基于激光冲击的镁合金在NaCl溶液中电化学腐蚀的研究

为了研究激光冲击强化对镁合金耐腐蚀性的影响,采用电化学方法和钕玻璃脉冲激光(波长1064nm,脉冲宽度20ns)研究AZ31、AZ61和AZ91三种镁合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的电化学腐蚀行为,并对合金表面形貌、微观组织、显微硬度、自腐蚀电位和电化学阻抗谱进行实验测试与分析。结果表明:激光冲击强化改善了镁合金的耐腐蚀性。随着激光功率密度的增加镁合金自腐蚀电位正向移动,腐蚀电流密度降低,阻抗弧变大。当功率密度为0.7GW/cm2时电流密度开始增加,阻抗弧减小。讨论和分析了Al含量、固溶和时效处理对激光冲击镁合金自腐蚀电位和阻抗谱的影响。     

AM50镁合金激光冲击强化实验研究

为了研究激光冲击强化对镁合金性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光(波长1054 nm,脉冲宽度23 ns)对AM50镁合金试样表面进行冲击强化处理,并对其表面形貌、微观组织、显微硬度、残余应力进行实验测试与分析。结果表明,在激光功率密度为3.1 GW/cm2的强脉冲激光作用下,试样表面留下光亮致密的微凹坑,凹坑深约27μm;表层材料发生高应变速率的塑性变形,材料内产生大量位错与孪晶,强化层深度约0.8 mm;冲击区的显微硬度明显增加,表层材料的显微硬度比基体约提高58%;冲击区表面存在残余压应力,数值高达-146 MPa。实验结果表明,激光冲击镁合金的强化效果明显。     

激光冲击AM50镁合金残余应力场的有限元分析

为了研究镁合金在激光冲击载荷作用下残余应力场的特征,采用实验测试和有限元分析的方法对激光冲击区的残余应力进行了研究.试验中使用Nd:glass脉冲激光对AM50镁合金表面进行冲击强化处理,当激光功率密度为3GW/cm2时,表面的残余压应力值高达-146MPa,残余压应力层深约0.8mm;用有限元分析软件ABAQUS对残余应力场进行数值计算,得到激光功率密度大于0.49GW/cm2时,将产生残余压应力,随着功率密度的增加,残余压应力值增加并趋于饱和;激光功率密度在1.95GW/cm2～3.06GW/cm2之间时,残余压应力值达到饱和.结果表明,实验测试数据与数值计算结果一致性较好,该结果可为激光冲击参量的优化提供理论依据.     

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。     

飞机蒙皮激光除漆对基材表面完整性的影响

为了验证激光清洗飞机蒙皮表面漆层的可行性，阐明漆层清除对基材表面完整性的影响，采用脉冲光纤激光器在12.89～25.48 J/cm²能量密度下对2024铝合金飞机蒙皮开展了除漆实验，研究了除漆效果、基材表面形貌、粗糙度、显微硬度及微观组织特征的变化规律，利用Ansys Workbench软件模拟分析了温度场分布对除漆效果和基材表面完整性的影响。结果表明，随着能量密度的增大，残漆率降低，基材表面粗糙度(S_a)和峰谷高度差(PVHD)增大，显微硬度小幅提升，同时表面晶粒细化，位错密度增大，强化相σ(Al₅Cu₆Mg₂)析出，当能量密度大于22.90 J/cm²时，漆层彻底清除。在22.90 J/cm²的能量密度下，漆层与基材交界处的温度为415.46℃，低于基材的初始熔化阈值，基材表面未发生明显的塑性变形，PVHD为8.28μm，显微硬度相较于原始试样提高了2.8%，获得了良好的表面完整性。研究结果为提升激光除漆技术在航空工程领域中的应用...     

AZ91D-T6铸造镁合金激光冲击强化和高周疲劳性能研究

为了研究激光冲击对AZ91D-T6铸造镁合金高周疲劳性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光器(波长1064nm,脉冲宽度20ns),对中心缺口试样进行激光冲击强化(LSP)处理,并进行了拉-拉疲劳试验,分析了表面形貌、表面显微硬度、微观组织、疲劳断口特征和残余应力分布,结果表明:以1.5GW/cm2功率密度和光斑50%搭接的激光冲击强化后,中心缺口疲劳试样上下表面形成高残余压应力,显微硬度提高24%左右,晶粒明显细化,冲击试样循环周次比未冲击的提高33.7%,疲劳断口呈解理断裂特征,主要表现为大量解理台阶和河流花样,β-Mg17Al12相的存在改变了疲劳裂纹扩展路径。激光冲击延迟了裂纹萌生时间,提高了AZ91D-T6铸造镁合金的疲劳寿命。     

激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力形成机制的实验研究

为研究激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力的形成机制,采用5种不同功率密度的激光束冲击加载7050铝合金薄板,利用PVDF(聚偏二氟乙烯)压电传感器测量激光冲击薄板试样的动态应变,利用X射线应力分析仪测量激光冲击后的残余应力分布,并借助三维显微系统观察激光冲击强化造成的表面微结构。结果表明,当激光功率密度为1.02GW/cm~2时,激光冲击引起的横向变形小;当激光功率密度为1.53GW/cm~2时,表面稀疏波与横向变形共同导致了试样最大残余主应力呈等双轴分布;当激光功率密度为1.98GW/cm~2和2.77GW/cm~2时,冲击区域中心比临近区域分别高出5.680μm和10.800μm,在来回反射的冲击波与表面稀疏波的共同作用下产生了残余应力洞现象;当激光功率密度为4.07GW/cm~2时,试样冲击区域产生了较大的塑性变形且比较平滑,最大残余主应力呈均匀分布。     

激光冲击强化对AZ91镁合金的电化学腐蚀行为的影响

采用电化学测量技术和透射电镜,研究了激光冲击强化(LSP)后的AZ91镁合金在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明:经过激光冲击后,AZ91镁合金内产生大量位错,大量的位错发展为位错缠结。在3.5%NaCl溶液中,激光冲击后的镁合金阻抗值显著增加,腐蚀电流密度显著降低。随着激光冲击次数的增加,AZ91镁合金的自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度降低,耐腐蚀性能提高。     

工艺参数对马氏体不锈钢激光冲击区表面轮廓的影响

激光功率密度和搭接率对马氏体不锈钢的激光冲击区的表面轮廓有较大影响.激光功率密度从3.79 GW/cm2到7.25 GW/cm2,冲击区塑性变形程度随功率密度增大而增大,当激光功率密度为6.09 GW/cm2时,冲击区塑性变形程度适中,其残余应力平均值达-569.1 MPa.搭接率试验结果表明,搭接率为33%时,可获得较大面积无挤出的激光冲击区,无挤出区域的塑性均匀,变形深度波动幅度在2μm以内,而且此搭接率下冲击区挤出面积较小,分布具有规律,便于再次冲击以降低冲击区的表面波纹度.     

激光冲击强化对黄铜耐蚀性能的影响

为了提高黄铜表面的力学性能和耐蚀性，采用纳秒脉冲激光(波长1064nm, 脉宽7ns)冲击强化(LSP)黄铜表面。通过分析激光冲击强化黄铜样品表面的残余应力、横截面金相组织和硬度、表面形貌等力学性能，研究了其对耐蚀性能的影响。结果表明，与未经LSP处理的黄铜样品相比，LSP处理后黄铜样品的电化学腐蚀电位增加，空蚀损失质量降低，仅为原来的1/4，空蚀孕育期时间延长了2倍，空蚀速率降低，从而LSP处理提高了黄铜样品的耐蚀性能。该研究对普通黄铜应用在具有腐蚀性的工作环境中是有帮助的。     

激光冲击2050铝锂合金残余应力及疲劳性能研究

激光冲击强化是一种先进的材料表面抗疲劳制造技术，本文采用正交试验方法研究了激光冲击2050铝锂合金表面残余应力分布规律，获得了优化的激光冲击参数，并在此参数下验证了疲劳寿命增益。研究结果表明：激光冲击强化诱导的残余应力与试样的几何特性相关性较强，而激光冲击参数本身搭接率对残余应力的影响大于激光能量、大于冲击次数，最佳工艺参数为激光功率密度5.30 GW·cm^-2、搭接率50%、2次冲击。采用此参数冲击后260 MPa和200 MPa应力水平下疲劳寿命分别提高了22%和63%。     

激光烧蚀辅助激光焊接的焊缝气孔率抑制研究

激光烧蚀辅助的激光焊接可以调节气孔率,进一步提高抗拉强度。在优选焊接参数后,研究了激光烧蚀密度对表面氧含量和表面形貌的影响。0 J/cm²时,表面氧含量(体积分数,下同)为8.91%,表面较为平整。激光烧蚀后,氧含量先减少后增加。8.75 J/cm²时,氧含量为2.75%,仅为0 J/cm²的30.86%,且形成了均匀的火山坑形貌。之后,过高的能量引起热氧化和不规则的烧蚀形貌。用σ_a和σ_b分别作为等离子体/金属蒸气喷发和熔池波动的标准偏差进行定量分析。σ_a和σ_b在0 J/cm²时为0.173和0.045。8.75 J/cm²时,分别为0.176和0.049,最接近0 J/cm²。35 J/cm²时则相反。0 J/cm²时,发现了大量的气孔,气孔率为1.85%。分析了在匙孔和熔池行为影响下三类气孔形成位置。8.75 J/cm     

超声对激光熔覆WC颗粒强化涂层耐磨防腐性能的影响(特邀)

面向海洋、矿山等领域机械部件表面耐磨防蚀涂层制备需求,针对陶瓷颗粒强化涂层高耐磨性能与高耐腐蚀性能难以兼容的问题,搭建了超声辅助激光熔覆试验平台,制备了有无超声作用下的碳化钨(WC)颗粒强化涂层。研究了超声对复合涂层微观组织形貌、元素分布、WC表面合金层厚度的影响规律,并进一步开展了有无超声试样硬度、摩擦磨损与耐蚀性能测试。结果表明：超声振动能够细化晶粒,平均晶粒尺寸从101.0μm降至59.6μm,抑制偏析,促使WC表面合金层溶解与熔覆层元素的均匀分布;超声作用下,试样平均显微硬度由310 HV0.1提升至425 HV0.1,同时超声作用下WC颗粒周围硬度分布更加均匀;有无超声作用下试样失重量分别为6.5 mg和8.8 mg,试样磨损率分别为0.032 3 mg/m和0.043 8 mg/m,试样磨损率降低了26.2%;超声作用下试样腐蚀电流密度由5.20μA/cm²降低为2.13μA/cm²,同时电化学阻抗谱表明超声作用下试样表面具有更大的电容阻抗环、阻抗模量与相角值。     

AZ31B镁合金CO2气体激光熔凝的微观组织与磨损性能

以AZ31B镁合金为对象,对其进行CO2气体激光表面熔凝处理,采用金相观察、X射线衍射分析、硬度测试及摩擦磨损试验等手段,研究了激光熔凝层及原始镁合金的微观组织结构及磨损性能。激光功率P＝3 300 W,扫描速度v＝360 m/s时熔凝层是由α-Mg和β-Mg17Al12组成,且熔凝层的相含量比母材多。熔凝层的微观组织以树枝晶为主,枝晶组织发生了明显的细化。由于细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用,熔凝层的显微硬度提高了大约2倍。原始镁合金的磨损以磨粒磨损和氧化磨损为主,而熔凝层以磨粒磨损为主,熔凝层的耐磨损性能也得到了改善。     

TC4钛合金激光冲击强化塑性变形流动规律研究

以TC4钛合金为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方式，研究了激光冲击TC4钛合金表面金属塑性变形和体积流动规律，分析了塑性变形驱动金属表层体积流动、应力重构、晶粒细化的机制。研究结果表明：激光冲击塑性变形使得光斑中心区域材料向着边缘及材料内部流动。整体塑性变形体积数值计算结果显示：当功率密度为1.58、2.25、3.02 GW/cm²时，表面凹坑体积大致等于内部正向变形体积与表面环状凸起体积之和，在无相变体积改变的情况下，试件整体塑性变形符合体积不变定律；不同激光功率密度作用下的表面残余应力分布与表面塑性变形分布规律大致相同，存在对应关系；表面凹坑变形、环状凸起变形、内部凸起变形各区域粒径尺寸分别为99、108、136 nm，晶粒细化程度在表面凹坑区、环状凸起变形区域、内部正向变形区域依次递减。此外，光斑边缘出现的微凸起变形在受到搭接激光冲击作用后，再次发生塑性变形，微凸起变形在冲击载荷方向被压回，向着材料内部流动；凹坑表面各光斑边缘处依旧存在较小的微凸起变形。     

AZ31镁合金激光冲击温成形实验研究

为了研究超高应变速率激光冲击对AZ31镁合金温成形性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光器(脉冲宽度为20 ns,激光功率密度为1.53 GW/cm2)进行AZ31镁合金薄板室温激光冲击成形(LSF)和200℃时激光冲击温成形(WLSF)实验研究及模拟分析。结果表明:AZ31交叉轧制薄板具有良好的超高应变速率WLSF能力,可实现温成形和改性双重效应,表层形成高幅残余压应力和高密度位错,WLSF表面比LSF具有更稳定的残余压应力,超高应变速率激光冲击和动态再结晶可能是纳米晶形成的主要原因,并分析LSF和WLSF试样表面形貌和粗糙度以及表面残余应力分布。     

激光冲击处理1Cr11Ni2W2MoV不锈钢

对1Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢进行了激光冲击处理(LSP)的基础性研究。激光器最大输出能量为50J,激光功率密度3.7～7.5GW/cm2。吸收层和约束层分别选取Al箔和均匀流水层,激光束采用倾斜入射方式,实验对单光斑试样、搭接光斑试样、疲劳试样分别进行冲击。通过表面形貌、显微硬度和残余应力等检测,验证了激光功率密度对冲击区性能的影响。三组疲劳试件进行对比表明,先冲击后打孔试件的疲劳性能最好,其表面高幅值的残余压应力层能很好地抑制疲劳裂纹的萌生和延长裂纹扩展的速率。实验证明激光冲击处理可以有效提高马氏体不锈钢的疲劳性能。     

激光冲击强化处理40Cr钢的实验研究

利用Nd∶YAG激光器 ,对 4 0Cr钢进行了激光冲击强化处理。激光冲击强化参数 :激光波长 1 0 6 μm ,脉冲时间为 2 3ns,功率为 16～ 2 0J,功率密度为 2 0GW /cm2 左右 ,光斑直径为 7mm。选用K9玻璃为约束层 ,外形尺寸为 19mm× 4mm ;86 1墨漆为吸光涂层 ,厚度为 0 0 2 5mm。利用HVS 10 0 0显微硬度计和X 35 0残余应力测试仪 ,对 4 0Cr钢激光冲击强化区的显微硬度和残余应力进行了测试 ,结果表明 ,4 0Cr钢经激光冲击强化后 ,强化区表面硬度提高了 30 % ,冲击强化区中心最大残余应力达 - 4 5 0MPa。此外 ,利用H 80 0透射电镜对激光冲击强化区的显微组织进行了观察和分析 ,在强化区显微组织内发现了相变马氏体、初生马氏体和高位错密度     

基于光线光学的强激光非线性效应仿真与分析

非线性效应会影响强激光系统的性能,为了改善强激光系统的光束质量,基于光线光学提出了强激光非线性效应仿真与分析研究。利用光线光学透镜的相位传递函数,得到透镜的总厚度,根据光线光学透镜的结构参数,构建了光线光学透镜的传递函数模型,基于极化强度与光电场的关系,计算出光传输介质的总折射率,在线性折射率远大于非线性折射率的情况下,计算出强激光非线性折射率,结合强激光非线性效应响应函数,仿真分析了强激光的非线性效应。仿真结果表明,当光束功率密度为2.5*10⁸ W/cm²和0.75*10¹⁰ W/cm²时,强激光的非线性效应都比较弱,从而改善了光束的质量。     

激光清洗工艺参数对TC4钛合金表面除漆的影响

采用脉冲光纤激光器对TC4钛合金表面的环氧锌黄漆层进行了激光清洗试验,研究了激光能量密度和激光清洗速度对清洗效果的影响规律,分析了试样清洗后的表面形貌、表面粗糙度以及物相组成,并测量了清洗后基材表面的维氏硬度。研究结果表明,清洗效果随着激光能量密度的增加或清洗速度的减小而逐渐变好;当激光能量密度为4.00 J/cm²、清洗速度为3 mm/s时,清洗后基材表面的物相成分只有Ti和Ti₆O,没有CaCO₃,说明在此工艺参数下漆层已经完全被去除。彻底去除漆层后的钛合金的表面粗糙度与原始基材表面粗糙度相近,粗糙度为S_a=2.082μm。清洗后TC4钛合金试样表面的维氏硬度平均值为368.74 HV,相比原始硬度约提高了7.4%。研究结果表明,通过合理选择工艺参数,可以有效去除钛合金表面漆层,并获得较好的表面形貌,同时能提升其表面平均硬度。