激光加工中金属表面涂敷的研究

研究了激光加工时金属表面的能量转换过程和“热层”特性。采用石墨涂层，对高速钢刀片进行了激光热处理，显著地提高了刀片表面的能量吸收率和硬度。     

45#钢的激光表面淬火的研究

激光表面淬火是应用激光具有高亮度的特性,把激光作为热源。用激光辐射到金属材料表面,并使表面薄层吸收这些激光能量。当激光束很快扫过金属表面时,热从表面传到基体,并使表层材料达到金属相变或熔化温度,从而完成激光淬火。激光表面淬火具有快速加热,快速冷却等独特优点。控制激光辐射区的功率密度和工件扫描速度,就可达到材料的相变硬化、熔化凝固、表面合金化等。激光表面淬火的温度可近似用一维热源模型的热传导方程求解。     

激光冲击强化金属材料时的热传导

根据金属材料表面激光冲击强化的特点，建立了激光冲击的一维温度场数学模型，推导出了计算金属表面达到汽化温度所需的时间、金属表面的汽化速度及汽化层厚度这三个实用的公式，它们对实际的激光冲击强化处理具有理论上的指导意义。     

激光等离子体冲击波波阵面衰减特性的实验研究

采用光偏转法分别对空气及水中的激光等离子体冲击波信号进行了探测。研究了自由衰减条件下,激光等离子体冲击波波阵面的衰减特性,并讨论了作用激光能量以及介质的物理特性对冲击波波阵面衰减特性的影响。结论表明,采用光偏转法可以有效地探测各种透明流体介质中的激光等离子体冲击波;同种介质中,作用激光能量越大,冲击波衰减越慢;作用激光能量相同,冲击波在波阻抗较小的介质中衰减较慢。     

飞秒激光在金属钼表面诱导产生纳米量级周期条纹结构的研究

针对近红外(800 nm)及其二倍频(400 nm)飞秒激光脉冲在金属钼表面诱导产生周期性条纹结构的情况进行了研究,分析比较了入射激光能量、脉冲重叠数、激光中心波长和加工氛围等实验参数对金属表面自组织形成的条纹结构空间周期的影响,并利用中心波长为400 nm的飞秒激光在水环境中于单晶钼表面制备出了空间周期仅约160 nm的条纹结构。同时针对水中加工的情况,在理论上提出了入射激光与表面等离子体波发生干涉和表面等离子体波形成驻波两种机制相互竞争的物理模型,很好地解释了实验现象,对于深入理解飞秒激光在金属表面进行纳米尺度的加工制备具有重要意义。     

激光与金属表面相互作用的等离子体爆炸模型研究

激光与金属表面相互作用的等离子体爆炸模型研究张开锡，徐景智，刘慧君，黄仅，张平（河北大学物理系，保定０７１００２）本文应用新提出的等离子体爆炸模型研究了强激光与金属表面的相互人用对金属表面产生的破坏。应用等离子体爆炸模型来研究此问题的依据是：１．相互...     

AICl3水溶液的激光诱导击穿光谱研究

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术已成功地对固体样品和气相样品中的重金属痕量元素进行了定性或半定量分析。为对液体基质的重金属元素进行痕量分析，使用实验中容易实现的单脉冲激光诱导击穿光谱技术，测定了AlCl3水溶液的激光诱导击穿光谱。系统地研究了溶液中Al原子激光诱导击穿光谱信号的时间演化特性、激光能量对激光诱导击穿光谱信号的影响和激光诱导击穿光谱用于液体中AlCl3痕量分析的检测限。实验结果表明，此方法所适用的激光能量比前人所做实验的激光能量小，只需50mj左右，这使得实验条件更容易得到满足，同时得到了一个较高的液体样品的激光诱导击穿光谱信号检测限。实验还表明，液体激光诱导击穿光谱信号存在特有的时间演化特性，其激光诱导击穿光谱信号的寿命相对于固体样品激光诱导击穿光谱信号来说比较短，只有30ns左右，同时激光诱导击穿光谱信号强度上升和衰减也比较迅速。     

激光瞬间作用后金属表层特性及机理研究

本文讨论了强激光瞬间作用金属表面后金属表层特性的改变。分析和实验得出，通过控制入射激光功率密度和作用时间可以实现相交硬化及快速熔化——凝固处理。指出利用脉冲激光并选择适当的工艺参数可以有效地对金属工件进行表面处理以改进其硬度、耐磨及耐腐蚀等性能。     

海面激光诱饵能量反射特性研究

建立了1．06μm波段激光的海面反射模型，分析了1．06μm激光诱饵的海面能量反射特性，通过试验数据，进行了理论计算。绘制了激光反射能量与观察点的方位角和高低角之间的关系曲线，为海面激光诱饵的布设提供了依据。     

飞秒激光诱导金属表面的周期性结构分析

随着科学技术的不断发展,激光技术逐渐发展产生了飞秒激光,而在飞秒激光出现之后促进了材料、激光直接的相互作用,使得飞秒激光诱导金属表面出现新的周期性结构,这中结构的潜在应用价值非常重要,因此急需加大对其研究。本文主要研究飞秒激光的主要特点和具体应用,飞秒激光诱导金属表面的周期性结构的主要特点以及产生的现象。     

异种金属氧化物辅助激光刻蚀蓝宝石的研究

为了提高蓝宝石对普通红外激光的吸收效率, 采用金属氧化物涂层辅助1064nm红外光纤激光器刻蚀蓝宝石。通过单因素研究方法, 研究了不同金属氧化物涂层的刻槽阈值以及激光能量和金属氧化物涂层对刻蚀率的影响, 对6种金属氧化物涂层辅助激光刻蚀的差异以及刻蚀机理进行了理论分析和实验验证。结果表明, TiO₂涂层的刻槽阈值最低约为8.5J/cm2、激光能量为77.7J/cm2时, TiO₂涂层的刻蚀率最高约为107.3×104μm3/s; 刻蚀率随着激光能量的增大先增大后趋于平缓且有所降低; 刻槽阈值和刻蚀率主要与涂层吸收激光能力、热导率以及熔沸点有关, 其中受涂层吸收激光能力和熔沸点的影响较大。此研究结果对激光加工蓝宝石的工业应用提供一定的技术基础。     

纳米复合镀Al2O3层激光强化

在H13钢表面通过纳米复合镀(NCP)的办法预置纳米Al2O3镀层,然后通过高功率连续CO2激光处理预置表面,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了镀层处理前后表面及截面形貌,利用X射线能谱(EDS)仪、X射线衍射(XRD)仪对处理前后的镀层进行了元素分析和物相分析,测试了处理前后镀层显微硬度及磨擦系数的变化。结果表明,激光处理后,强化层表面平整光滑,与基体形成冶金结合,成分均匀,组织细密。纳米Al2O3颗粒均匀分布在强化层表面,强化层显微硬度为原镀层的1.5~1.8倍,强化层摩擦系数约为镀层的1/2,基体的1/3。强化层和基体的表面主要以磨粒磨损为主,而纳米复合镀层则是磨粒磨损和黏着磨损综合作用的结果。     

激光熔覆陶瓷展结合强度测量与裂纹形成分析

利用声发射方法,测定了金属材料表面喷涂陶瓷层及经激光熔覆陶瓷层与基体的结合强度,并对陶瓷层产生声发射特性进行了探讨,最后分析了激光熔覆陶瓷层形成裂纹的过程。     

Influence of Laser‐Induced Topography Changes on the Activity of Catalyst Coatings as Examined by Infrared Thermography

A mixed metal oxide catalyst coating is subjected to laser irradiation by a Nd:YAG laser operating at 266 nm to induce local changes in surface topography. The coating is exposed to laser interference patterns as well as to direct laser irradiation without interference. Samples are characterized by means of White Light Interferometry and Scanning Electron Microscopy. Irradiation with interference patterns causes the formation of wave‐like surface patterns in micrometer scale whereas direct laser irradiation generates porosity with pore sizes in the range of 100nm. Emissivity‐corrected infrared thermography (ecIRT) is applied to analyze the effect of surface topography changes on the catalytic activity of coatings in parallel. The catalytic combustion of iso‐octane with different contents of oxygen in nitrogen is used as a test reaction for catalytic activity. Local temperature increase on the substrate is chosen as a measure for catalytic activity. For laser interference structured coating, the catalytic activity improves with increase in geometric surface area caused by the wave‐like pattern. For direct laser irradiation, the porosity created by the laser enhances catalytic activity with respect to the unstructured coating.     

激光强化冲击技术中涂层厚度的理论研究

在激光冲击强化技术中,充当能量转换体的涂层厚度问题是影响激光冲击强化效果的关键技术之一。许多研究者认为激光冲击强化处理技术中的涂层应有一个最佳值。涂层过厚,剩余涂层会对激光冲击波产生损耗;涂层过薄,又使金属表面产生气化,二者均会影响激光冲击强化效果。本文从激光与涂层相互作用的物理机理,研究推导了激光冲击涂层的理论厚度计算公式,并从工件表面状态、涂层和约束层等相关环境因素出发,讨论了它们对涂层厚度理论计算的影响,得到了具体工况条件下激光冲击涂层厚度的理论估算公式。     

激光超声检测带涂层金属表面裂纹的数值研究

为了研究线源脉冲激光激发的超声波在带涂层金属板表面裂纹检测方面的应用，采用有限元模拟的方法，分别建立了含有裂纹的带镍涂层和不带镍涂层金属板模型，并模拟出激光激发出的瑞利波以及瑞利波的传播过程。通过对接收点处的波形进行理论分析，得出了涂层厚度、裂纹深度与瑞利波时频域信号的关系。结果表明，瑞利波波速随着涂层厚度h的不同而不断变化；当表面存在裂纹时，不带涂层模型的反射瑞利波与剪切瑞利波的到达时间差Δt与裂纹深度h_c成线性关系，带涂层模型的Δt与h_c以涂层厚度为分界点成分段线性关系。此研究结果为实际测量带涂层金属板的表面裂纹深度提供了参考。     

纳秒激光诱导氧化钛片及涂层的润湿性研究

采用纳秒激光在纯钛片表面制备微织构,并辅助化学处理的方法,获得了类似"荷叶效应"且润湿稳定的超疏水表面。通过调整激光加工工艺参数,获得了具有不同润湿性的微纳米结构;在此基础上,采用全氟癸基三甲氧基硅烷和乙醇溶液的混合溶液在微结构表面制备涂层。采用扫描电子显微镜和能谱分析后可知钛板在激光作用下产生了多尺度的氧化钛多孔微结构;通过接触角测量表征进一步分析了钛片表面的亲水性与微纳米结构表面变化规律的关系,以及涂层对表面润湿性的影响,为生物医学药物输送方面的研究提供了参考。     

送粉激光熔覆ZrO2/Ni60复合涂层工艺与性能

采用送粉激光熔覆工艺分别制备了含 5 %和 10 %氧化锆陶瓷的强韧化镍基自熔合金涂层 ,考察了氧化锆含量 ,以及工艺参数对熔覆层组织结构与性能的关系 ,结果表明 :氧化锆掺杂涂层的组织特征取决于熔池的流动性 ,由于氧化锆的密度较镍基自熔合金的要小许多 ,因此在激光束提供的能量超过一定量之后 ,则会出现分层的组织结构 ,反之则可获得均匀的两相复合组织结构。最后给出了获得均匀组织结构的工艺方案     

激光熔覆Cr7C3增强铬镍硅涂层组织与耐磨性

为了提高材料耐磨性,以Cr3C2和0.47Cr-0.50Mi-0.03Si合金粉末为原料,利用激光熔覆制备工艺,在A3钢表面制得了Cr7C3硬质相增强Cr-Ni-Si金属硅化物复合材料涂层;利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪与电子探针等分析了涂层的显微组织,并在室温干滑动条件下测试其耐磨性能。结果表明,硬质颗粒相Cr7C3的加入,显著提高了Cr-Ni-Si金属硅化物涂层的硬度,涂层具有良好的室温耐磨性能。     

Thermal behaviour of electric connector coating irradiated by a laser beam

In this work, one dimension unsteady heat problem is resolved to simulate laser treatment of an electric connector coating. The electrochemical gold coating processing is not sufficient to limit the corrosion inside the connector. Thus an excimer laser beam interacts with the surface to recover a regular smooth surface by melting. The laser fluence must be adjusted to ensure the partial melting of the gold coating without its evaporation. The modelling of heat diffusion allows calculating the optimal fluence range (laser energy). Typically, for 0.75 μm surface coating on a multilayer metallic substrate, the laser fluence is ranging from 390 to 550 mJ/cm². The temperature profile is also plotted to describe the coating thermal field. Finally, the effect of the heat density (laser intensity) time distribution in the temperature profile and the melting depth is discussed.