飞秒激光烧蚀不锈钢的实验研究

进行了飞秒激光烧蚀不锈钢(SUS420)的工艺实验研究。采用波长为780nm,脉宽为164fs,频率为1k Hz的飞秒激光照射不锈钢。对比分析了长短脉冲激光烧蚀不锈钢的作用过程,计算了单脉冲飞秒激光烧蚀不锈钢的烧蚀阈值和烧蚀阈值随脉冲数量改变的累计系数,研究了不同激光参数烧蚀不锈钢的工艺规律。结果表明:飞秒激光烧蚀金属材料的过程中对加工区域周围具有较小的热影响;单脉冲飞秒激光烧蚀不锈钢的烧蚀阈值为0.25J/cm2,烧蚀阈值随脉冲数量改变的累计系数为0.68;飞秒激光脉冲能量对烧蚀孔孔径的增加比较明显,脉冲数量对烧蚀孔孔深的增加比较显著。     

飞秒激光切割与微细电阻滑焊组合制备三维金属微结构

提出了一种采用飞秒激光切割结合微细电阻滑焊制备3D金属微结构的工艺方法(微型化双工位金属箔叠层制造法,(Micro-DLOM)),并通过制备具有复杂形状的3D微型腔模具验证了该工艺方法的可行性。首先,以厚度为10μm的0Cr18Ni9不锈钢箔为基材,在110mW的飞秒激光功率、100μm/s的切割速度和0.75μm的切割补偿量下获得二维微结构,并分析了激光功率和切割速度对切割精度的影响;然后,利用微细电阻滑焊对多层二维微结构进行热扩散焊接,通过多层二维微结构的叠加拟合形成具有曲面特征的微型腔,并对焊接区进行了X射线衍射(XRD)分析。分析发现:微细电阻滑焊所产生的热量仅使焊接区主要物相的相对含量发生了变化,而没有使该区域产生新的物相。与UV-LIGA工艺相比,本工艺可以加工具有自由曲面特征的三维微结构,并且单层钢箔越薄,成形精度越高;与飞秒激光分层平面扫描烧蚀工艺相比,本工艺仅需切割每层二维结构的轮廓,提高了成形效率;与微细电火花加工工艺相比,虽然所成形的微型腔表面粗糙度相对较差,但却省去了制备微电极的工艺步骤,并且不存在微电极工作过程中的损耗问题,所以可以加工深宽比不受限制的微模具。     

Fabrication of 3D metal micro-structure based on fs laser cutting and micro electric resistance slip welding

提出了一种采用飞秒激光切割结合微细电阻滑焊制备3D金属微结构的工艺方法(微型化双工位金属箔叠层制造法,(Micro-DLOM)),并通过制备具有复杂形状的3D微型腔模具验证了该工艺方法的可行性.首先,以厚度为10 μm的0Crl8Ni9不锈钢箔为基材,在110 mW的飞秒激光功率、100 μm/s的切割速度和0.75 μm的切割补偿量下获得二维微结构,并分析了激光功率和切割速度对切割精度的影响;然后,利用微细电阻滑焊对多层二维微结构进行热扩散焊接,通过多层二维微结构的叠加拟合形成具有曲面特征的微型腔,并对焊接区进行了X射线衍射( XRD)分析.分析发现:微细电阻滑焊所产生的热量仅使焊接区主要物相的相对含量发生了变化,而没有使该区域产生新的物相.与UV-LIGA工艺相比,本工艺可以加工具有自由曲面特征的三维微结构,并且单层钢箔越薄,成形精度越高;与飞秒激光分层平面扫描烧蚀工艺相比,本工艺仅需切割每层二维结构的轮廓,提高了成形效率;与微细电火花加工工艺相比,虽然所成形的微型腔表面粗糙度相对较差,但却省去了制备微电极的工艺步骤,并且不存在微电极工作过程中的损耗问题,所以可以加工深宽比不受限制的微模具.     

纳秒激光加工2.5维Cf/SiC复合材料的烧蚀孔洞特征

针对新型材料2.5维碳纤维增强陶瓷基（Cf/SiC）复合材料采用传统机械加工难以去除加工的问题，采用纳秒激光烧蚀2.5维Cf/SiC复合材料，烧蚀后采用扫描电子显微镜观察其烧蚀孔洞形貌特征，并分析其烧蚀去除机制，讨论激光加工参数对烧蚀孔径的影响。研究表明，Cf/SiC复合材料的激光烧蚀区域出现烧蚀孔洞、重凝、纤维断口、末端气胀，以及长轴与纤维方向一致的椭圆形材料性能变化区域等烧蚀现象；激光烧蚀Cf/SiC复合材料过程中存在氧化的化学变化现象；烧蚀产生的孔径随烧蚀功率的增加和烧蚀时间的延长而增大，烧蚀时间和烧蚀功率均较大时，可能存在烧蚀孔洞被重凝材料堵塞或部分堵塞的情况。计算出纳秒激光的束腰半径为223 μm，纳秒激光烧蚀Cf/SiC复合材料的烧蚀阈值为0.32 J/cm2。     

飞秒激光加工SiC的烧蚀阈值及材料去除机理

超短脉冲激光微加工技术以其独特的优势,尤其是对硬脆难加工类宽带隙材料的精密处理,而使其成为微结构加工中的研究热点.利用飞秒激光微加工系统对宽带隙材料SiC的烧蚀特性进行理论和试验研究.应用扫描电子显微镜、原子力显微镜和光学显微镜等检测技术对样品的烧蚀形貌进行检测,以分析烧蚀区域的形貌特征及微结构质量.依据烧蚀孔径和入射脉冲激光能量之间的函数关系,得出SiC材料的烧蚀阈值为0.31 J/cm2,并估算出光束的束腰半径为32 μm.研究脉冲数目、重复频率和入射激光功率等对加工微结构形貌的影响规律,根据试验参数加工出形状规则的微孔结构,并对微结构的烧蚀形貌及材料的去除机理进行分析,为实现微结构的精密加工提供了重要的指导.     

0Cr18Ni9不锈钢中钴的存在形式及其对相组成的影响

采用真空感应炉冶炼了不同钴含量的0Cr18Ni9不锈钢,结合显微组织、物相组成和电子探针成分分析,研究了钴元素的存在形式及对铸态不锈钢各相点阵常数及相组成的影响。结果表明：在0Cr18Ni9不锈钢中钴主要以固溶形式存在于奥氏体和艿铁素体中,在奥氏体中的含量高于在δ铁素体中的;钴的存在使奥氏体和δ铁素体的点阵常数都增大;...     

Al—1Cr18Ni9Ti焊接界面微观组织研究

对Al与1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢进行焊接,利用金相显微镜和ARMY1800型扫描电镜（SEM）分析了Al-1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢焊接界面附近的微观组织结构;并借助于Rigaku D/max-2400型X射线衍射分析仪（XRD）判定出焊缝过渡区的相组成。研究结果表明：焊缝不同区域出现不同的物相。在焊缝中心,主要是以CuNi2.α-Al（Si）共晶以及少量AlCu3等形式存在;在不锈钢界面反应区主要以Ni基固液体以及Fe-Ni-Cr的γ奥氏体组织存在;而在Al侧界面反应区主要以α固溶体组织形式存在。     

等离子体吸收对飞秒激光烧蚀绝缘材料的影响

以自由电子运动的速率方程模型为基础,研究了飞秒脉冲激光对绝缘材料的烧蚀机理,考虑了等离子体对激光能量的吸收效应,建立了激光强度与电子数密度及等离子体吸收系数三者相互耦合的数学模型,计算出飞秒激光烧蚀绝缘材料时的烧蚀阈值,分析了考虑等离子体吸收效应对烧蚀阈值的影响,通过与不考虑等离子体吸收所得结果相比较说明该效应是影响烧蚀阈值的一个重要因素.     

光纤激光焊接ANSI304不锈钢中厚板工艺参数研究

随着海工装备和核电工业的发展,对不锈钢厚板的焊接要求越来越高.采用正交试验方法对6mm厚的ANSI 304不锈钢进行光纤激光拼焊,研究了工艺参数(包括激光功率、焊接速度和离焦量)变化对304不锈钢(0Cr19Ni9)焊接结果的影响,结合激光深熔焊原理对试验结果进行了理论分析,并对焊接试件进行了拉伸试验,检测了焊接试件的拉伸性能,获得了6mm厚ANSI 304不锈钢激光焊接的最佳工艺参数.     

表面纳米化焊接接头组织和结构

采用超声速微粒轰击技术对0Cr18Ni9Ti不锈钢和16MnR合金钢焊接接头进行表面纳米化处理,利用金相显微镜、透射电镜和X射线衍射对材料表面的微观组织和表层结构进行分析与表征,并利用显微硬度仪对硬度沿厚度方向的变化进行分析。结果表明：经超声速微粒轰击处理后,0Cr18Ni9Ti不锈钢和16MnR合金钢两种焊接接头的晶粒尺寸由里及表逐渐减小,据表层70 µm处,晶粒尺寸平均分别为94.8、89.4 nm,样品表层晶粒尺寸平均分别为22、20 nm;0Cr18Ni9Ti不锈钢和16MnR合金钢焊接接头表层硬度分别提高至570 HV及470 HV左右,是内部硬度的2倍以上。母材、热影响区、焊缝三个区域的硬度在表层趋于一致,表层组织得到均一化。     

飞秒激光正交线扫描诱导表面微纳结构

通过控制激光偏振与扫描方向,利用飞秒脉冲激光正交线扫描的微加工方式,在硅和不锈钢表面诱导出了规则分布的复合表面微纳结构并分析了激光能量密度对微纳表面结构形成的影响。实验显示:当激光的能量密度接近材料烧蚀阈值时,在硅表面诱导出了周期条纹嵌套纳米孔的双层复合二维结构,在不锈钢表面则诱导出了依赖于激光偏振方向的纳米点阵列分布,分析认为纳米点阵列是由周期条纹结构边缘发生断裂而生成的。另外,当激光的能量密度大于材料烧蚀阈值时,在硅和不锈钢表面会烧蚀出规则分布的微米级孔洞结构。实验结果表明:第一次扫描诱导出的表面微纳结构增加了对入射激光的吸收,促进入射激光与表面等离子体波的耦合,加强了后扫描的烧蚀效果,使得后扫描诱导出的微纳结构占主导。文中提出的正交线扫描的加工方式为微纳表面结构的制备提供了新的思路。     

Fabrication of 3D metal micro-mold based on femtosecond laser cutting and micro-electric resistance slip welding

This paper proposes a novel fabrication process based on femtosecond laser cutting and micro-electric resistance slip welding to address the bottleneck presented by ultraviolet–Lithographie, Galvanoformung, Abformung combined with micro-electroforming, in which micro-molds are usually fabricated with vertical wall structures. At first, 10-μm thick 0Cr18Ni9 stainless steel foils were cut by femtosecond laser to obtain several single-layer graphics which were then joined by micro-electric resistance slip welding. The slip welding process formed a 3D micro-structure and the weld zone of micro-structure was tested by the X-ray diffraction (XRD). The XRD results show that the phases of weld zone remain unchanged, but that the phase content slightly changes. Finally, a 3D metal micro-structure mold was processed under 110 mW femtosecond laser power, 0.1 mm/s cutting speed, 0.21 V welding voltage, 10 ms welding time, 0.2 MPa welding pressure, 0.5 mm bar electrode diameter, 160 time’s slip welding discharge, which proves that the forming process could be a useful method for the production of 3D micro-molds.     

Tribological properties of plasma nitrided stainless steel against SAE52100 steel under ionic liquid lubrication condition

1Cr18Ni9Ti stainless steel was modified by plasma nitriding. The phase composition of the plasma nitrided layer was examined by means of X-ray diffraction. The friction and wear properties of the modified and unmodified 1Cr18Ni9Ti stainless steel specimens sliding against SAE52100 steel under the lubrication of ionic liquid of 1-ethyl-3-hexylimidazolium hexafluorophosphate (L-P308) and poly α-olefin (PAO) were investigated on an Optimol SRV oscillating friction and wear tester, with the interactions among the modified surface layer and the ionic liquids and PAO to be focused on. The morphologies of the worn surfaces were observed using a scanning electron microscope. The chemical states of several typical elements on the worn surfaces of the modified steel surfaces were examined by means of X-ray photoelectron spectroscopy. Results showed that the modified sample had better anti-wear abilities than the unmodified one, but the modified sample had a slightly higher friction coefficient than the untreated one. This was partly attributed to the change in the hardness and phase composition of the stainless steel surfaces after plasma nitriding and tribochemical reactions between the steel and the lubricant. The resultant surface protective films composed of various tribochemical products together with the adsorbed boundary lubricating film contributed to reduce the friction and wear.     

不锈钢板的CO2激光切割工艺研究

实验用CO2激光切割厚0.8mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢板。研究了激光功率、辅助气体类型及压力、切割速度对切割质量的影响。实验显示提高切割速度能降低切缝宽度和切口横截面的表面粗糙度;而提高激光功率和氧气压力,切缝宽度也会随之提高,切口横截面更粗糙。功率650~700W、氧气压力0.3~0.5MPa、切割速度3.5~4.5m/min时切割质量最好。另外发现功率在780~1450W,氮气压力低于0.8MPa不能得到良好的切割质量。     

Ni60 A含量对激光再制造试件力学性能的影响

采用激光再制造技术在Q235基材上熔覆三种不同成分配比的304不锈钢粉末,分别为纯304不锈钢末,添加10％Ni60A的304不锈钢粉末,添加15％Ni60A的304不锈钢粉末,利用维氏显微硬度计研究熔覆层表面维氏显微硬度,利用万能试验机研究熔覆层拉伸力学性能。实验结果表明：添加了Ni60 A粉末的304不锈钢再制造试件由于发生了固溶强化,使得维氏显微硬度和抗拉强度显著增强,延伸率则有所下降,且随着Ni60 A含量的增加,效果更明显。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢封头失效分析

通过化学成分、金相、弯曲、断口及能谱分析等手段 ,对某 1Cr18Ni9Ti制容器上封头开裂失效的原因进行了分析 ,分析结果表明 ,封头开裂属于氯离子引起的应力腐蚀开裂 (ClSCC) ,并提出了相应的改进措施 ,预防失效事故发生     

高能量飞秒激光脉冲对硅和玻璃的附带损伤

采用高能量飞秒激光脉冲对硅片和载玻片的未抛光表面进行了烧蚀,对烧蚀后样品的表面形貌和纳米力学性能进行了检测。用显微镜对烧蚀后样品的表面形貌进行检测,硅片烧蚀后正面形貌随位置不同发生渐变,而烧蚀后玻璃正面烧蚀区与未烧蚀区有明显界限。用原子力显微镜对烧蚀后样品的预抛光背面进行了检测,发现硅片烧蚀前后背面形貌未发生显著变化;而玻璃烧蚀前后背面形貌发生了明显改变,且烧蚀区与未烧蚀区的背面形貌有较为明显的界限。利用原位纳米力学测量仪对样品抛光背面的纳米力学性能进行了测量,发现硅片背面纳米力学性能有与正面烧蚀区渐变形貌相对应的规律性变化,而玻璃烧蚀前后背面的纳米力学性能则无显著变化。样品表面微观形貌和纳米力学性能的规律性变化在一定程度上反映了高能量飞秒激光脉冲在样品背面产生附带损伤的分布情况。     

金属表面色的计算机色度分析探讨

对通过固体介质热氧化着色法处理的 1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的表面颜色进行计算机色度分析 ,结合色度学的原理对氧化膜表面色的主干波长、虚拟光谱及膜厚评估的计算机实现方法加以讨论