基于响应面法的Ni60/WC涂层表面织构皮秒分束工艺参数预测研究

目的 实现六分束激光在Ni60/WC涂层表面烧蚀目标织构激光加工工艺参数的精确选择。方法 基于CCD响应面法,设计在不同的激光工艺参数下对Ni60/WC涂层表面进行织构烧蚀试验,以激光频率、扫描次数、扫描速度为影响因素,以圆凹坑织构直径、深度及由其直径和深度综合加权所得的综合目标为响应目标,建立目标织构所需激光工艺参数的预测模型,以织构直径、深度及综合目标作为优化条件,对预测模型进行实验验证。结果 扫描次数对织构直径的影响最显著,单个脉冲光斑上所聚集的能量大小是影响织构直径误差的关键因素。对织构深度影响最显著为扫描次数和频率,织构深度与扫描次数、频率呈正相关,不同因素间的交互作用是影响织构加工结果的关键。通过对预测模型所优选的参数进行实验验证发现,以织构直径和深度、综合目标建立的预测模型优选工艺参数所加工圆凹坑织构的质量评价指标与其预测指标的误差率分别为19.37%、3.57%。功率为6 W时,六分束激光加工最优工艺参数为速度5 500 mm/s、频率400k Hz、扫描2次。结论 通过综合目标建立的Ni60/WC涂层表面圆凹坑织构六分束激光加工参数优选预测模型精确程度较高,能够实现N...     

TC11钛合金表面微凹坑织构皮秒激光加工工艺

目的研究皮秒激光加工工艺参数对微凹坑形貌的影响规律。方法采用FSLAB-50-05激光器搭建的激光器平台对TC11钛合金工艺试样进行表面微加工,通过WYKO—NT1100型表面三维形貌测试仪获得表面微凹坑织构形貌,分别记录微加工后的二维与三维形貌图,应用单因素法分析激光重复频率、激光持续时间和激光功率对微凹坑形貌的影响规律。结果在激光功率为10 W、激光持续时间为0.12 ms的前提下,当激光重复频率由50 k Hz增加到250 k Hz时,微凹坑的直径和深度均呈现出先增大后减小的趋势;在激光功率为10 W、激光重复频率为300 k Hz的前提下,当激光持续时间由0.02 ms增加到0.10 ms时,微凹坑直径和深度均随着激光持续时间的增加而变大;在激光重复频率为300 k Hz、激光持续时间为0.12 ms的前提下,当激光功率由4 W提升至12 W时,微凹坑的深度随着激光功率的增大而增大,而宽度先增大后减小。结论皮秒激光微凹坑织构较佳的工艺参数范围为:激光重复频率150~200 k Hz,激光持续时间0.04~0.06 ms,激光功率8~10 W。     

基于离子束辅助激光的硬质合金表面微织构制备方法研究

目的 解决纳秒激光所制备的硬质合金表面微织构尺寸不可控且质量较差的问题.方法 提出了离子束刻蚀与纳秒激光复合加工技术.首次采用离子束辅助激光加工在WC/Co硬质合金表面制备凹坑型微织构,研究了激光扫描速度、重复频率、脉冲宽度和刻蚀时间4种不同加工参数对微凹坑表面形貌及结构尺寸的影响,并初步预测和建立了复合加工过程中微凹坑轮廓演变模型.结果 凹坑型微织构边缘熔融物堆积量随激光重复频率的增加而增加,与扫描速度和脉冲宽度成反比,其中激光重复频率的影响最大.制备的微凹坑直径和深度可以通过改变激光重复频率和刻蚀时间来调节,使用纳秒激光以20、25、30、35 kHz重复频率加工的微凹坑经离子束刻蚀150 min后,边缘的不规则凸起高度分别由1.112、1.675、2.951、3.235μm降低至0.222、0.689、0.976、1.364μm,且刻蚀速率与激光重复频率成正比.离子束刻蚀150 min后,抛光硬质合金表面粗糙度由0.022μm增加至0.079μm,而激光织构化硬质合金表面粗糙度随刻蚀时间的增加均有所降低.结论 建立了基于离子束辅助激光的表面微织构轮廓演变模型,实现了硬质合金表面微织构的高质量可控制备.     

纳秒激光加工微凹坑对YG3表面浸润性的影响

研究硬质合金刀具表面浸润性对提高刀具寿命和工件加工表面质量有重要的意义。采用波长1064 nm纳秒脉冲激光在硬质合金YG3表面加工微凹坑阵列,运用光学显微镜、光学轮廓仪和接触角测量仪分别测量微凹坑形貌和表面接触角,研究不同激光功率、扫描次数和微凹坑间距对表面形貌和接触角的影响规律。建立微凹坑几何形貌模型,基于Wenzel理论分析微凹坑形貌变化对表面接触角的影响机理。结果表明:随着平均功率和扫描次数的提高,微凹坑的直径和深度均增大;随着间距的减小,微凹坑分布密度增大。3种条件下表面粗糙度率均增大,表面接触角余弦值随粗糙度率的变化趋势基本一致且成正相关,所以接触角随粗糙度率增加而降低。通过实际接触角与推导接触角的曲线拟合得到了接触角方程。     

基于流体动压效应的扫描阴极掩膜电解加工试验

针对目前掩膜电解加工深度溶解能力受限问题，以微凹坑阵列为研究对象，提出了基于流体动压效应的扫描阴极掩膜电解加工新方法。利用高流速电解液冲刷微凹坑表面堆积的电解产物，提高深度溶解能力，并且借助扫描阴极射流产生的流体动压效应使掩膜与工件表面动态贴合，从而简化工艺装置设计。基于加工试验，探讨了不同平底阴极结构和加工参数耦合作用对微凹坑尺寸变化的影响，最终实现直径259.8μm、深度44.1μm和直径418.1μm、深度102.7μm微凹坑阵列的加工，论证了扫描阴极掩膜电解加工方法具有提高深度溶解的能力。     

羰基铁–环氧树脂基吸波材料疏水结构的制备及性能研究

目的 改善羰基铁–环氧树脂基电磁波吸收材料在海洋环境中的耐腐蚀性和电磁波吸收性能。方法 将皮秒激光加工与微细铣削技术相结合,在羰基铁–环氧树脂复合材料表面制备复合疏水微结构,采用单因素实验分别考察了栅格间距为30、20μm时皮秒激光加工功率、扫描速度、扫描次数对所制备表面结构接触角的影响规律,采用扫描电子显微镜对激光加工后的结构形貌进行分析,筛选出疏水性能较好的激光加工参数;选用不同直径的微细铣刀对所筛选的激光参数加工后的表面进行微细铣削,得到复合疏水结构,并采用共聚焦显微镜和光学显微镜观察复合结构的形貌,根据复合结构的疏水性能和加工效率,筛选合适的微细铣刀直径。通过耐腐蚀性能测试对比未处理试样、仅经过皮秒激光加工后试样、仅经过微细铣削加工后试样及复合加工后试样在质量分数为5%的Na Cl溶液中的耐腐蚀能力,采用矢量网络分析仪对比各结构的电磁波吸收能力。结果 当激光加工的栅格间距为20μm,激光功率为3.5 W,激光扫描速度为1 000 mm/s,扫描次数为5时,所得到的表面微结构静态水接触角达到143°;在该表面上使用直径200μm的微细铣刀得到的复合结构接触角达到137.5°,且加...     

圆凹坑-球凸复合织构的激光铣削加工及其摩擦学性能

圆凹坑织构被广泛应用于各类摩擦副以改善摩擦学性能。为进一步提高圆凹坑织构的摩擦学性能,鉴于球凸织构能产生优异的动压效应,提出圆凹坑-球凸复合织构,使球凸在圆凹坑内产生二次动压来增强圆凹坑织构的减摩效果。为加工出圆凹坑-球凸复合织构,分析其激光铣削加工工艺,并研究复合织构在销-盘面接触下的摩擦磨损特性。结果表明,在变角度直线扫描路径,单脉冲能量23μJ和光斑间距2μm下激光能量分布较均匀,复合织构的加工误差较小。合适的球凸高度可大幅提高圆凹坑织构的摩擦学性能,在一定条件下,圆凹坑-球凸复合织构较圆凹坑织构平均摩擦系数下降41.0%。     

激光抛光表面形貌的误差复映规律

目的探究激光抛光工艺中的表面形貌误差复映规律。方法首先采用纳秒光纤激光对不锈钢表面进行标刻加工制备微结构,再通过纳秒光纤激光对预制微结构的表面进行抛光加工,通过超景深显微镜测量加工后的表面形貌,分析表面形貌随加工参数的变化规律。其中纳秒光纤激光波长为1064 nm,脉宽约200 ns,最大激光功率为20 W。进行标刻时,激光功率设置为18 W,激光脉冲频率为20 kHz,扫描速度500 mm/s,通过多次重复标刻在不锈钢表面标刻出一定深度的凹槽。采用低功率(6、4、2、1、0.2 W)的纳秒激光对预制的局部微结构进行激光抛光处理,抛光过程的扫描线间距设置为10μm,扫描速度设置为200 mm/s,对包含凹槽的2 mm×2 mm的区域进行两次抛光处理。结果经标刻加工的微凹槽周围存在较大的边缘凸起;激光抛光能够有效降低凹槽边缘凸起高度,选择合适的抛光参数可将凹槽边缘凸起高度降低到2μm以下。对于高度大于10μm的边缘凸起,在激光功率大于2 W时,抛光后的边缘凸起高度随激光功率的增大而线性减小;在激光功率小于2 W时,边缘凸起高度随激光功率变化不明显。对于高度小于10μm的边缘凸起,激光抛光存在抛光饱和的现象——凸起高度随激光功率密度变化不明显。结论已有微结构的不锈钢表面经激光抛光会形成残留微结构,从而表现出一定的形状复映规律。经抛光处理后的沟槽边缘凸起的高度随着所使用的激光能量密度的增大而减小,基本服从线性变化规律。     

牙轮钻头轴承表面织构三种加工方法对比分析

目的研究牙轮钻头轴承上润滑减磨的有效织构加工方法,从而进一步深入牙轮钻头轴承上仿生表面织构的研究。方法开展精密雕刻、纳秒激光和飞秒激光三种加工方式在牙轮钻头轴承上加工织构的实验,观察加工织构底部形貌,从织构加工尺寸、加工精度、加工对象三个方面对比分析三种织构加工方式的优缺点。结果精密雕刻技术可获得较规则的织构三维形貌,但不适用加工熔点高的材料,且仅适用于直径大于400?m的织构。纳秒激光由于金属熔融堆积效应,织构加工质量较差。飞秒激光技术的加工质量高且不受材料限制,能获得较好的织构轮廓,合理织构直径应小于300μm。结论为织构化牙轮钻头滑动轴承的加工方法提供依据。综合织构加工尺寸范围、加工对象和加工精度,飞秒激光加工技术在牙轮钻头轴承上具有良好的应用前景,精密雕刻技术仅在织构尺寸较大时可采用。     

激光选区熔化WC 12Co复合材料温度场模拟研究北大核心CSCD

为提高激光选区熔化WC 12Co硬质复合材料的成形质量,采用有限元仿真软件Ansys 2021R1对SLM成形WC 12Co硬质复合材料过程的温度场进行数值模拟仿真研究,研究成形温度场的温度分布和成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和基板预热温度)对温度场的影响,为优化WC 12Co硬质复合材料成形提供试验依据。结果表明:激光功率增大,成形区域温度增大,位置点3的峰值温度从3507.47℃增大至3837.52℃;激光扫描速度增大,成形区域温度降低,位置点5的峰值温度从3592℃下降至2897℃,峰值温度下降695℃;扫描间距的增加使各扫描区域的温度有所降低,位置点3的峰值温度从3330℃逐渐降低至3123℃。在同一成形工艺参数下,激光扫描前一路径对后一路径有预热作用,随着扫描路径的增加,成形区域的温度呈现逐渐上升趋势。基板预热至120℃能够提高熔池的内部温度,减小成形件之间的温度差异,缩小温度梯度差。当激光功率增大时,熔池的宽度和深度随之增大;当激光扫描速度增大时,熔池的宽度先增大后减小,熔池的深度线性反向减小;当扫描间距增大时,熔池的宽度和深度均减小。模拟获得的温度场仿真结论能够大致反映成形试样的表面质量和合金粉末的熔化状态随成形工艺参数变化的趋势。     

激光化学气相沉积(连载之一)

本讲座介绍了激光化学气相沉积的基本原理,较详细地讲述了制备金属薄膜、金刚石薄膜、类金刚石薄膜、氢化非晶硅薄膜、化合物半导体薄膜及绝缘体薄膜等所用的激光器、工艺参数以及薄膜的性能.     

激光化学气相沉积(连载之二)

介绍了激光化学气相沉积的基本原理,较详细地讲述了制备金属薄膜、金刚石薄膜、类金刚石薄膜、氢化非晶硅薄膜、化合物半导体薄膜及绝缘体薄膜等所用的激光器、工艺参数以及薄膜的性能.     

激光焊接的特性

激光焊接特性和激光焊接工艺有紧密的联系,掌握激光焊接特性、制定良好的激光焊接工艺过程才能够实现良好的焊接质量,因此研究激光焊接特性有很重要的意义。对光的波长和用途,特别是对激光的波长和用途作了较详细的说明。在激光焊接方面,以激光焊接热源—激光器,以及其输出特性—光束质量入手,来阐述不同种类的激光在不同输出功率下输出的光束质量的特性,结合实例对激光焊接的几大焊接特性以及激光焊接时容易出现的问题及解决方法进行了论述。阐述了激光焊接的发展前景。     

半导体与CO_2光斑模式下激光熔覆工艺

为了研究不同光斑模式的激光热源熔覆镍基合金效果的差异,分别采用矩形大光斑半导体激光与圆形小光斑CO_2激光在Q235低碳钢表面上进行镍基合金单道熔覆试验。通过相同条件下单道熔覆试验,对比分析不同光斑模式的激光获得的熔覆层尺寸、稀释率以及成形系数随激光功率及扫描速度的变化;还分析了矩形大光斑半导体激光热源与传统圆形小光斑CO_2激光热源的差异。结果表明,在相同工艺参数下,矩形大光斑半导体激光获得的熔覆层尺寸、稀释率及成形系数明显优于传统CO_2激光。     

激光热处理的现状及发展

作者从４个方面介绍了近的来我国激光热处理的现状及发展：（１）激光硬化;（２）激光熔覆;（３）激光合金化;（４）工程应用。     

航空铝合金材料的两种表面激光冲击加工技术的比较

简要介绍了航空金属材料的激光冲击强化技术和激光冲击成形技术，并从工艺参数、力学效应以及应用效能等方面进行了比较。铝合金材料经过激光加工处理后，能显著增加航空器关键零部件的表面残余压应力，提高疲劳抗力。此技术可应用到特殊材料的小曲率弯曲成形，很好地适应宇航工业的生产要求。     

KrF准分子激光精密加工K9光学玻璃的实验研究

采用波长248nm的KrF准分子激光器对K9光学玻璃的精密微细加工进行了研究，探讨了准分子激光与玻璃的相互作用机理。进行了表面切割和打扎实验，研究了激光加工的工艺参数及加工质量的变化规律，对加工后的工件表面形貌进行了分析。     

激光烧蚀机理研究进展

激光技术在当今世界正扮演着越来越重要的角色。本文回顾了在众多研究领域对激光烧蚀现象的研究成果,概述了激光武器的原理和特点,并对研究激光烧蚀机理的各种实验方法、理论模型及数值模拟进行了评论与总结。简述了目前在激光烧蚀机理研究中存在的问题及其发展前景。指出目前实验限于结果的规律性总结,要加强对烧蚀机理及其本质的深入探讨;针对不同烧蚀问题所建立的理论模型各不相同,需要提高理论模型的通用性;数值模拟所基于的理论陈旧,对有限元模拟时的边界条件处理不理想。此外,激光烧蚀也是激光推进中的障碍,利用学科交叉有望得到解决。