能,制备了不同成形方向的316 L不锈钢试样,观察了试样微观组织,测试了其拉伸性能、布氏硬度、冲击性能、弯曲性能.结果表明,微观组织主要为胞状晶及呈外延生长的柱状晶,且柱状晶晶粒取向各不相同,在相邻熔覆道熔合线附近的晶粒尺寸大于远离熔合线区域.激光选区熔化制备的试样的抗...     

选择性激光熔融钴铬合金成形工艺研究

针对牙科钴铬合金(remanium star CL)进行选择性激光熔融(SLM)成形实验,测试分析钴铬合金成形件微观组织及表面质量,研究激光功率、扫描速度、扫描间距及其综合作用下的激光能量密度对钴铬合金件表面粗糙度、相对密度及维氏硬度的影响。研究结果表明,相同激光能量密度下,不同的激光功率、扫描速度、扫描间距也会导致不同的表面粗糙度。SLM成形钴铬合金件相对密度随激光功率的增加而增大且变化速率逐渐缓慢;扫描速度在80~100 mm/s时,钴铬合金SLM成形相对密度最大值达94.95%。随着激光扫描间距的增大,钴铬合金件的相对密度下降。试件维氏硬度随激光功率和扫描速度的增大均呈现先增大后减小的变化规律。此外,激光功率从50 W变为100 W时,网状晶粒平均尺寸由0.8μm增大到2μm左右,然而过大的激光功率将导致晶粒尺寸过大使硬度降低。SLM成形钴铬合金件维氏硬度平均硬度为392 HV,在合理范围内略高于标准值。