面齿轮材料18Cr2Ni4WA的飞秒激光精微烧蚀特性研究

飞秒激光精微烧蚀是一种新型的精密加工方法.本文研究了飞秒激光烧蚀面齿轮材料18Cr2Ni4WA的电子亚系统和晶格亚系统的能量耦合作用,建立了双温模型,采用有限差分法分析了脉冲宽度、平均功率对电子温度和晶格温度的影响规律.结果 表明:当电子与品格达到热平衡,且电子温度和晶格温度超过材料的熔点时,齿面产生烧蚀;当电子和晶格...     

金属玻璃飞秒激光烧蚀特性

采用飞秒激光对Zr基金属玻璃在空气中进行了表面烧蚀、微打孔与微细切割等过程的研究.通过扫描电镜(SEM)、能量弥散X射线(EDX)能谱分析与透射电镜(TEM)及电子衍射等方法,分析了飞秒激光烧蚀金属玻璃的表面形貌与加工区域发生的相关效应.实验与分析表明加工区域周围无熔融和液滴溅射现象,热影响区极小,并且无晶化现象发生,但飞秒激光微细加工金属玻璃时存在极薄的表面氧化现象.研究结果表明,在适当选择参数的条件下,飞秒激光烧蚀是一种极有前途的金属玻璃无晶化微细加工方法.     

飞秒激光烧蚀研究进展

介绍飞秒激光烧蚀材料的机理论模型，阐述飞秒激光烧蚀的特性，揭示飞秒激光烧蚀的广泛应用前景。     

飞秒激光加工镍钛合金的烧蚀阈值实验研究

利用飞秒激光微加工系统对镍钛合金的烧蚀阈值进行理论和试验研究.设计了不同功率和扫描速度下的镍钛合金多脉冲累积烧蚀实验,应用扫描电子显微镜观测并分析试件烧蚀区域的形貌特征,计算得到了不同扫描速度下的烧蚀阈值分别为2.02、2.40、3.04、5.46、15.44 J/cm2.然后分析了多脉冲的累计效应对镍钛合金烧蚀阈值的...     

多脉冲飞秒激光烧蚀铝靶动态特性研究

利用时间分辨阴影图研究了脉冲能量在200微焦的多脉冲飞 秒激光烧蚀铝靶的动态过程、并使用 扫描电镜研究了靶材表面烧蚀区域的形貌特征。时间分辨阴影图的记录结果表明,在不同时 间延迟条件 下,飞秒激光烧蚀铝靶形成的冲击波体积和喷射物的空间分布均随着脉冲个数的增加而发生 不同程度的变 化,尤其是单脉冲烧蚀情况下在1ns延时阴影图中观察到的近同心圆条纹会随着脉冲数目增 加逐渐变得模 糊乃至消失。烧蚀区的电子扫描显微镜图像清楚地揭示出烧蚀过程中伴随有液态铝的产生, 其溅射凝固后 在靶材表面形成小球和细丝状微纳结构。实验结果进一步证实了由前序脉冲烧蚀导致的铝靶 表面结构的改 变会对后继脉冲的烧蚀产生显著影响,从而使多脉冲烧蚀表现出明显不同于单脉冲烧蚀的特 性。这些结果 对飞秒激光脉冲沉积薄膜、直写生成表面微结构等应用的工艺参数优化具有很好的指导意义 。     

飞秒激光多脉冲烧蚀研究进展

由于飞秒脉冲在烧蚀固体材料时的独特机制，在材料激光微加工方面有其突出的优点，表现出极大的应用潜力。本文主要就国内外多脉冲飞秒烧蚀研究的进展作一简介，包括多脉冲烧蚀的特点，现有的烧蚀机制分析及其应用前景等。     

单晶金刚石飞秒激光加工的烧蚀阈值实验

采用不同功率的飞秒激光对单晶金刚石分别进行了单脉冲分离烧蚀实验和多脉冲累积烧蚀实验,计算得到了单晶金刚石材料的单脉冲烧蚀阈值和多脉冲累积烧蚀阈值,并研究了多脉冲作用下单晶金刚石烧蚀阈值的变化。结果表明:单晶金刚石的飞秒激光单脉冲烧蚀阈值为8.80 J/cm^2;随着有效脉冲数增加,烧蚀阈值逐渐减小;当有效脉冲数小于124时,烧蚀阈值随有效脉冲数的增加而急剧减小;当有效脉冲数增加到486后,烧蚀阈值减小的趋势趋于平缓。有效脉冲数486、激光平均功率10.7 W是最优的激光加工工艺参数。     

飞秒激光烧蚀加工恒弹性合金的规律研究

恒弹性合金的加工对表面质量和加工精度的要求越来越高,为了实现对恒弹合金的精密定量去除,本文探索了采用飞秒激光烧蚀的加工新方法。首先,分析计算了在高强度飞秒激光辐照加工下,恒弹性合金材料的烧蚀阈值;其次,实验研究了飞秒激光脉冲能量和脉冲个数对该材料上烧蚀加工微坑的直径和深度的影响,结果表明：恒弹性合金的飞秒激光烧蚀阈值为0.167 J/cm2;可以通过增大脉冲能量来增大烧蚀坑直径,通过增大脉冲数来增大烧蚀坑深度。脉冲烧蚀坑直径上限为150.64 μm,运用飞秒激光旋切加工方法,可获得直径为500 μm的微孔,提高了飞秒激光烧蚀加工的能力。     

飞秒激光烧蚀长周期光纤光栅的高温特性研究

为了探索包层去除型长周期光纤光栅的高温传感特性,利用中心波长为800 nm,脉冲宽度为120 fs的飞秒激光烧蚀直写而成并对其进行高温传感检测。首先,通过两块轴线互相垂直的柱透镜将入射激光聚焦成细长焦线,并借助垂直方向CCD成像系统精确定位光纤与焦点的相对位置;然后,通过激光器内嵌shutter与运动平台的耦合控制,实现光纤光栅的精确去除加工;最后,将写制的光纤光栅置于800℃的高温炉中放置2 h。利用高温管式电热炉对所加工光纤光栅在30~1100℃内进行温度传感测试,发现其在30~300℃内谐振波长的温度灵敏度为51 pm/℃,线性度为0.956;但在高温段300~1100℃内,其温度灵敏度达到了135pm/℃,线性度高达0.999。实验结果表明,这种通过包层表面定量去除的长周期光纤光栅更适用于高温及超高温环境的传感检测。     

高频飞秒激光对铜片烧蚀过程热弛豫现象研究

研究了铜片在不同能量密度的单脉冲飞秒激光下烧蚀的结果。 将飞秒激光烧蚀实验的结果结合双温模型在有限差分法下模拟出的数据图,从而研究不同激光能量密度与烧蚀间的联系。飞秒激光的烧蚀过程属于非平衡烧蚀,按照模拟出的数据,对铜片烧蚀过程中表面电子温度及晶格温度有了直观的认识,进而进行研究,得出整个激光烧蚀中热弛豫规律。 在不同能量密度的飞秒激光烧蚀下对电声相互作用的研究,其模拟结果有利于找出能量密度与飞秒激光烧蚀的关联,而实验图进一步表明了提升飞秒激光能量密度与加工铜材料的加工效率以及加工质量之间的意义。综合以上分析,能够得出随着飞秒激光能量密度的增加,飞秒激光烧蚀期间材料的热弛豫过程加长,烧蚀强度有所增加,材料加工后得出形貌质量提高,其对于飞秒激光烧蚀材料的研究具有很大意义。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢激光快速熔凝处理与表面合金化

为提高奥氏体不锈钢在介质中耐晶间腐蚀能力，利用激光快速熔凝处理和用Nb激光表面合金化等手段改变了1Cr18Ni9Ti不锈钢的组织结构，使其耐腐蚀的能力明显增强。在用Nb激光表面合金化的部分样品中，还发现了无序结构。     

0Cr18Ni10Ti不锈钢表面激光熔化沉积420不锈钢的组织及性能

采用同轴送粉激光熔化沉积方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出420不锈钢的多层涂层及薄壁样,着重分析了沉积涂层的微观组织、硬度、界面结合情况及抗腐蚀性能.结果表明,激光熔化沉积的420不锈钢为单相α马氏体,沉积材料内部组织致密均匀,沉积材料的硬度在47-51HRC;沉积涂层与基体为完全冶金结合,沿沉积高度方向沉积材料的拉伸强度及界面的结合强度均大于基体材料的强度,界面结合强度达790MPa;与基体材料相比,所沉积420不锈钢的自腐蚀电位低、极化电阻小,抗腐蚀性稍差,该涂层可用于低腐蚀环境下0Cr18Ni10Ti不锈钢表面的强化及420不锈钢零件的修复.     

激光切割1Cr18Ni9Ti不锈钢管材挂渣和飞渣的研究

研究了激光无氧切割不锈钢管材所形成挂渣的组织、成分和飞渣的形态。结果表明挂渣依托于基材,其组织为不同生长方向而交错形成的枝晶组织,且成分不同;挂渣的原因在于材料含有大量高表面张力的合金元素;飞行距离不同导致飞渣形貌由相互连接的薄饼状逐渐过渡到单个的类似球状的颗粒。     

2Cr13不锈钢粉末激光直接堆积成形的组织与性能研究

为说明激光直接金属堆积(DMD)成形件的组织与性能特点,进行了2Cr13不锈钢粉末的直接成形实验研究.检测了不同工艺参数组合下单道熔覆、多道搭接和多层堆积的显微组织形貌,测试了2Cr13零件的硬度、耐磨损、拉伸和残余应力等性能.研究表明,单道熔覆的典型组织有柱状、胞状枝晶和等轴晶三种,其相互转化由温度梯度和凝同速率所决定;由于粉末实时供给,搭接区与预置熔覆有很大不同;多层堆积枝晶生长表现出一定倾斜性,受扫描方式影响较大;不同工艺参数下,熔覆层平均硬度为300～550 HV0.2;当组织为细化的树枝晶时,成形件耐磨损件能可比涮质态2Cr13提高一倍以上;成形件的平均抗拉强度比调质态2Cr13提高30%;直薄壁墙零件不同位置处残余应力不同,但残余应力水平较低.     

激光冲击次数对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢高周疲劳性能的影响

高周疲劳是航空发动机部件的主要故障之一。通过对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢进行不同次数的激光冲击强化(LSP)处理,研究冲击次数对激光冲击强化材料高周疲劳性能的影响。对不同处理状态的试件进行常温振动疲劳试验,采用X射线衍射(XRD)应力分析仪、扫描电镜(SEM)、金相显微镜等手段研究冲击次数对材料组织和力学性能的影响。试验结果表明,随着LSP冲击次数的增加,1Cr11Ni2W2MoV不锈钢表面粗糙度增大,组织细化层厚度没有变化,残余应力梯度变小,残余压应力层深度增加,1次冲击后,残余压应力层深为1.8mm,3次冲击后为2.5mm。表面残余压应力随着冲击次数增加而逐渐趋于饱和,饱和值接近于-100%σ0.2。振动疲劳试验结果表明,疲劳寿命随着LSP次数增加而提高,但提高幅度减小。在σmax=640MPa应力水平下,1次冲击后试样疲劳寿命是未强化试样的3.8倍,3次冲击后试样疲劳寿命是未强化试样的5倍。经分析,多次冲击时的冲击波叠加效应使得冲击波传播到材料的更深层,从而使材料组织变形层和残余应力影响层更深,高周疲劳寿命提高更大。     

飞秒激光烧蚀玻璃基质金属薄膜直写衍射光栅

提出了一种新的制备光栅的方法,利用800 nm的飞秒激光扫描蒸镀在石英玻璃衬底表面的金薄膜,通过烧蚀金薄膜在衬底表面形成衍射光栅。用波长为532 nm的激光照射光栅,测量其一级衍射效率,测得的衍射效率最高为6.98%。通过改变激光扫描速度、激光功率、光栅周期等实验参数研究其对制备的光栅的一级衍射效率的影响,结果表明,降低激光扫描速度,减小光栅周期,或增加激光功率都能提高制备光栅的一级衍射效率。     

离焦量对1Cr17Ni2薄钢板激光焊接接头组织与性能的影响

利用YAG脉冲激光焊接系统对1mm厚的1Cr17Ni2不锈钢薄板进行对接焊接试验,通过焊缝组织分析、拉伸测试和显微硬度测试,研究了离焦量对焊接接头组织与性能的影响。结果表明:采用激光对1Cr17Ni2薄钢板进行对接焊后,焊接接头出现了组织分区,母材区组织主要是铁素体和马氏体,热影响区组织为板条马氏体组织和少量呈带状分布的δ铁素体,而焊缝区组织则主要以马氏体为主;随着离焦量增加,焊缝熔深逐渐减小,熔宽先增大后减小,焊缝处的马氏体含量逐渐减少,接头的抗拉强度先增大后减小;焊缝区的硬度最大,母材区的硬度最小,热影响区的硬度介于两者之间;焊缝区的整体硬度随着离焦量的增大而减小;当离焦量为-5.5mm时,热影响区中马氏体板条束群细小均匀,焊接成形质量好,接头的拉伸性能优良。