矩形光束激光重熔等离子喷涂热障涂层热震试验研究

在GH536高温合金基材上等离子喷涂NiCrA1Y/8wt.%Y2O3-ZrO2热障涂层后,采用积分化矩形光斑进行激光重熔。组织结构分析及热震试验结果表明：等离子喷涂与激光重熔试样的失效形式和机理不同,等离子喷涂试样以热震应力失效和热震应力复合TGO应力辅助作用两种形式失效。激光重熔试样以热震应力形式失效为主。能量密度较小的激光重熔试样具有高于等离子喷涂试样的热震寿命。网状裂纹及柱状晶粗化和扩展到喷涂态陶瓷层中的裂纹是激光重熔试样热震寿命降低的主要原因。     

激光重熔等离子喷涂Al2O3-13%TiO2陶瓷涂层热震性能

为了提高等离子喷涂Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的抗热震性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对等离子喷涂层热震性能的影响,并探讨了涂层的热震失效机理.结果表明:相对于等离子喷涂试样,激光重熔涂层有较好的抗热震性能.等离子喷涂陶瓷涂层的热震失效形式基本为边角剥落,而激光重熔陶瓷涂层热震失效形式既有边角剥落又有相当数量的中间区域局部剥落.激光重熔对涂层热震性能的影响主要表现为降低涂层的初始抗破坏能力、减缓涂层的裂纹扩展速率以及改变涂层的破坏模式.     

材料结构与制备工艺对陶瓷涂层抗冲蚀性能的影响

以常规和纳米团聚体Al2O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷粉末为原料,采用等离子喷涂和等离子喷涂-激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了常规和纳米结构陶瓷涂层,分析了粉末结构及制备工艺对涂层抗冲蚀性能的影响,并探讨了各种涂层的冲蚀破坏机理.结果表明:相对于等离子喷涂试样,激光重熔涂层有较好的抗冲蚀性能.在同等条件下,纳米结构涂层的抗冲蚀性能优于常规涂层.常规陶瓷涂层表现为典型的脆性冲蚀特性,纳米结构陶瓷涂层呈明显的脆性冲蚀特性,同时有一定程度的塑性冲蚀特征.等离子喷涂层的冲蚀磨损以片层状脱落为主,同时有一定程度的脆性陶瓷颗粒破碎;而激光重熔试样以近表面的裂纹萌生和扩展,最终导致重熔层晶粒破碎、剥离为主.     

TiAl合金表面激光重熔纳米陶瓷涂层热腐蚀性能

为了进一步提高TiAl合金的耐热腐蚀性能,分别采用等离子喷涂和等离子喷涂-激光重熔复合工艺在TiAl合金表面制备了纳米A12O3-13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层.研究了两种涂层在850'C下75%Na2SO4+25%NaCl(质量分数)熔融盐中的热腐蚀行为,用扫描电子显微镜(SEM)和x射线衍射仪(XRD)对腐蚀后试样的微观组织以及物相进行了分析,并讨论了激光重熔处理对涂层耐热腐蚀性能的影响.结果表明,等离子喷涂陶瓷涂层的腐蚀情况较为严重,经过激光重熔后可以有效提高其耐热腐蚀性能.激光重熔试样具有较高抗热腐蚀性能的原因是:一方面激光重熔消除了喷涂层的层状结构和大部分孔隙,形成了均匀致密的重熔层,减少了热腐蚀过程中的腐蚀扩散通道;另一方面归因于激光重熔使亚稳相γ-Al2O3转变为稳定相α-Al2O3.     

钛合金等离子喷涂纳米陶瓷涂层激光重熔试验研究

研究了钛合金表面等离子喷涂纳米结构的A12O3+l3wt.%TiO2复合陶瓷涂层激光重熔的微观结构形貌、物相、显微"硬度及结合强度.结果表明涂层在激光重熔后.消除了等离子喷涂后的片层结构组织.在涂层中仍存在部分未熔的纳米结构颗粒,分散了涂层内的应力.原等离子喷涂层中的γ-Al2 O3亚稳态相消失,全部转变为稳态相α-Al2 O3,TiO2则由板钛矿相完全转变为热力学稳定的金红石相,重熔后的喷涂层致密性、显微硬度和结合强度均得到了明显提高.     

以纳米SiC为填料的激光重熔等离子喷涂陶瓷涂层组织及耐腐蚀性能的研究

在45#钢表面,以等离子喷涂技术制备了WC/Co-NiCrAl涂层(TC-1)。采用激光直接重熔等离子喷涂陶瓷涂 层技术制备了激光重熔WC/Co-NiCrAl/laser-remelting陶瓷涂层(FC-2);以纳米SiC粉末为填料,对等离子喷涂层进行 了填料下的激光重熔,制备了纳米SiC改性的WC/Co-NiCrAl/nano-SiC复合陶瓷涂层(FC-3)。采用X射线衍射、扫描电 镜对三种涂层微观组织进行了分析,同时对陶瓷涂层的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,TC-1涂层由WC,W2C, W6C2.54,W,Co,CoO组成;TC-2重熔层由WC,W2C,CoO及W组成;纳米改性后的重熔层TC-3由SiC,Si2W,WC,W及 CoO组成。在激光作用下,原等离子喷涂层WC/Co的片层状组织得以消除。与TC-1涂层相比,TC-2及TC-3陶瓷涂层 致密化程度明显提高,涂层耐腐蚀性能也得到了明显的改善。     

等离子喷涂Al_2O_3陶瓷涂层的激光重熔处理

用Ｘ 射线衍射、扫描电镜和显微硬度研究了等离子喷涂Ａｌ２Ｏ３ 陶瓷涂层激光重熔处理后陶瓷熔化层的组织结构及硬度变化特征。激光重熔区亚稳相γ－ Ａｌ２Ｏ３ 转变成为稳定相α－ Ａｌ２Ｏ３;陶瓷熔化层致密、无孔隙,但存在裂纹;熔化层硬度有较大提高,且随激光能量密度的增大而增大,而与涂层设计几乎无关。此外,激光重熔能较大地提高Ａｌ２Ｏ３ 陶瓷涂层的耐磨性。     

TiAl基合金表面激光重熔MCrAlY涂层组织结构及抗氧化性

采用等离子喷涂工艺在TiAl基合金表面制备NiCoCrAl-Y2O3涂层.并用激光重熔工艺对涂层进行处理.用SEM、XRD对激光重熔前后的试样进行检测,分析了涂层的微观组织结构以及物相成分组成,同时对涂层进行高温氧化试验.结果表明,等离子喷涂后的涂层组织较致密,但仍存在孔洞等缺陷.激光重熔后涂层的组织结构进一步均匀、致密,晶粒得到细化.激光重熔过程中,涂层中Al元素上浮,并部分氧化生成Al2O3相.这两方面均可有效"阻碍"氧离子向内扩散和金属阳离子向外扩散,使重熔后涂层的高温抗氧化性能得到较大地改善.     

激光重熔对CoCrAlYTa涂层组织及氧化性能的影响

采用等离子喷涂工艺在Co基合金表面制备CoCrAlYTa-Al_2O_3-ZrB_2复合涂层,并采用激光重熔工艺对涂层进行处理。通过扫描电镜(SEM)、和X射线衍射仪(XRD)对重熔前后试样进行检测,分析涂层的微观结构及物相组成,同时对涂层进行高温氧化实验,比较重熔前后试样的性能。结果表明,激光重熔消除了等离子喷涂层的片层状结构、孔隙等缺陷,涂层致密性有很大提高;激光重熔层截面显微硬度从平均899.47 HV提高到929.484 HV;激光重熔层氧化增重速率约为等离子喷涂层的1/6,且氧化膜均匀致密,有效阻止氧化的进一步进行,从而大大提高涂层的抗氧化性能。     

等离子喷涂Al2O3+13wt%TiO2陶瓷涂层的 激光重熔处理

本文用Ｘ射线衍射、扫描电镜和显微硬度研究了等离子喷涂Ａｌ２Ｏ３＋１３ｗｔ％ＴｉＯ２陶瓷涂层激光重熔处理后陶瓷熔化层的组织结构及硬度变化特征。激光重熔区亚稳相Ｙ－Ａｌ２Ｏ３转变成为稳定相α－Ａｌ２Ｏ３：ＴｉＯ２与Ａｌ２Ｏ３反应生成ＴｉＡｌ２Ｏ３陶瓷熔化层致密,无孔隙、少裂纹或无裂纹;熔化层硬度有较大提高,且随激光能量密度的增大而增大,而涂层设计对其影响很小。此外,激光重熔能极大地提高陶瓷的涂层的耐磨     

用激光模拟等离子体破裂热脉冲研究石墨材料的热负荷特性

报道使用脉冲激光束来模拟等离子体破裂产生的热负荷对面对等离子体壁材料石墨的热负荷影响的实验研究方法和结果。     

轧辊表面激光重熔热障涂层抗热冲击性能研究

为了提高轧辊表面涂层的抗热冲击性能、延长其高温条件下的使用寿命,采用5kW CO2激光器,对轧辊表面等离子喷涂热障涂层进行了重熔处理。利用扫描电镜和能量色散谱仪,观察激光重熔涂层的涂层形貌和微观结构, 对分界面元素进行了微区成分分析。将试样在1000℃下保温10min后,放入常温(25℃)水中激冷,探究其抗热冲击性能,并与等离子喷涂涂层进行了对比。结果表明,经激光重熔后,涂层孔隙、裂纹明显减少,涂层质量明显提高;涂层与基体之间在一定程度上实现了冶金结合,结合强度明显提高;开始出现裂纹以及最终失效时的冲击循环次数由原来的14次和32次分别提高到43次和94次。该激光重熔工艺有助于提高涂层的热冲击性能,可延长轧辊的使用寿命。     

Thermooptical compensation methods for high-power lasers

Thermally induced optical effects can be exploited to generate adaptive optical devices such as self-adjusting lenses. An adaptive lens in a resonator can be used to compensate for the thermal lens in a high-power solid-state laser rod (LR) and herewith significantly improve the beam quality and increase the output-power range of solid-state lasers. With suitable materials and an appropriate design of the compensating device, resonators with self-balancing thermal lenses can be developed. In this paper, we review the material requirements for a self-adaptive compensating element and discuss a selection of suitable materials (glasses, liquids and curing gels) and schemes to compensate for the thermal lens of a Nd:YAG LR. Finally, we present a very simple and promising design of a thermooptically self-compensated laser amplifier.     

激光二极管合束模块整体散热热阻分析

半导体激光器散热是在热源至热沉之间尽可能提供一条低的热阻通路。其主要目的是降低外热阻(即激光器芯片至散热空间的热阻),使发热激光器芯片与被冷却表面之间保持一个低的温度梯度和良好的热接触。对于接触热阻冷却方法,人们往往根据自身的研究对象,用实验方法来解决接触热阻的问题。通过对单管合束模块整体热阻逐步进行分析,通过软件模拟和结合频率红移法对激光二极管热阻进行测量,得出单管合束模块整体散热热阻小于0.25 ℃/W。此散热模块可以满足百瓦级半导体激光器的散热要求。     

(Nd,Tb, Ce):YAG晶体的激光特性

(Nd,Tb,Ce):YAG晶体是我们最近研制的一种新激光晶体.本文将给出在风冷条件下,(Nd,Ce):YAG和常用的Nd:YAG及(Nd,Ce):YAG在不同重复频率下的激光输出,束散角和光束质量因子的测试结果.对比这些结果,可以看到(Nd,Tb,Ce):YAG晶体的效率不低于(Nd,Ce):YAG,而在热畸变和热稳定性方面,明显优于Nd:YAG和(Nd,Ce):YAG.     

稳态热晕对激光束大气传输特性的影响

利用稳态热晕条件下的高斯光束的光强分布模型,数值分析了无风和有风两种情况下稳态热晕效应引起的光束畸变。在无风情况下,分析了热晕对不同传输距离、不同初始功率的激光束能量分布的影响;在有风情况下,分析了热晕对近场和远场激光束的影响,分析了不同横向风速对光束畸变的影响。     

激光等离子体冲击波自动测试系统的研制

本文根据光束偏转原理,研制了激光等离子体冲 击波自动测试 硬件和软件。该系统分别使用计算机和可编程序控制器作为上下位机,采取上下位机通讯的方式控制步进电机及二维移动架,以改变探测光的相对位置,并利用单模光纤和光电倍增管将探测到的光偏转信号输入数字 示波 器进行存储,最后计算机将示波器中采集到的光偏转信号进行分析处理。使用该系统对激光等离子体冲击波的衰减过程进行了实际测试,得到了较为理想的实验结果。     

环形激光二极管抽运激光棒的热致退偏分析

利用自行编制的热效应模拟软件，采用光线追迹方法获得激光棒内的热沉积分布，在此基础上利用热传导模型和热力光学模型，对高功率环形激光二极管阵列抽运的棒状激光放大器中动态热致退偏进行了详细模拟计算．并比较了不同输入功率下的热致退偏情况。结果表明，采用基于光线追迹的发热模型，可以很好地计算环形激光二极管抽运激光棒中的热效应问题；瞬态下的光程差分布和同消色线退偏图案的环数与棒内瞬态温升分布有关；输入功率越高，热效应引起的相对光程差就越大，波前畸变就越大，引起的热致退偏也就越严重，在同消色线图案中的环数就越多。     

激光斜冲实验与理论研究

金属板材的激光冲击成形通常采用激光束沿法向作用于零件表面,产生垂直于表面的冲击波作用力,但在曲面零件冲击成形时很难满足每次都为法向垂直冲击,因此非常有必要进行斜冲击研究。用钕玻璃激光器斜冲击LD31(6063)板料,并使用千分尺对变形特征进行了测量,实验表明等离子体的迎光性以及等离子体与激光之间的相互作用使得等离子体逆着激光方向斜膨胀,产生的应力波则顺着激光方向斜冲击板料,造成了被冲击板料变形的偏心。在激光能量约为42 J,脉冲宽度约为23 ns,光斑直径为8 mm,入射角度约为0°,30°,60°时,板料的偏心依次为1.00 mm,1.68 mm,3.77 mm,深度方向变形依次为5.60 mm,5.00 mm,3.00 mm,变形最大点显微硬度提高率依次为50%,33.3%,25%。     

旋转光束气体热效应的仿真分析

激光非均匀加热效应严重影响着激光能量的远距离传输。对于矩形平顶光束,在有轴向流存在的情况下,采用光束旋转的方式,借助商用的计算流体力学(CFD)软件Fluent,对激光在内通道中传输的气体热效应问题进行了仿真分析。仿真结果表明,激光束在横截面内的旋转,并不改变光场与气体耦合热效应到达稳态的时间。但是光束旋转效应使得光强非均匀分布带来的二阶像散项基本消失,光程差中只包含沿光轴方向对称的离焦项和球差项。而离焦项是便于校正的,因此光束旋转能够改善激光在内通道中的传输特性。