体育器械用铝合金材料激光表面强化数值模拟

为研究激光表面强化技术在体育器械用铝合金材料的使用效果,利用有限元模拟方法完成激光表面强化过程的模拟分析。通过构建体育器械用铝合金材料物理模型,设定数值模拟边界条件等环节,实现体育器械用铝合金材料的激光表面强化数值模拟。选定实验对象,使用此数值模拟方法模拟加工过程。经实验结果证实,此方法模拟结果符合激光强化原理与技术特征,且数值模拟结果与实操结果较为贴近。在日后的研究中,可使用此技术设定激光强化参数,以此推动激光强化技术的发展。     

激光冲击7050-T7451铝合金表面的X射线衍射图谱与微结构的相关性

采用脉冲激光对7050-T7451铝合金表面进行了激光冲击强化处理。利用X射线衍射仪(XRD)和场发式透射电镜(TEM),获得了试样表面衍射图谱和微观组织形貌,建立了激光冲击强化7050-T7451铝合金表面的微结构响应模型。结果表明,当激光功率密度为1.83GW·cm-2时,试样表面发生了过饱和固溶体的失稳分解;当激光功率密度为2.34GW·cm-2时,试样表面的晶粒尺寸增大;当激光功率密度为2.85GW·cm-2时,试样表面产生了纳米晶。激光冲击强化7050-T7451铝合金表面的XRD图谱与TEM分析结果具有一致性。     

温度对激光喷丸强化2024航空铝合金表面力学性能的影响

在不同温度下对2024-T351航空铝合金进行了激光喷丸(LP),研究了温度对其表面力学性能的影响规律,并结合微观组织分析得出了激光温喷丸(WLP)对2024-T351航空铝合金的强化机理。结果表明,激光喷丸2024-T351航空铝合金的显微硬度随喷丸温度的升高而增大,弥散强化效应使得120℃激光温喷丸在2024-T351航空铝合金表面诱导的残余压应力幅值显著高于常温激光喷丸。     

铝合金表面激光熔覆的新进展

本文总结了铝合金表面激光熔覆的特点,阐明了激光熔覆的合金体系及工艺方法,分析了各种熔覆层及界面的组织特征及性能,提出了铝合金激光表面熔覆存在的主要问题及改进途径.     

铝合金Nd:YAG脉冲激光SiC复合化涂层组织特征

鉴于铝合金的广泛应用价值及其因质软而在应用方面受到的限制,应用激光材料表面复合化方法对铝合金材料表面进行强化处理,具体为利用Nd:YAG脉冲激光采用纳米级和微米级SiC粉对铝合金表面进行复合化处理.通过对实验结果观察和分析表明,纳米级SiC粉形成激光铝合金表面复合化涂层比微米级SiC粉所形成复合化涂层组织均匀、致密、缺陷少、涂层与基材间结合状态好并显著提高了铝合金表面的显微硬度.分析原因在于微米级SiC粉在激光熔池内发生沉降,而纳米级SiC粉可在激光熔池内形成较均匀分布,这是重力作用受粉颗粒大小影响显著的结果.从而可以看出,SiC颗粒形状、大小及其在涂层中的分布状态直接影响涂层组织特征、涂层与基材间的结合状态;把形状规则、颗粒细小、在涂层中能够形成均匀分布的SiC粉作为涂层复合物有利于形成组织特征均匀、缺陷少、与基材结合状态好的复合涂层.     

激光冲击强化铝合金焊接接头的性能

以水为透明约束层,采用调Q(脉冲高峰值功率)的YAG激光对A6061-T6铝合金熔化极惰性气体保护焊接接头焊趾附近进行了激光冲击强化,并对比研究了A6061-T6铝合金焊接接头在激光冲击强化与焊态下的性能。试验结果表明,激光冲击强化的铝合金焊接接头与焊态下的相比,其冲击强化区的维氏硬度得到明显提高,焊接接头疲劳寿命得到较大幅提升;焊态下的试样疲劳断口位于焊缝或焊缝近旁,激光冲击强化下的试样疲劳断口位于基体金属上;激光冲击强化后在材料近表面获得了较大的残余压应力,其最大值约为-145MPa;与基体金属相比,激光冲击强化后的表面粗糙度增大。     

深冷激光喷丸强化2024-T351铝合金的表面力学性能

为了研究深冷激光喷丸强化（Cryogenic Laser Peening,CLP）对2024-T351铝合金表面力学性能的影响,采用Nd:YAG纳秒脉冲激光分别在常温（25℃）和深冷温度（-100℃）条件下对2024-T351铝合金材料进行激光喷丸处理,随后对试样的显微硬度、残余应力和微观组织等表面性能进行了测试分析,最后基于微观组织演变探讨了CLP对2024-T351铝合金的强化机理。结果表明,由于超低温对位错滑移及湮灭的抑制作用,CLP处理试样的位错密度提高,在动态再结晶后材料表面晶粒尺寸减小,其表层显微硬度与残余压应力值较常温LP处理试样分别提高了约20.3%与21.6%,因而改善了2024-T351铝合金的表面力学性能。     

激光喷丸强化6061-T6铝合金板料的表面完整性研究

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了6061-T6航空铝合金板料经激光喷丸强化后表面形貌、表面粗糙度、表面硬度、残余应力、表面显微组织结构等表面完整性的变化.结果表明激光喷丸后,试样表面喷丸区域的粗糙度降低;激光喷丸过程中冲击波诱导表面显微组织发生变化,位错密度增加,从而使得硬度增加,表面抗塑性变形能力得到提高;受喷板料正反两面均呈现残余压应力分布,最大残余应力值位于喷丸区域表面,厚度方向残余压应力随深度增加而逐渐减小.数值模拟得到的表面微凹坑截面轮廓及残余应力分布与实验结果相一致,表明可以用数值模拟方法对表面完整性进行预测,为激光喷丸过程参数优化和表面质量有效控制提供依据.     

激光单次冲击LY2铝合金微观强化机制研究

采用激光冲击强化技术对LY2铝合金表面进行处理,利用扫描电镜和透射电镜对塑性变形层深度方向的不同区域进行结构表征,测量了元素成分的变化,并对激光冲击强化铝合金的微观机理进行深入的研究。结果表明,激光冲击能够在LY2铝合金表面产生亚微米级的亚晶结构,深度方向的位错结构从随机分布位错到位错线,再到位错缠结,最后到亚晶进行逐步演变,最终形成细化的晶粒。激光冲击的超高应变率对于粗晶的细化和最小平均晶粒尺寸的大小具有至关重要的作用。     

ZL114A铝合金表面激光熔覆层组织及性能研究

为了增强铝合金表面硬度,应用激光表面强化技术,将按一定成分配比的3种不同厚度的Al-Y-Ni粉末熔覆ZL114A表面上,形成与基体冶金结合的熔覆层.结果表明,当预制涂层厚度为0.2 mm时,在一定激光工艺参数下,涂层硬度提高近60%.     

HS320铝活塞环槽两岸激光表面强化的研究

提高铝活塞环槽表面强度的方法有多种 ,再熔化强化工艺是目前最有发展前途的一种提高铝活塞使用寿命的工艺方法。它是利用等离子弧、氩弧、电子束、激光的高温 ,重新熔化铝合金活塞环槽区一定体积的金属并同时渗入合金元素 ,在活塞环槽区形成铝基新合金 ,它同活塞体形成可靠的冶金结合 ,然后在此环形区车削活塞环槽 ,达到提高铝活塞使用寿命的目的。本文采用横流 5KWCO2激光器对HBS32 0铝活塞环槽两岸直接进行镍基合金粉末激光合金化的试验研究 ,获得了无气孔、裂纹、组织细小均匀的合金化层。SEM研究表明合金化层与基体铝合金形成了牢固的冶金结合 ,合金化层组织为靠近基体铝合金的具有定向凝固特征的树枝晶 细小均匀的等轴晶 ,组织过渡均匀。表面硬度达到 6 5 0HV ,是基体铝合金的 5～ 6倍 ,实际使用表明 ,使用寿命较未经处理的铝活塞得到较大提高。     

铝合金Nd∶YAG脉冲激光SiC复合化涂层组织特征

鉴于铝合金的广泛应用价值及其因质软而在应用方面受到的限制 ,应用激光材料表面复合化方法对铝合金材料表面进行强化处理 ,具体为利用Nd∶YAG脉冲激光采用纳米级和微米级SiC粉对铝合金表面进行复合化处理。通过对实验结果观察和分析表明 ,纳米级SiC粉形成激光铝合金表面复合化涂层比微米级SiC粉所形成复合化涂层组织均匀、致密、缺陷少、涂层与基材间结合状态好并显著提高了铝合金表面的显微硬度。分析原因在于微米级SiC粉在激光熔池内发生沉降 ,而纳米级SiC粉可在激光熔池内形成较均匀分布 ,这是重力作用受粉颗粒大小影响显著的结果。从而可以看出 ,SiC颗粒形状、大小及其在涂层中的分布状态直接影响涂层组织特征、涂层与基材间的结合状态 ;把形状规则、颗粒细小、在涂层中能够形成均匀分布的SiC粉作为涂层复合物有利于形成组织特征均匀、缺陷少、与基材结合状态好的复合涂层。     

铝合金T型接头双侧激光焊接气孔缺陷影响规律研究

气孔缺陷是铝合金T型接头双侧激光焊接面临的主要问题,基于其工艺特点,文中系统研究了表面处理状态、光束入射角度、焊接速度、热输入和光束间距对气孔缺陷的影响规律。研究结果表明:铝合金表面保留一定厚度的纯铝包覆层才能最大程度地降低气孔缺陷;采用较大的光束入射角度和较高的焊接速度可以有效降低气孔缺陷,主要原因是小孔上方金属流动趋势由对流变为流向小孔内部更有利于气泡的逃逸;降低焊接热输入和增加光束间距均不利于降低气孔缺陷,造成小孔形状和贯通性改变并引起熔池流动行为的改变是其本质原因,保证双侧小孔对称和贯通才能利于气泡逸出并降低气孔缺陷。     

激光冲击区表面质量的人工神经网络研究

大量的实验表明,经激光冲击处理后,材料受冲击区的表面质量与材料的疲劳寿命有着明显的关系。因此,表面质量是判断激光冲击强化效果的重要手段。将人工神经网络技术用于激光冲击处理后试件的表面质量分析,建立了激光参数与激光冲击处理后试件的表面质量之间的联系,并用其实现了对冲击处理后的试件表面质量的预测。研究及实验表明,该方法不仅具有准确及稳定性好等特点,而且这种预测能力在实际应用中还具有不断提高的智能特性。     

铝合金封装微波组件的激光焊接密封技术

介绍了激光焊接机理和特点,分析了铝合金的激光焊接工艺特性,设计了激光焊接密封接头结构.通过对铝合金封装壳体的激光焊接密封工艺试验和分析,研究了装配间隙、材料表面状态、焊接工艺参数和工装夹具等因素对焊接密封质量的影响,成功实现了良好焊缝质量的焊接,达到微波组件氦气泄漏率低于1×10-8 Pa·m3/s的密封要求.     

纳秒脉冲激光加工高反射率铝膜

为了研究基于近红外纳秒脉冲激光的高反射率金属薄膜的加工可行性以及加工效果, 采用纳秒脉冲激光对高反射率铝膜进行激光加工, 分别测量了在不同激光光斑尺寸和不同激光能量的条件下, 铝膜表面所发生的烧蚀形态变化。结果表明, 即使铝膜表面反射率高达96%, 依然能对铝膜进行激光加工; 使用较高功率激光对铝膜表面进行离焦加工(能量密度约小于1000J/mm2)的烧蚀图样比使用较低功率激光对铝膜表面进行对焦加工(能量密度约大于2000J/mm2)的烧蚀图样更加规则。相关实验结果对激光加工高反射率材料时激光参量的选择可起到一定的指导作用。     

激光快速成形技术制作纯钛基底冠

为了探索应用激光快速成形(LRF)技术制作纯钛基底冠的可行性,通过激光扫描测量模拟了基牙的铝合金代型并三维重建其数字化外形,采用计算机辅助设计了基底冠。通过正交实验优化基底冠加工参数,将基底冠数据与加工参数导入快速成形系统加工10个纯钛基底冠。将完成的纯钛基底冠在铝合金代型上就位粘接,进行边缘适合性检测,评估加工精度。得到激光快速成形技术可以进行纯钛基底冠的加工,边缘适合性检测结果表明10个基底冠的各点间隙大小与临床120μm可接受的标准相比,均显著小于120μm。     

铸造铝合金激光表面合金化的研究

将Ni-Cr合金粉末用有机粘接剂调成膏状涂在铸造铝合金ZL108基体上,然后采用CO2激光进行激光表面合金化处理。通过选择合理的工艺参数,在基体表面获得冶金结合性能良好的合金化层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对合金化层的显微组织结构进行详细的研究。结果表明,合金化层由Ni-Al金属间化合物组成,并且呈点状、弥散分布在Al-Si共晶基体上。合金化层的显微硬度可达到230HV左右,比基体材料提高大约3倍;耐磨性比基体提高2倍左右。     

强脉冲激光照射TC11合金组织和抗氧化性能分析

为了改善TC11钛合金表面性能,采用强激光照射方法对其进行表面辐照处理,并研究脉冲能量密度对激光照射TC11钛合金表面形貌及性能的影响。结果表明,经过1J/cm2的强脉冲激光照射后,合金表面出现熔融,随着脉冲能量密度增大,合金表层的熔坑外径变大;激光照射后合金表层形成了约1.5μm外径的微孔,其构成元素主要为Mg,O,S,C;经脉冲照射处理后TC11合金显微硬度明显增大;当脉冲能量密度增加后,合金显微硬度也随之上升,合金试样的抗高温氧化性能得到明显的提升;合金表层形成的氧化物包含颗粒状和层状两种形貌类型,氧化物主要由Al₂O₃与Cr₂O₃构成。该研究对提高TC11钛合金表面抗氧化性能是有帮助的。     

Ti-6Al-4V合金SiC粉激光表面合金化组织与耐磨性

利用预涂ＳｉＣ粉的方法对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金进行激光表面合金化实验,制得了以ＴｉＣ和金属间化合物Ｔｉ_５Ｓｉ_３为增强相的耐磨复合材料表面改性层,合金层硬度及在二体磨料磨损与滑动磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。表明利用ＳｉＣ粉激光表面合金化是提高钛合金耐磨性的一种有效方法。