激光微织构表面水滴撞击动力学行为特性研究

为了探究低韦伯条件下,微织构超疏水表面的液滴撞击动力学行为特性,利用激光微织构技术在航空用材Ti 6Al4V试样表面用不同扫描速度的纳秒激光制备出三角纹理微纳织构,借助高速摄像实验平台研究水滴撞击水平表面和倾斜表面动力学行为特性。实验结果表明,水滴冲击平表面高度越高,空气越不容易进入片层,使最大铺展系数增加;与平表面相比,相同高度的斜表面滑移时更多空气进入片层,最大铺展系数最小;其中在扫描速度为100mm/s的工况下,表面凸起占比达到64611,表面纳米颗粒最大,微米颗粒最多,表面的静态接触特性与动态接触特性最优。受表面结构和表面能协同作用共同影响水滴弹离表面的状态。本实验可为航空领域制备超疏水、主动防除冰表面提供一定参考。     

纳秒激光织构钛合金表面及其润湿性研究

针对工业领域常用特种钛合金材料TC4(Ti6Al4V),采用纳秒激光加工技术进行表面织构加工,通过改变激光扫描间距,分析表面形貌构建以及表面润湿性转变机制。实验使用扫描电子显微镜与能谱仪分析表面微观结构与元素物相成分变化,通过接触角测量仪表征表面疏水特性。结果表明：进行激光织构加工后,材料表面亲水性大幅增加;在空气中暴露一段时间后,逐渐转变为疏水性并趋于稳定,扫描间距为60μm加工的表面最大接触角达到139.92°,其表面分布的显著多级微纳结构起到了关键作用。     

用于太阳能电池的多晶硅激光表面织构化研究

介绍了利用激光制备多晶硅表面织构的研究结果。采用激光在硅片表面刻蚀,然后利用化学方法去除残渣和损伤,制得均匀的表面陷光结构。通过扫描电子显微镜,HitachiU-4100分光光度计和Semilab WT2000少子寿命仪分析了表面织构化后硅片的表面形貌、反射率和少子寿命。通过调节激光和化学腐蚀参数得到很好的陷光效果,表面反射率最低可以降到约10%。但是激光刻蚀对硅片性能仍有一定损伤,有待改进。激光表面织构为多晶硅的减反射处理提供有效的途径。     

陶瓷刀具表面微织构激光加工工艺的实验研究

较好的刀具表面微织构可以改善刀具摩擦磨损性能,提升刀具切削性能,延长刀具使用寿命。针对光纤激光在陶瓷刀具表面加工微织构的过程中,激光功率、频率、扫描速度和扫描次数对微沟槽尺寸和形貌的影响进行了实验研究。确定了使用1064 nm波长光纤激光器在陶瓷刀具表面加工微织构的合理参数。选用不同形貌微织构和无织构刀具进行摩擦磨损实验并进行对比。实验结果表明,微织构可以降低陶瓷刀具表面摩擦系数,提高其抗磨损性能。微织构沟槽深度或宽度较大时作用效果较差。     

纳秒激光制备的超疏水表面及其液滴冲击性能

采用纳秒激光在金属表面低成本地制备微纳结构,再对其进行改性就可以获得水黏附力具有差异的超疏水表面,但目前对这些超疏水表面液滴冲击性能的研究还尚少,鉴于此,研究了不同脉宽纳秒激光制备的典型超疏水表面的液滴冲击性能。结果表明:采用不同脉宽纳秒激光制备的超疏水表面在液滴冲击时都具有极短的固液接触时间;在相同的参数下,窄脉宽激光制备的超疏水表面具有更高的微米结构,导致液滴冲击时的固液黏附力增大,从而具有相对较长的固液接触时间。     

选区激光熔化钛合金表面织构摩擦学性能研究

针对微结构钛合金(TC4)零部件加工困难及减摩性能差的问题，利用Solidworks三维建模软件，设计无织构(FC-TC4)、凸起半球形(CB-TC4)、方形微孔(ST-TC4)以及圆柱形微孔(CT-TC4)表面微织构试样，通过激光选区熔化技术(selective laser melting, SLM)加工了钛合金表面微织构试样。采用三维轮廓仪和摩擦磨损试验机，研究了SLM成形TC4试样表面形貌特征以及表面微织构对TC4表面摩擦学行为的影响。研究结果表明：SLM成形过程中高能激光束会导致熔池液滴飞溅，造成飞边毛刺的现象；TC4微织构试样的摩擦学性能均优于无织构试样，其中，圆柱形微孔织构试样表现出更低的摩擦因数(0.328 01)以及更小的磨损率为5.37×10^-5 mm³/(N·m),磨粒磨损减弱，改善了犁沟磨损现象。     

镀铬活塞环表面椭圆微坑织构激光制备工艺研究

为优化激光制备表面微坑织构工艺参数,提高缸套-活塞环摩擦副的摩擦学性能,使用纳秒脉冲激光器在镀铬活塞环表面制备椭圆形微坑织构,探究激光功率、加工次数、扫描速度与填充线间距对微坑形貌及尺寸的影响.结果 表明:增大激光功率与重复加工次数、降低扫描速度与填充线间距可有效提高微坑深度;微坑长径长度随激光功率增大而减小,随加工次...     

皮秒激光加工工艺对微沟槽表面的疏水性研究

为了研究紫外皮秒激光在均热板基板表面刻蚀微沟槽后,不同激光工艺参数对微沟槽表面疏水性的影响规律,采用Cassie-Baxter模型进行了理论分析,并利用单因素实验法,改变激光扫描速率、激光扫描间距、光斑横向重叠次数进行实验验证.结果表明,降低固-液区域面积占比、宽度或缩短沟槽间距,均可以提升微沟槽表面的疏水性能;造成微...     

纳秒激光诱导氧化钛片及涂层的润湿性研究

采用纳秒激光在纯钛片表面制备微织构,并辅助化学处理的方法,获得了类似"荷叶效应"且润湿稳定的超疏水表面。通过调整激光加工工艺参数,获得了具有不同润湿性的微纳米结构;在此基础上,采用全氟癸基三甲氧基硅烷和乙醇溶液的混合溶液在微结构表面制备涂层。采用扫描电子显微镜和能谱分析后可知钛板在激光作用下产生了多尺度的氧化钛多孔微结构;通过接触角测量表征进一步分析了钛片表面的亲水性与微纳米结构表面变化规律的关系,以及涂层对表面润湿性的影响,为生物医学药物输送方面的研究提供了参考。     

纳秒激光微织构TC4表面的抑冰性能研究北大核心CSCD

针对航空发动机进气道前缘唇口位置的结冰问题,利用纳秒激光对TC4进行表面微织构,通过扫描电镜观察不同扫描速度下的钛合金表面形貌以及EDS化学成分组成,结合接触角以及低温冷台水滴冻结的实验数据,分析了纳秒激光扫描速度对钛合金表面抑冰效果的影响。结果表明:在激光扫描速度较低的情况下,随着速度的增大,金属表面的粗糙度先增大,直到形成有序排布的凸起与凹陷后粗糙度开始下降,烧蚀效应逐渐减弱,激光加工时钛合金表面的氧化反应程度减轻;表面接触角随粗糙度的增大而增大,在扫描速度为100 mm/s时接触角最大,钛合金表面的抑冰性能最好。     

激光扫描速率与熔覆层组织性能的规律研究

为了研究在激光熔覆修复工艺中，激光扫描速率对最终形成的熔覆层性能的影响，采用同步送粉法，利用激光熔覆工艺在QT500球墨铸铁上制备了不同扫描速率下的镍基合金熔覆层样本；利用金相显微镜观察熔覆层的显微金相，并使用显微硬度计对熔覆层显微硬度进行了测定与分析，取得了熔覆层样品的硬度、显微金相组织以及样品稀释率等数据。结果表明，在其它条件不变下，随着激光扫描速率的增加，熔覆层组织更加致密、均匀，熔覆层的平均显微硬度得到了显著提高；以激光功率为1.9kW、扫描速率为5mm/s、光斑直径为4mm等参量得到的熔覆层组织与性能最优。此研究对激光熔覆表面强化工艺中合理选择工艺参量提供了理论依据。     

激光除锈技术对高速列车集电环性能影响研究

为了研究激光除锈工艺应用于高速列车集电环的可行性，根据激光除锈效果和清洗效率，确定了集电环的最优激光清洗参量，即在激光覆盖试样整个表面的光斑搭接率为29.3%时，激光功率为16W，激光重复频率为70kHz，激光扫描速率为1.0m/s。采用最优工艺参量对集电环试样进行激光除锈，通过扫描电镜和金相显微镜观察原始试样和激光除锈后试样的表面微观组织；采用新的实验分析手段分析对比原始试样和激光除锈后试样表面硬度和表面力学性能；室温条件下采用LINSES电阻率测试仪对激光清洗前后试样的电阻率进行测量。结果表明，激光除锈后试样表面没有发生重熔和相变；原始试样和激光除锈后试样表面硬度和表面力学性能对比没有发生明显变化；由于表面粗糙度的增加以及部分晶体点阵发生的晶格畸变，增加了电子散射的几率，使电阻率提高8.3%，但仍符合使用规范。激光除锈技术对集电环基底表面性能没有产生显著影响，该工艺适用于高速列车集电环表面除锈。     

60号钢表面激光碳氮硼合金层的电子显微分析

一 引言 激光表面合金化是一种局部表面变质处理的新方法,用真空蒸镀、电镀、涂敷粉末或薄膜在金属材料的工件表面上,然后用激光束把其表面熔化并控制在要求的深度,使表面产生厚度为10～1000μm的熔化层,合金元素将扩散进入工件表面的液态薄层,在凝固时熔化层获得的冷却速度可达10~4～10~6℃/s,相当于急冷淬火技术所能达到的冷却速度,故在短时间(一般为0.1～10s)内就可以就地生成一层所希望的一定深度的新的合金层,这种合金层与基体之间的结合力很强,属于冶金结合。 本文用高功率CO_2激光束对60号钢进行了表面C-N-B合金化,并对合金层进行了显微组织观察和X射线物相分析。     

激光热力强化电化学沉积试验研究

为了进一步揭示激光的热力效应对电化学沉积的强化作用,构建了激光电化学复合沉积试验系统,进行了理论分析和实验验证。采用激光循环往复的扫描方式照射沉积区域制备沉积层试样,对沉积过程中的力效应和热效应进行测试,最后采用扫描电子显微镜对沉积层的表面形貌和截面形貌进行观察对比。结果表明,激光的热力效应能加快金属离子的还原反应,促进晶核形成和晶粒细化,在激光能量为0.2mJ（20kHz）时,能获得良好的沉积速率（0.198mg/min）;在激光能量为0.4mJ（20kHz）时,沉积层的拉伸强度性能较好,达到256.38 MPa。此研究结果对电解加工技术的发展是有一定帮助的。     

钒氮合金对激光熔覆钴基合金涂层组织和耐磨性的影响

利用5 kW CO2连续激光,在低碳钢表面熔覆钴基合金和添加钒氮合金的钴基合金涂层.采用光学显微镜(OP)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了熔覆层的显微组织和相结构;利用显微硬度计及滑动磨损试验机测试了熔覆层的硬度和抗磨损性能.结果表明,Co基合金涂层主要组成相为γ-Co与碳化物Cr23C6;加入钒氮合金后,出现了σ-FeV和VN等相,涂层凝固组织明显细化,熔覆层硬度提高,凡界面处硬度均比表层高;熔覆层的耐磨性随钒氮合金的加入及激光扫描速度的增加而提高,同时对熔覆层的磨损机制进行了分析.     

ZrO2-13%Al2O3陶瓷薄壁件激光近净成形实验

采用同轴送粉激光近净成形系统,在纯钛基体上进行激光近净成形(LENS)ZrO2-13%Al2O3(质量分数)复合陶瓷的基础实验研究。分析了激光功率和扫描速度对激光近净成形陶瓷薄壁宏观质量(宽高、表面平整性和宏观裂纹)的影响规律,获得致密、无宏观裂纹的陶瓷薄壁件。利用扫描电镜观察了成形件的微观组织,结合电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了微观组织成分和ZrO2陶瓷激光加工前后相成分的变化。结果表明,激光功率和扫描速度对激光近净成形陶瓷单层高度和表面宏观质量具有重要影响,通过精确控制该两个参数能够获得良好的表面质量;不同的激光功率和扫描速度下,会产生横向和纵向两种不同的宏观裂纹;激光近净成形技术能够制备出致密并具有细小枝状晶组织的陶瓷;少量的Al2O3主要存在于晶界中,有利于抑制裂纹扩展。     

航空铝合金表面涂层无损激光清洗研究

激光清洗以绿色、安全、便于控制等优点,在航空航天、电子、交通等领域有着重要的应用价值。采用纳秒脉冲激光清洗航空2A12铝合金表面TB06-9涂层,研发了一种新型的两步法无损激光清洗工艺。运用扫描电子显微镜、能谱仪,超景深三维显微镜和万能电子实验机等分析激光清洗涂层。结果表明,第一步采用单次激光清洗,随激光功率的增加,试样表面涂层逐渐减少裸露出氧化层及基材。激光功率为40 W时氧化层保留完好,功率为45 W时氧化层开始出现损伤,随着功率的增加,损伤逐渐增多。最终确定第一步优化参数为激光的频率为20 kHz,功率为40 W,扫描速度为1040 mm/s,线间距为0.052 mm。第二步在第一步的基础上进行多次清洗,获得的优化参数为激光频率为1000 kHz,功率为80 W,扫描速度为690 mm/s,线间距为0.034 5 mm。两步法激光清洗试样的表面与原始试样表面形貌相似,表面显微硬度及抗拉强度基本保持一致,较好地保留了材料的原有力学性能。     

激光扫描速度对碳钢板表面锈蚀层去除质量的影响

采用光纤激光器开展了碳钢板表面锈蚀层激光清洗研究,通过白光干涉仪、光学显微镜、拉曼光谱仪等研究了激光扫描速度对锈蚀层去除质量的影响。研究表明,当激光扫描速度小于2 000 mm/s时,因光斑搭接率高,热累积效应强,试样表面出现基材熔化重凝现象,同时试样表面发生二次氧化,生成了复杂的铁的氧化物膜层,此时试样表面粗糙度最小。当激光扫描速度增加到3000 mm/s时,试样表面锈蚀层去除干净,露出金属基底本身色泽,基材表面二次氧化减弱。当线速度继续增加时,因光斑搭接率低,锈蚀层吸收的激光能量少,仅有部分锈蚀被去除,试样表面开始出现残留锈蚀层,且随着线速度的增加,残留锈蚀层和试样表面粗糙度增加。通过调节扫描速度可以获得较好的除锈效果,工艺优化后,激光功率为120 W时,除锈效率达到1.5 m2/h。