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。     

纳秒激光微织构TC4表面的抗结冰能力

飞机发动机唇口表面结冰将会严重影响飞行安全,研究表明具有微纳结构的表面能有效提升其抑冰性能。文中以Ti6Al4V(TC4)为基底材料,采用纳秒脉冲激光制备TC4微结构,利用扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪和冷台实验装置对样品表面的微观形貌、化学元素组成、润湿性和抑冰性能进行表征。结果表明：其他激光参数一定的情况下,扫描间距为80μm的样品表面的分形维数最高,其值为1.683,表现出优异的抑冰效果。接触角和分形维数大的表面结冰时间延迟。     

TC4钛合金激光表面微织构的高温摩擦磨损性能研究

采用激光微织构技术,在钛合金表面上制备了圆形微凹坑,采用HT-1000型高温摩擦磨损试验机考察了微织构试样在常温和高温下的摩擦学性能,通过对摩擦系数、磨损量、磨痕三维轮廓和磨痕形貌的分析,探讨了高温环境对微织构试样耐磨性能和磨损机理的影响。结果表明：激光微织构试样在常温和高温磨损环境下的摩擦学性能均优于钛合金基体;在高温磨损条件下,微织构试样表现出更低的摩擦系数（0.27）、更小的磨损量（1.26 mg）以及更窄更浅的磨痕轮廓;微织构试样的磨损机制从常温下的磨粒磨损和轻微氧化磨损转为高温下的严重氧化磨损。由于微凹坑的磨屑收集特性及微织构表面在摩擦载荷的作用下可形成连续致密的光滑摩擦氧化物层,因此微织构试样表现出更好的高温耐磨性能。     

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。     

激光微加工对Ti6Al4V表面形貌及润湿性影响的研究

为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构,改变其润湿性,使其表面具有超疏水性,采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工,研究了脉冲能量密度和扫描间距对点阵、线阵及网格3种微结构的表面形貌及润湿性的影响,建立了接触角与表面特征参量S_a, S_d的关系。结果表明, 脉冲能量和扫描间距对点阵、线阵及网格结构的表面形貌参量S_a, S_d均有所影响,且对网格结构的S_a和S_d的影响程度最大,线阵结构次之,点阵结构最小;激光加工Ti6Al4V后,其表面皆会发生从超亲水到疏水甚至超疏水的自发转变,不同的脉冲能量、扫描间距加工的微结构均对表面润湿性有不同程度的改善,其中网格结构对表面湿润性的改善最好,线阵次之,点阵最差;网格、线阵、点阵结构的最大及最小接触角分别为165°, 160.5°, 142.4°;132.9°, 97°, 94.6°,具有最大接触角的表面参量S_a, S_d分别为0.97μm, 1.38;1.62μm, 1.04;4.14μm, 2.39。该研究对改善Ti6Al4V表面润湿性具有一定参考意义。     

微秒激光制备超疏水表面及抑霜性能实验研究北大核心CSCD

为解决航空器在各种运行环境环境中可能出现的霜冰影响问题,利用微秒脉冲激光在钛合金表面制备了超疏水表面,并通过微观形貌、表面元素组成、润湿性和结霜实验等对超疏水效果和抑霜性能进行了分析表征。实验结果表明,微秒激光制备的不同扫描间距的微纳结构表面均达到了超疏水效果,其中扫描间距为0.2 mm的表面接触角可达159°,其表面激光作用形成的大量细小颗粒以及溅落的碎屑等形成的亚微米和纳米级结构,为空气中有机疏水基团提供了丰富的结合位点,二者共同带来了表面优良的超疏水性能,表面生长的霜层薄,霜枝较高,十分有利于外界作用清除。本方法可为航空领域霜冰问题的解决提供一定参考。     

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。     

紫外激光加工陶瓷刀具表面微织构的实验研究

为了得到紫外激光在陶瓷刀具表面加工微织构的过程中,激光能量密度、扫描速率、扫描次数和频率对微沟槽尺寸的影响规律,采用单因素实验方法进行了紫外激光加工陶瓷刀具的工艺实验,确定了使用355nm波长紫外激光器在陶瓷刀具表面加工微织构的合理参量。结果表明,在陶瓷刀具上加工出合适微织构,可提高陶瓷刀具性能并延长寿命。     

TC4激光熔覆Ti/7YSZ复合热障涂层实验研究

为提升YSZ隔热涂层的力学性能,阐明其组织形成过程及机理,优化激光加工工艺参数.方法采用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4表面制备了Ti/7 YSZ复合涂层体系;通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征激光熔覆Ti/7 YSZ复合热障涂层的宏观形貌、显微组织、元素分布、物相组成...     

飞秒激光诱导TC4表面微观组织研究

为探究超快激光对金属材料的烧蚀特性,利用飞秒脉冲激光加工TC4,研究加工后TC4表面的形貌特点,分析飞秒激光加工金属的作用机理。当激光能量密度为8.05 J/cm2时,用白光干涉和扫描电镜观察不同扫描速度下材料表面的形貌变化。随着扫描速度的降低,表面条纹变深,条纹上方的二级微纳凸起尺寸增大,粗糙度增加,条纹侧面出现经典低空间频率条纹。从高斯光束特点和光斑重叠率角度对各种形貌的形成机理进行分析,高斯光束光斑中心处能量密度高,条纹上方形成凸起,侧面形成经典条纹;当光斑重叠率越大,单位面积内能量密度就越大,表面微结构尺寸也随之增大。     

TC4钛合金光纤激光焊接工艺研究

采用6 kW光纤激光器焊接5 mm厚TC4钛合金,试验研究了焊接工艺参数对焊缝成形的影响,分析了焊接接头微观组织和硬度,测试了室温下焊缝的力学性能.研究结果表明:光纤激光焊接5 mm厚钛合金,能够得到成形良好、无裂纹和气孔的焊接接头.接头各区域的显微硬度均高于母材,焊缝抗拉强度与母材相当.     

TC4激光熔覆Gd元素YSZ热障涂层微观特性研究

通过在钛合金表面引入稀土氧化物改性"7YSZ"即7 wt％氧化钇稳定的氧化锆涂层,提升传统热障涂层的综合性能.采用预制法并应用YLS-3000型光纤激光系统利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备了不同Gd2 O3添加量的Gd-YSZ涂层,通过光学显微镜、扫描电镜及能谱仪、X射线衍射仪和硬度仪分别表征涂层的宏观形貌、显微...     

TC4表面激光熔覆Ti-Al-N复合涂层的组织与性能

为了在TC4钛合金表面开发新型MAX相复合涂层,利用激光熔覆在TC4钛合金表面原位合成了含Ti2 AlN MAX相的Ti-Al-N复合涂层,分析了涂层的组织结构特征及硬度分布,研究了复合涂层的原位合成机理.结果表明,不同物质的量比粉体熔覆后的涂层与基体呈现良好的冶金结合,涂层由TiAl基体、Ti2 AlN MAX相和T...     

TC4表面激光熔覆TiAl合金涂层的工艺和组织性能

为了实现TC4钛合金表面TiAl合金涂层的大面积制备及实际应用,采用激光熔覆的方法在TC4钛基体上制备单道和搭接的TiAl合金涂层。通过表面形貌和界面特征分析了涂层的熔覆质量,对涂层的物相组成与显微组织进行研究,测试了熔覆层界面及搭接层之间的硬度分布。结果表明,涂层与基体之间属于冶金结合,涂层内部没有裂纹和孔隙等缺陷,涂层中Ti/Al主要以TiAl(γ)、Ti₃Al(α₂)以及与微量元素的化合物形式存在,涂层主要由双态组织和片层组织组成,测试得到单道熔覆涂层和搭接涂层平均硬度是基体的1.44倍以上,多道搭接涂层的组织分布相比单道涂层更加均匀;涂层可进行大范围的多道搭接熔覆,证明了TiAl涂层对TC4基体表面改性方法可行性。该研究对于实现涂层的实际应用具有重要意义。     

TC4表层激光熔覆Fe基合金层组织及性能研究

为了提高TC4合金部件表面的耐磨耐腐蚀性, 采用数字化分析测试、金相显微形貌分析等方法, 研究分析了TC4钛合金表面激光熔覆制备Fe35A涂层的显微组织和综合性能。结果表明, 在激光功率为2.3kW、扫描速率为9mm/s、送粉速率为10g/min的最佳经验工艺参数下, TC4表层制备Fe基合金沉积层的宏观形貌最佳, 金相组织较好, 晶粒细化且均匀分布, 基体与沉积层熔合度高; 沉积层表面洛氏硬度高达40.2HRC, 显微硬度平均高达645.5HV, 沉积层整体力学性能明显高于基体组织。该研究为TC4钛合金表面的高质量修复和再利用提供了实践参考。