选区激光熔化成形Al-Si-Mg-Zr合金的微观组织与力学性能

本文以高Mg含量Al-Si-Mg合金为基础,通过引入Zr作为晶粒细化剂,设计并制备了选区激光熔化(SLM)成形Al-8.0Si-2.56Mg-0.41Zr合金,系统研究了不同激光扫描速度对合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品微观组织和力学性能的影响。结果表明,样品的SLM成形性良好,最大相对密度约为99.5%。样品由分布于熔池边界的细小等轴晶和熔池内部的柱状晶构成,样品的晶粒尺寸明显小于SLM成形Al-Si-Mg合金。成形态样品的硬度最大值为(173±2) HV。当时效温度≤200℃时,样品的Vickers硬度随时效温度的增加而逐渐增大;当时效温度≥250℃时,样品的硬度迅速降低。样品在150℃下的等温时效处理结果表明,随着时效时间的增加,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐增大,当时效处理时间为12 h时,样品的硬度和压缩屈服强度具有最大值,分别为(194±2) HV和(512±4) MPa。     

选区激光熔化Zr改性Al-Si-Mg合金组织和力学性能

针对选区激光熔化（SLM）高Mg含量AlSiMg3合金成形性差的缺点,通过Zr进行合金化,研究了工艺参数对SLM成形高Mg含量Al-Si-Mg-Zr合金的成形性及时效处理对合金组织和力学性能的影响。结果表明,SLM成形Al-Si-Mg-Zr合金的熔池边界处形成了大量的细小等轴晶,从而有效地避免了样品在成形过程中裂纹的产生,增加了样品的SLM成形性,不同激光功率和激光扫描速度下获得样品的孔隙率均低于0.3%。拉伸测试结果表明,成形态样品的屈服强度（YS）为(426±8) MPa,极限抗拉强度（UTS）为(464±12) MPa。经165℃时效处理后,由于α-Al晶粒内部纳米强化相的增多,样品的强度增加明显,时效样品的最大YS和UTS分别为(482±11)MPa和(522±10)MPa。本研究获得SLM成形Al-Si-Mg-Zr样品的强度高于目前商用的SLM成形Al-Si-Mg合金。     

化学共沉淀法制备NiCuZn铁氧体及其性能研究

利用化学共沉淀法制备了NiCuZn铁氧体微粉,研究了反应温度、搅拌速率和盐溶液流速对前驱体粒径的影响。通过XRD、TEM、激光粒度仪（LPS）、精密阻抗分析仪、振动样品磁强计(VSM)等手段对最优条件下得到的样品进行表征。结果表明：当反应温度为70 ℃,盐溶液的流速为0.5 mL/min,搅拌速率为300 r/min时得到尖晶石相的粉体,粒度约为30 nm。将微粉体在500 ℃预烧,在900 ℃烧结后得到样品的相对密度为98%,起始磁导率μi约为200,品质因数Q约为150。截止频率约为70 MHZ     

盐水介质中Ti12Mo5Ta合金的电化学特性(英文)

比较了未再结晶和再结晶Ti12Mo5Ta合金、未再结晶Ti12Mo合金和工业用纯钛(cp-Ti)在0.9%生理盐水(pH 2.3)中37°C下的电化学行为。从阳极极化曲线中得到了极低的钝化电流密度(10-6 A/cm2),这表明所有样品在酸性0.9%NaCl溶液中具有高的耐蚀性能。采用扫描电子显微镜(SEM)观察样品的表面形貌,发现所有样品表面受到了相同的腐蚀,而且经阳极动电位极化测试后的样品表面没有出现点蚀、裂纹或其它缺陷。使用等效电路模拟电化学阻抗谱(EIS)数据,以表征样品表面且更好地理解Mo和Ta的添加对cp-Ti及再结晶的影响。EIS结果证实,在开路电位下,所有样品在0.9%NaCl溶液(pH 2.3)中产生钝化(极化电阻约为105Ω·cm2)。在37°C时,样品在0.9%NaCl溶液中(pH 2.3)的耐蚀性顺序为:再结晶Ti12Mo5Ta未再结晶Ti12Mo5Ta未再结晶Ti12Mocp-Ti。     

高Mg含量Al-Mg-Sc-Zr合金选区激光熔化成形性及力学性能

基于宽粒径分布粉末(2~46μm),应用选区激光熔化(SLM)技术制备了高Mg含量Al-14.4Mg-0.33Sc-0.19Zr铝合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对合金SLM成形性、组织和力学性能的影响。结果表明,高激光功率可有效降低细粉飞溅对样品成形性的干扰,SLM成形样品的最大相对密度为98.6%。样品显微组织由熔池边界细小等轴晶和熔池内部粗大晶粒构成,Mg含量的增加降低了样品织构和柱状晶的含量。经不同温度时效处理后,SLM成形样品的硬度先增加后降低,在350℃时具有最大值。SLM成形样品在350℃时效处理时,硬度和压缩屈服强度均随时效时间的增加出现双峰值现象,时效1 h后样品的硬度(HV)和屈服强度均达到最大值,分别为(1670±30) MPa和(457±10)MPa,延伸率为(27±3)%。样品经350℃长时间时效处理后,由于第二相粒子的粗化,导致样品的硬度和强度有所降低。本研究通过保留铝合金粉末的细粉区,有效提升了粉末的利用率,降低了原料成本,获得了成形性和力学性能较优的高Mg含量SLM成形Al-Mg-Sc-Zr铝合金。     

纳米孪晶强化贝氏体化涂层及其耐磨性

目的通过诱发纳米孪晶强化贝氏体化涂层强度及耐磨性。方法在250℃对中碳合金钢进行激光熔覆,并进行等温处理。通过残余应力测试、X射线衍射试验、扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察、显微硬度和纳米压痕测试、往复磨损试验及磨损形貌表征,分别评价激光熔覆涂层的残余应力、物相、显微组织与结构、硬度梯度及微观硬度\耐磨性能。结果激光熔覆涂层平行和垂直激光移动方向的平均应力值分别为(209±20)MPa和(319±21)MPa。激光熔覆引入大量位错结构,使残余奥氏体尺寸降低至(37.5±2.5)nm。两组试样均为无碳化物贝氏体组织,其显微组织由针状的贝氏体铁素体以及残余奥氏体组成。在激光热作用及后续等温过程中,显微组织明显细化,并伴随生成大量塑性良好的纳米孪晶结构。激光熔覆涂层的平均显微硬度为650HV,较基体的平均硬度提升了约25%。相同磨损时间下,熔覆层的磨损体积为0.675 mm3,基体的磨损体积为1.142 mm3,纳米孪晶结构的形成大大提升了中碳合金钢的抗粘着磨损性能。结论在特定温度对中碳合金钢进行激光熔覆可以制备贝氏体化涂层,在热应力作用下,显微组织中形成的纳米孪晶结构能够对涂层增强增韧,同时提高其抗粘着磨损性能。     

17-4PH不锈钢激光气体渗氮层显微组织与摩擦学性能

目的 提高17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢的表面硬度及耐磨性。方法 采用光纤激光器对17-4PH不锈钢进行激光气体氮化,采用不同激光功率在其表面制备渗氮层。利用光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析渗氮层的显微组织和相组成;借助显微硬度仪测试渗氮层截面深度方向的硬度;采用多功能摩擦磨损试验机测试基体、渗氮层的摩擦学性能,并通过SEM分析磨痕形貌,揭示基体与渗氮层的磨损机制。结果 在渗氮前样品组织为回火马氏体,经激光渗氮后样品表面形成了由板条马氏体组成的熔化区和回火马氏体组成的热影响区构成的渗氮层。经渗氮后,样品的硬度均得到提高。在激光功率3 000 W下,渗氮层的表面硬度最高,达到了415HV0.2,约是基体硬度的1.2倍,渗氮层的硬度随着深度的增加呈下降趋势,在深度为2.6 mm处其硬度与基体一致。在回火马氏体向板条马氏体转变的相变强化,以及氮原子(以固溶方式进入基体)的固溶强化作用下,提高了渗氮层的硬度。经渗氮后,样品的摩擦因数均高于基体,但渗氮后其磨损量相较于基体有所减少,在激光功率3 000 W下,其磨损体积最小,相较于基体减少了62%。在激光功率2 500 W下马氏体转变不完全,在激光功率3 500 W下渗氮层出现了裂纹,都降低了渗氮层的硬度,其耐磨性也随之减小,且都略低于在3 000 W下。磨损机制由渗氮前的以黏着磨损为主,转变为渗氮后的以磨粒磨损为主。结论 在17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢表面进行激光渗氮后,其表面硬度和耐磨性均得到提高,在激光功率3 000 W下制备的渗氮层具有较高的表面硬度和优异的耐磨性。     

工艺参数对激光金属沉积铜钛合金复合材料的影响

为获得最佳设计方案,设计两种实验方案,通过改变工艺参数对铜钛合金复合材料进行激光金属沉积。从显微组织演变、硬度和力学性能三方面对所沉积的复合材料进行表征。结果表明：复合材料的显微组织由一次、二次和三次枝晶臂,针状组织和α+β共晶组织组成。两种实验方案结果表明,在激光功率为1200 W、扫描速率为1.2 m/min的条件下得到的样品E具有最高的硬度,其值为HV (190±42),但由于其脆性,因此出现一些横间裂纹;而在激光功率为1200 W、扫描速率为0.3 m/min条件下得到的样品B无裂纹产生,且其显微组织良好并含有较多的枝晶。得到的铜复合材料的应变硬化系数为3.35。     

氧化钒薄膜脉冲激光损伤研究

采用离子束溅射和退火工艺,在K9玻璃基体上制备了氧化钒薄膜,并对其微观形貌及组成进行了研究,还应用脉宽10ns、532nm波长的Nd:YAG激光器对薄膜样品进行了激光损伤阈值的测试.扫描电镜(SEM)分析结果表明,所制备的氧化钒薄膜均匀致密,晶粒平均尺寸约50nm.X射线光电子谱(XPS)分析可知,薄膜中钒的价态为 4价和 5价,薄膜由VO2和V2O5组成.在1Hz多次单点照射的条件下,以刚可见损伤作为判断激光损伤阈值的条件,得到此氧化钒薄膜的激光损伤阈值为21.9mJ/cm2.对刚可见损伤光斑和明显损伤光斑进行了微观分析,探讨了激光损伤原因.     

选区激光熔化专用AlSiMg合金成分设计及力学性能

应用"团簇+连接原子"模型,基于合金液-固局域结构相容性和金属选区激光熔化(SLM)工艺熔体急冷的技术特性,设计高Mg含量SLM专用AlSiMg1.5合金新成分,系统研究时效温度和时间对SLM成形AlSiMg1.5合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过调整工艺参数,可获得近乎全致密的SLM成形样品。当时效温度为300℃时,随着时效时间的延长,SLM成形样品岛状富Al组织中过固溶Si逐渐析出长大,网格状富Si组织逐渐分解球化,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐降低,塑性明显增加。当时效温度为150℃时,不同时效时间下SLM成形样品的显微组织没有发生明显变化,但硬度和屈服强度随时效时间的延长先增大后略有降低。SLM成形AlSiMg1.5样品经150℃时效处理后的最大显微硬度和压缩屈服强度分别为(169±1) HV和(453±4) MPa,样品延伸率超过25%。本工作设计获得了成形性和力学性能优异的SLM专用铝合金新成分Al91.0Si7.5Mg1.5(质量分数,%)。     

低温烧结合成Ni-Cu铁氧体粉体

以新鲜鸡蛋清作为复合络合剂,利用蛋清合成Ni0.6Cu0.4Fe2O4尖晶石铁氧体粉体。此方法反应条件温和、工艺简单、成本低廉,且容易控制。通过X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)分析样品的微观结构和形貌特征,并结合差热-热重联合分析仪(TG-DTA)研究样品的晶化过程,用激光粒度仪(LPSA)测量样品的粒度分布,用振动磁强计(VSM)测量样品在室温下的磁学性能参数。结果表明:Ni0.6Cu0.4Fe2O4氧体粉体较佳的制备工艺参数为采用两阶段式的烧结工艺:240℃保温1 h,升温至440℃保温2 h,最终介于520~550℃焙烧6 h。在该条件下合成得到的Ni0.6Cu0.4Fe2O4铁氧体粉体为纳米级的、单相的,平均晶粒尺寸约为16.31 nm,平均颗粒尺寸约为2.19μm,饱和磁化强度可达37 emu/g,平均矫顽力为68.53 Oe。     

工艺参数对激光金属沉积铜钛合金复合材料的影响（英文）

为获得最佳设计方案,设计两种实验方案,通过改变工艺参数对铜钛合金复合材料进行激光金属沉积。从显微组织演变、硬度和力学性能三方面对所沉积的复合材料进行表征。结果表明:复合材料的显微组织由一次、二次和三次枝晶臂,针状组织和α+β共晶组织组成。两种实验方案结果表明,在激光功率为1200 W,扫描速率为1.2 m/min的条件下得到的样品E具有最高的硬度,其值为HV(190±42),但由于其脆性,因此出现一些横间裂纹;而在激光功率为1200 W、扫描速率为0.3 m/min条件下得到的样品B无裂纹产生,且其显微组织良好并含有较多的枝晶。得到的铜复合材料的应变硬化系数为3.35。     

基于机器学习的Ti-6Al-4V合金激光粉末床熔融工艺优化

基于高斯过程回归(GPR)模型,对激光粉末床熔融Ti-6Al-4V合金的致密度和表面粗糙度观测数据进行了机器学习,得到了高致密度合金样品的激光功率-扫描速度的工艺优化窗口,并探讨了激光功率-扫描速度对表面粗糙度的影响。结果表明：获得高致密(≥99.5%)合金的激光功率-扫描速度工艺窗口呈梨形,扫描速度比激光功率对致密度影响更大,且高功率条件下适宜的扫描速度范围较宽。降低激光功率和提高扫描速度会单调增加表面粗糙度,且在低激光功率和高扫描速度下该影响更显著。同一激光能量密度下打印的合金致密度取决于具体的扫描速度和激光功率,但表面粗糙度基本相同。优化工艺窗口下样品的表面粗糙度小于10μm。实验证明GPR预测的优化工艺窗口是可靠的,该方法可拓展应用到其他合金增材工艺优化设计中。     

激光扫描偏转角度对选区激光熔融制备FeCoCrNiMn-(N,Si)高熵合金微观结构和力学性能的影响

采用选区激光熔融工艺并使用45°、67°和90°的激光扫描偏转角度制备FeCoCrNiMn-(N, Si)高熵合金；结合各种表征分析技术研究三组样品的多层级结构、晶粒尺寸和形貌、热裂纹缺陷以及力学性能。结果表明：45°激光扫描偏转角度制备的样品微观结构主要呈现为跨熔池外延生长的柱状树枝晶，且晶粒尺寸较大(约为128μm)，并存在高密度的热裂纹缺陷；而67°激光扫描偏转角度制备的样品中具有大量的胞状结构，胞壁和胞内存在高密度的位错缠结、较小的晶粒尺寸(约为69μm)以及低密度的热裂纹缺陷。另外，选区激光熔融制备中形成的多层级结构能有效提升样品的力学性能。FeCoCrNiMn-(N, Si)高熵合金的变形机制为低应变时形成少量变形微观条带，高应变时形成高密度的变形微观条带和少量的变形孪晶。     

纳米结构Al-Cu合金室温和高温力学性能的无损评价（英文）

研究工艺参数对纳米结构Al-10wt.%Cu合金力学性能的影响。用应力-应变Microprobe~?系统(SSM)和自动球压痕仪(ABI~?)评估合金的力学性能。对于球磨6 h、球料比(BPR)分别为30:1和90:1条件下制备的样品,测试温度为21°C。此外,还对球料比为90:1球磨后制备的样品分别在200和400°C下进行高温测试。结果表明,球料比增加导致最终压痕载荷从(316±26) N增加到(631±9) N,压痕深度从111μm减小到103μm。对于球料比为90:1制备的样品,测试温度从21°C升高到400°C,导致最终载荷从(631±9) N降低到(125±1) N,最终压痕深度从103μm降低到(116±1)μm。在所有测试样品中,球料比为90:1制备的样品,当测试温度为21°C时表现出最高的强度和最低的变形能力,而测试温度为400°C时表现出最低的强度和最高的变形能力。     

工艺参数对激光选区熔化成形纯镍表面质量及致密化行为的影响（英文）

研究激光功率和扫描速度对激光选区熔化(SLM)成形纯镍的熔覆道特征、致密化行为和表面粗糙度的影响规律。结果表明,在一定范围内提升激光功率并降低扫描速度,可成形出连续、规则、光滑的熔覆道,这有助于抑制SLM成形过程中孔隙、球化等缺陷的形成。当扫描速度为900 mm/s、激光功率为255～275 W时可获得最佳成形工艺窗口,此时,试样相对密度为99.16%,抗拉强度为(360±2.747) MPa,上表面和侧表面的粗糙度分别为(2.88±2.23)μm和(14.98±0.69)μm。     

激光熔覆制备WC-12Co复合涂层的显微组织和性能（英文）

采用同轴送粉激光熔覆工艺制备WC-12Co复合涂层,并对涂层的相组成、显微组织演变、硬度和磨损性能进行综合研究。结果表明:在高扫描速率和高激光能量密度综合作用下,WC-12Co复合粉末边缘的WC部分溶解于液态Co和304不锈钢基体中,形成层片状WC和鱼骨状新型碳化物M₃W₃C(M=Fe,Co)。所得WC-12Co复合涂层致密化程度高,与基体形成良好的冶金结合,未出现气孔、裂纹和脱碳等缺陷。此外,当激光功率为1500 W时,在良好冶金结合与精细显微组织的综合作用下涂层的维氏硬度和耐磨性能显著提高,硬度达HV_0.3 1500～HV_0.3 1600,涂层的摩擦因数和磨损率较低,分别为0.55和(2.15±0.3 1)×10^-7mm³/(N·m)。     

NiTi合金激光熔凝处理及其生物腐蚀性能研究

目的 通过对NiTi合金表面进行激光熔凝处理,从而提高NiTi合金的耐腐蚀性能。方法 利用紫外激光器对NiTi合金进行表面熔凝处理,借助扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)和X射线衍射仪(XRD)等技术手段,研究了激光熔凝处理前后NiTi合金的表面显微组织、成分和相结构。测试了激光熔凝处理前后NiTi合金表面与模拟体液(SBF)的接触角、熔凝层的显微硬度等表面性能。通过全浸腐蚀试验和电化学测试,研究了熔凝层在SBF溶液中的生物腐蚀性能,并分析了腐蚀机理。结果 NiTi合金经过激光熔凝处理后,在合金的表层形成了厚度为90~150 μm的熔凝层,熔凝层主要由TiO2、β相以及少量的TiO相组成。合金表面的平均显微硬度提高了153~279HV,合金的表面接触角增大,由亲水性转为疏水性。相较于未处理的样品,熔凝处理后的样品在SBF溶液中的腐蚀电位分别正移了435 mV和413 mV,腐蚀电流密度分别下降了83%、62%左右。熔凝处理后的样品在SBF溶液浸泡168 h后,SBF溶液中的Ni²⁺浓度下降了约1/3。结论 以适当的激光加工参数对NiTi合金进行激光熔凝处理,可在NiTi合金表面形成致密的氧化膜,这层氧化膜和熔凝层可以有效地抑制NiTi合金在SBF溶液中的点腐蚀行为。     

晶面对单晶硅高功率绿光飞秒激光加工的影响

目的 研究不同晶面取向对飞秒激光刻蚀加工硅的影响.方法 采用515 nm绿光高功率飞秒激光器,通过改变激光平均功率和扫描次数,对硅(111)和(100)面进行刻蚀加工,对比研究两个晶面的凹槽刻蚀深度和凹槽底部粗糙度差异.利用电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction,EBSD)技术,研究不同晶面在飞秒激光刻蚀加工中的微观行为特性,对比硅不同晶面的非晶化阈值和烧蚀阈值,同时对比不同晶面的非晶化能力和再结晶能力.结果 随着激光平均功率和扫描次数的增大,激光刻蚀形成的凹槽越来越深,相同条件下,硅(111)面的凹槽深度比(100)面的凹槽深度更大,且硅(111)面凹槽底部的粗糙度比(100)面凹槽底部的粗糙度更大.当凹槽刻蚀深度达到300μm时,(111)面的凹槽深度比(100)面约深20μm,粗糙度约高4μm.通过EBSD技术获得硅两个晶面的非晶化阈值,两个晶面的非晶化阈值近似,约为0.16 J/cm2.在相同的非晶化阈值下,(111)面的非晶程度比(100)面大.在较少的激光扫描次数下,观察到硅(111)面的激光吸收率比(100)面高.结论 晶面取向不仅影响到飞秒激光多脉冲作用下硅的微观结构,而且还影响到硅的宏观飞秒激光加工效果.加工参数相同时,(111)面单晶硅的刻蚀深度明显大于(100)面单晶硅,原因是硅(111)面的非晶化能力比(100)面强,导致(111)面吸收更多的激光能量,材料去除效率更高.     

选区激光熔化Al-Mg-Sc-Zr合金成形性及力学性能研究

通过选区激光熔化(SLM)技术制备Al-Mg-Sc-Zr铝合金,系统研究了不同工艺参数对铝合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品组织和力学性能的影响。结果表明,在高激光功率和低激光扫描速度下,SLM成形样品的致密度较高。沿样品沉积方向可观察到熔池层层堆叠的显微组织,熔池边界和熔池内部均存在细小纳米颗粒。经不同温度时效处理后,样品的硬度和压缩屈服强度先增加后降低。SLM成形样品经400℃时效处理3 h后屈服强度达到最大值469±4 MPa。