激光熔覆制备钛基耐磨功能梯度材料

以Ti, 陶瓷粉末和镍基自熔合金粉末按一定比例配置的混合粉末作为预置合金涂层，采用CO2气体激光进行多层熔覆，在Ti600合金表面制备出摩擦磨损性能沿厚度方向呈梯度变化的钛基功能梯度材料(FGM)。利用扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观组织和成份。结果表明，采用合适的合金粉末成份和激光熔覆工艺参数，可以获得原位自生TiC增强颗粒弥散分布且其含量呈梯度变化的钛基功能梯度材料。熔覆层组织均匀细密，各熔覆层之间无明显界限，且与基体呈良好冶金结合。     

钛基梯度功能耐磨涂层激光制备

为改进钛合金的耐磨性能,开发在高温环境、大温度落差条件下使用具有热应力缓和功能的新型涂层,应用激光技术在钛合金表面制备了钛基梯度功能耐磨涂层,分析了梯度层宏观形貌和微观组织,并测试了各主要元素梯度变化规律.结果表明,梯度层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合线区宽度10～20μm.随着氧化铬含量的改变,各梯度层微观组织均发生变化.各层之间过渡缓和自然,平行间距均为0.3mm.第一层以等轴晶为主,第二层绝大多数为细化的球状、块状颗粒和少部分树枝状晶粒,第三层以枝晶为主.各元素SEM线扫描分布规律和理论设定规律总体趋势一致,符合梯度规律变化的理论要求.     

功能梯度薄膜的脉冲激光沉积研究进展

介绍了功能梯度薄膜材料的特点和应用 ;比较了功能梯度薄膜常用制备方法 ;概括了功能梯度薄膜制备中的掺杂技术并给出了脉冲激光沉积功能梯度薄膜的模型 ;论述了脉冲激光沉积技术在制备功能梯度薄膜材料方面的应用与最新进展     

激光沉积制备316L-IN625梯度材料的组织与力学性能

采用激光沉积工艺制备了材料成分呈梯度变化的316L-IN625梯度材料,通过扫描电镜观察、X射线衍射、拉伸测试等分析技术研究了梯度材料不同区域的显微组织形态,以及连接试样、梯度试样的力学性能。结果表明：梯度材料不同区域的显微组织随着316L成分的减少依次呈现为胞状枝晶、柱状晶、粗糙枝晶与近等轴晶;与连接试样相比,316L-IN625梯度试样的屈服强度(σ_0.2)升高至289 MPa,但由于高的热应力与脆性析出相的存在,其抗拉强度与延展性均有所降低;脆性析出相随着拉伸应力的增大发生不均匀的塑性变形,导致梯度试样发生脆性解离。IN625合金的固溶强化与析出强化,使得316L-IN625梯度材料的显微硬度沿沉积建造方向逐渐升高。     

激光熔覆制备梯度功能涂层的研究现状

介绍了激光熔覆技术的特点及其在材料表面改性中的应用概况,回顾了利用激光熔覆技术制备梯度功能涂层的国内外研究现状。经分析认为,外加强化相与基材热物性差别大是导致涂层开裂失效的主要因素。利用原位合成和基于快速原型的激光直接制造技术制备梯度功能表层或构件是将来的发展方向。     

激光加热在Al2O3/Ti系梯度功能材料制备过程中的作用及机理

梯度功能材料是一种界面连续化的新型复合材料,本文研究了激光加热在合成Al2O3/Ti系梯度功能材料过程中的作用和机理,同时用激光大光斑加热方法制备出直径11mm厚度3mm完整的FGM试样并加以分析,以及首次采用在试样中埋设微细热电偶成功地测出了激光加热造成的温度梯度分布。     

激光熔覆钛基梯度功能涂层组织和性能研究

为了改进钛合金的耐磨性能,开发在高温环境、大温度落差条件下使用的具有热应力缓和功能的新型涂层,应用Nd:YAG激光在钛合金表面制备了钛基梯度功能耐磨涂层,观察了微观组织,分析了生成相,测量了梯度功能耐磨涂层、非梯度功能耐磨涂层和Ti600基体在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明,原位合成的TiC球状增强相弥散均匀分布在梯度功能耐磨涂层中,主要呈3种不同的形态,即粗大的或不完整的树枝晶、相对较为细小的等轴晶或近似等轴晶和细小短纤维状;梯度功能耐磨涂层和非梯度功能耐磨涂层表现出较优异的耐磨性能,摩擦系数和磨损率显著降低,平均是Ti600基体的0.3倍~0.5倍。     

航天飞机和梯度功能材料

本文从航天飞机谈起，简要介绍了“梯度功能材料”的基本概念及其在信息技术领域的应用。     

超声辅助钛合金激光沉积成形试验研究

借鉴超声振动在铸造、焊接、熔覆等领域中的作用,将超声振动引入钛合金激光沉积成形系统中,利用超声作用细化晶粒,均匀组织成分,减小试件的残余应力,从而解决成形件变形开裂的难题。针对成形系统的结构特点,搭建了超声振动系统,进行了超声振动辅助钛合金沉积成形试验。通过观察沉积试件的微观组织和对试件残余应力的测试,发现超声振动使试件熔覆层中的晶粒得到细化,使功能梯度材料试件中的TiC硬质相弥散均匀;并且能够减小试件的残余应力。测试结果表明超声空化或机械效应可以打碎由初生枝晶交错连接形成的固态结晶网,从而细化了晶粒,同时使继续结晶时熔体得到补充,减小了枝晶间产生的拉应力;另外超声波在熔池中的搅拌声流将使硬质相运动到熔池各处,使之分布更为均匀,在一定程度上减少了相与相之间凝固收缩应力的不同而产生的凝固应力。     

激光熔注WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层形成机制

采用激光熔注(LMI)技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料(MMC)层,对其形成机制进行了研究.研究结果表明,WC颗粒在复合材料层中的分布与其初始速度v0、穿越熔池表面最小临界速度vmin以及熔池粘度η有关.由于WC陶瓷颗粒密度大,在激光熔注过程中具有较高的动能,熔池粘度不再是决定梯度复合材料层形成的关键因素.对于WC/Ti材料体系,熔池凝固前沿是形成WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层的重要因素,复合材料层不同深度范围内WC颗粒的数量由这一深度熔池凝同前沿长度所决定.WC颗粒注入位置对其在复合材料层中的分布有很大影响.在WC颗粒由熔池后部"拖尾"注入的情况下,该区域熔池深度较浅,WC颗粒遇到的熔池凝固前沿位于较高的位置,大多数WC颗粒被"冻结"在复合材料层的上部,进而形成了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层.     

激光化学气相沉积法制备TiO2薄膜

利用激光化学气相沉积(LCVD)方法,以钛金属有机化合物为前驱体,以O2为反应气体,在激光功率PL为0～200 w、基板预热温度为400～700℃的条件下,制备出了金红石型TiO2薄膜和金红石型与锐钛矿型混合TiO2薄膜.研究表明,激光功率和基板预热温度对所沉积的TiO2薄膜的物相组成、截面组织,表面形貌和薄膜生长速度均有着显著的影响.     

基于VC＋＋的激光金属沉积成形过程温度采集

为了深入了解并控制成形过程中的温度分布,给出了激光金属沉积成形温度测量和采集系统的硬件组成似及标准串口通信软件设计流程图,通过在基材中预埋热电偶的方法,基于VC＋＋,利用RS-232／RS-485和Win32API函数实现了对激光金属沉积成形过程的温度采集。结果表明,通过该系统可以得到成形过程中基板内特定点的温度变化曲线,反映了成形过程成形零件的温度分布规律,从而为数值模拟提供边界条件和实验验证,具有一定的实际运用价值。     

TC11钛合金零件的激光熔化沉积修复研究

结合飞机起动机钛合金叶轮的修复需要,研究了Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr-0.23Si(TC11)钛合金激光熔化沉积修复工艺及界面的组织与力学性能。结果表明,激光熔化沉积TC11钛合金及界面重熔区具有典型的魏氏组织特征,基体热影响区组织逐渐由魏氏组织向双态组织过渡;激光熔化沉积TC11钛合金的抗拉强度高于界面过渡区及基体,而塑性稍低于基体。通过采用逐点熔化沉积的方法对叶轮受损叶片进行了修复,经加工检验后通过了超转试验考核,实现了装机应用。     

基于Logistic回归模型的钛合金件激光直接成形工艺参数分析

如果使用激光金属直接成形方法制备金属零件时,能够通过最优的工艺参数来有效地控制金属成形件内部的不同区域及成形件与基板间的温度梯度和能量分布,使成形件内部产生缺陷的几率减小,会极大地提升成形件的力学性能。针对激光金属直接成形方法制备金属零件内部是否存在缺陷的二分类问题,通过使用正交旋转实验设计的方法进行工艺实验,得到不同参数下的钛合金激光金属直接成形试样是否存在内部缺陷情况。对实验结果进行Logistic回归建模,使用Logistic回归模型计算的工艺参数进行验证实验,样件内部未发现内部缺陷,说明Logistic回归模型结果与实际结果有较高的一致性。Logistic回归模型对激光金属直接成形工艺参数的选择具有积极的指导意义。     

激光沉积修复TA15钛合金热应力的数值模拟

根据激光沉积修复的热传导特点, 利用有限元法中的生死单元技术, 建立了激光沉积修复TA15钛合金的过程模型, 采用参数化设计语言编程实现对多道多层激光沉积修复过程三维热应力场的数值模拟。研究了不同功率、不同扫描速度下以及对修复基体预热后热应力的动态分布规律, 并对热应力变化的原因进行了分析。结果表明, 随着激光功率的减小、扫描速度的增大热应力呈减小趋势, 对修复基体预先加热, 可以有效调控热应力的产生和演化, 为降低激光沉积修复过程中的热应力, 提高修复质量提供理论依据。     

激光金属沉积成形基板预热的研究

为了降低激光金属沉积成形过程中试样和基板间的温度梯度,减小和抑制成形过程的热应力,提高试样的成形质量,提出并设计了一种用于激光金属沉积成形的基板预热系统。该系统由基板预热器、智能比例微分积分控制器以及计算机串口温度采集反馈控制等3部分组成。利用自行研制的激光金属沉积成形设备和基板预热系统进行了成形实验。实验结果表明,基板预热可以改善试样的成形质量,降低成形过程的热应力。     

Pulsed Laser Deposition of Photoresponsive Two‐Dimensional GaSe Nanosheet Networks

Synthesis of functional metal chalcogenide (GaSe) nanosheet networks by stoichiometric transfer of laser‐vaporized material from bulk GaSe targets is presented. Uniform coverage of interconnected, crystalline, and photoresponsive GaSe nanosheets in both in‐plane and out‐of‐plane orientations are achieved under different ablation conditions. The propagation of the laser‐vaporized material is characterized by in situ ICCD‐imaging. High (1 Torr) Ar background gas pressure is found to be crucial for the stoichiometric growth of GaSe nanosheet networks. Individual 1–3 layer GaSe triangular nanosheets of ≈200 nm domain size are formed within 30 laser pulses, coalescing to form nanosheet networks in as few as 100 laser pulses. The thickness of the deposited networks increases linearly with pulse number, adding layers in a two‐dimensional (2D) growth mode. GaSe nanosheet networks show p‐type semiconducting characteristics with mobilities reaching as high as 0.1 cm²V^?1s^?1. Spectrally‐resolved photoresponsivities and external quantum efficiencies range from 0.4 AW^?1 and 100% at 700 nm, to 1.4 AW^?1 and 600% at 240 nm, respectively. Pulsed laser deposition under these conditions appears to provide a versatile and rapid approach to stoichiometrically transfer and deposit functional networks of 2D nanosheets with digital thickness control and uniformity for a variety of applications.