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。     

EH36钢激光清洗参数优化与表面性能评估

针对船舶舱内复杂空间材料表面除锈需求,利用脉冲光纤激光清洗平台开展了EH36船用钢板激光清洗工艺参数优化与清洗后材料表面性能实验研究。通过宏观、微观形貌观测与表面化学成分分析,并结合船舶行业除锈标准规范,建立了船用钢激光除锈质量评价准则,以此确定了材料激光除锈最佳工艺参数。在此基础上开展激光除锈后材料表面质量、显微硬度、粗糙度及综合力学性能测试评估。研究结果表明：在最佳除锈工艺参数(平均功率210 W、重复频率250 kHz、脉冲宽度300 ns、扫描速度4 000 mm/s)下,船用钢板表面质量达到Sa2.5等级,力学性能基本保持不变,能够满足船舶舱内复杂空间材料表面除锈工艺要求,在船舶修造材料表面除锈领域具有优良的适用性。     

纳秒脉冲激光清洗石化设备对清洗表面的影响

采用纳秒脉冲激光对石化设备普遍使用的20钢表面锈蚀层以及油污进行了激光清洗试验,通过正交实验法得到优化后的激光清洗工艺参数,在激光功率18 W,激光脉冲重复频率75kHz,扫描速度3 000mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面的锈蚀层;在激光功率20 W,激光脉冲重复频率75 kHz,扫描速度2 250 mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面附着的油污。分析了激光清洗前后材料表面形貌的变化,研究了激光清洗前后表面的显微硬度以及耐腐蚀性,结果表明：激光清洗可以在不改变材料的耐腐蚀性能的同时提升材料表面的显微硬度,从而达到理想的激光清洗效果。     

激光熔覆Ni35+11%wc熔覆层的组织及耐腐蚀研究

镍基合金熔覆层的耐腐蚀、耐磨性、硬度,是45钢零件表面技术改性的理想熔覆层。为节约45钢的成本,增加45钢零件使用寿命,研究了激光熔覆Ni35+11%wc熔覆层的组织及耐腐蚀性。采用Xrd、维氏硬度计,磨损实验,电化学腐蚀方式研究熔覆层的组织和性能。结果表明:熔覆层的主相为Fe2Ni7Si20、NiSi,与基体冶金结合良好。熔覆层的硬度值均在730 HV左右,自腐蚀电位是-0.833 V,自腐蚀电流密度是 0.981 A/m2,熔覆层tafel曲线正向偏移耐腐蚀性有所提高,熔覆层的磨擦系数低于基体。     

激光熔覆Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层的微观结构及性能

采用激光熔覆工艺在40Cr钢表面制备了Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层,利用带有能谱的扫描电子显微镜（SEM/EDS）、显微/维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站等对Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金微观结构进行分析并测试其硬度、耐磨性能、耐蚀性能。结果表明:Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金试样主要由涂层、热影响区及基体组成,涂层无气孔、裂纹等缺陷,与基体呈冶金结合;涂层主要由两种形貌的片状组织组成,晶粒排列紧密,晶粒表面分布着细小的粒子;涂层出现元素偏析,但程度较小;细晶强化、固溶强化、析出强化的共同作用使得Fe0.5NiCoCrCuTi涂层具有高硬度,表面最高硬度为857 HV,约为基体40Cr钢的3.3倍,高硬度及细小尺度析出物为涂层的耐磨性提供了保证;Fe0.5NiCoCrCuTi高熵合金涂层在3.5% NaCl和0.5 mol/L H2SO4溶液中的耐蚀性能优异,与304不锈钢相比,自腐蚀电流密度降低两三个数量级,自腐蚀电位分别正移0.230、0.161 V。     

扫描速度对300M钢熔覆C276涂层组织及性能的影响

为了提升300M超高强度钢表面的耐蚀性能,在300M钢表面通过激光熔覆技术制备出四组扫描速度分别为5 mm/s,8 mm/s,11 mm/s和14 mm/s的涂层试样,通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、EDS能谱仪、显微硬度仪、摩擦磨损机、电化学工作站仪器分别表征涂层的宏观形貌、显微组织、物相组成、元素分布、硬度性能、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。结果表明,300M钢熔覆C276后,涂层的耐蚀性和硬度都得到增强,但耐磨性能较原基体变差,涂层形貌受扫描速度的影响,扫描速度越大,平整度越趋于平整,且金属光泽也逐渐加深,同时在不同参数下的涂层物相种类未发生明显变化,主相均为Ni-Cr-Co-Mo,在扫描速度8 mm/s的参数下,涂层具有最高的硬度较基体提升约36.2%,同时也具有更佳的耐蚀性能与其他力学性能。     

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。     

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。     

激光除锈的研究与试验

本文简要介绍激光除锈的机理和利用CO_2激光器对船用钢板进行的除锈试验.利用激光去除钢铁材料表面的锈蚀,是一种新的除锈方法.采用这一方法不仅能有效地去除锈蚀,而且能使除锈后的表面强化并具有一定的防锈能力.     

40CrNiMoA钢表面激光淬火后的组织和性能

采用光纤激光器对卷取机卷筒主轴常用的40CrNiMoA钢进行了激光淬火实验,采用金相显微镜观察试样表面的显微组织,采用维氏硬度计测试相变硬化层的显微硬度,采用立式万能摩擦磨损试验机评估试样的摩擦磨损性能,采用体视显微镜观察试样截面的宏观组织及磨损形貌,采用电化学工作站测试试样的耐蚀性能。结果表明:40CrNiMoA钢经激光淬火后,表面会出现一层相变硬化层,其显微组织主要为细小的马氏体、少量的残留奥氏体以及部分弥散的碳化物;硬化层深度约为200μm,硬度值可达638.3~711.2HV,约为基体的2.6~2.8倍;平均摩擦因数为0.506,与基体相比下降了42.5%,磨损量为1.3mg,仅为基体的36.1%,其主要磨损机制为磨粒磨损;腐蚀电位为-0.497V,自腐蚀电流密度为2.16789×10^-9 A/cm2,与基体相比,腐蚀电位略有提高,而自腐蚀电流密度有所降低,耐腐蚀性能得到了较大提升。     

锈蚀表面的激光清洗及其元素组成分析

采用波长1064 nm高重频高能量激光清洗设备,研究了激光清洗碳钢表面锈蚀时工艺参数对除锈效果的影响,分析了激光清洗锈蚀表面、微区、线和点处的元素组成以及相对含量。结果发现:脉冲激光在优化参数下能将碳钢表面的锈蚀完全清洗干净,激光清洗锈蚀表面、微区、线和点处都没有发现氧元素的存在,表明脉冲激光不仅能将碳钢表面的锈蚀完全清洗干净,而且在激光清洗锈蚀过程中不会发生铁元素和氧元素的化学反应,生成氧化铁膜。     

激光功率对激光-MIG复合焊焊缝成型影响研究

为了研究激光功率对船舶钢激光-熔化极惰性气体复合焊焊缝成型的影响，采用不同激光功率在7mm AH36船舶钢板上进行对接工艺试验，并进行了微观组织观测和力学性能测试，通过理论分析和实验验证，取得了焊缝成型最佳的工艺参量、焊缝接头不同区域微观组织、力学性能等数据。结果表明，在激光功率为6kW、电流为220A、焊接速率为1.2m/min时焊接，焊缝成型最好，焊缝区组织为板条马氏体及少量铁素体，其抗拉强度为545MPa，力学性能符合国家标准和中国船级社材料与焊接规范要求。这对于船舶钢的激光复合焊接具有一定的指导意义。     

激光硬化和渗氮复合处理W9Mo3Cr4V高速钢组织与性能

采用激光硬化与渗氮复合表面改性技术,对W9Mo3Cr4V高速钢表面进行了强化处理。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电子探针、显微硬度计和摩擦磨损试验机,分别对复合处理试样的相组成、微观组织、成分、显微硬度和耐磨性进行了分析。研究结果表明,复合处理表面改性层主要是回火马氏体、残余奥氏体、Fe3N、Cr7C3、M2C型碳化物所构成。由于激光硬化的晶粒细化作用,以及大量位错、孪晶、空位等微观缺陷的产生,致使氮化层的深度得到明显提高。与单一的激光硬化和渗氮工艺相比,复合处理工艺有效地提高了高速钢的硬度和耐磨性能。     

盐溶液中20#钢激光渗碳、渗硅的研究

在盐溶液中 ,利用激光对 2 0 # 钢表面进行渗碳、渗硅和相变硬化相结合 ,实现了在对低碳钢表面化学渗碳、渗硅的同时 ,完成激光表面淬火处理。研究表明 ,2 0 # 钢在盐溶液中激光渗碳、渗硅后 ,可将材料表面的碳、硅含量增加 2倍 ;渗层具有一定厚度 ,主要由马氏体和贝氏体组成 ,试样表面的硬度提高到原试样的 2 5～ 3倍 ,耐磨性可达到处理前的 4～ 7 5倍。在浓度为 10 %的H2 SO4溶液中 ,静态腐蚀 2 4 0h后的实验表明 ,2 0 # 钢在经过激光渗硅化学热处理后 ,抗腐蚀能力可提高 4 0 %左右。     

激光堆焊单道Co基合金与WC混合粉末的性能研究

为了提高低碳钢表面的耐磨性能,采用CO2激光堆焊系统,将Co基合金与WC混合粉末（WC的质量分数为0~0.47）用单道堆焊于低碳钢表面。利用X射线衍射仪、能谱分析仪、扫描电子显微镜、激光显微镜、维氏硬度计和耐磨试验机对单道堆焊层的相结构、显微组织、维氏硬度、耐磨性和裂纹敏感性进行了比较分析。结果表明,这种堆焊方法的堆焊层均为亚共晶组织,且未分解WC弥散分散在Co基合金的基体上;堆焊层的维氏硬度均随WC含量的增加而增加。该方法具有较低的裂纹敏感性。     

激光在高速钢表面加工沟槽表面织构的实验研究

沟槽状表面织构广泛应用于机械密封、缸套活塞环等机械摩擦部件,其性能取决于加工后的几何参数,因此高效准确地加工出理想尺寸的织构显得尤为重要。运用不同的激光输出功率、重复频率和扫描速度在高速钢表面加工沟槽状表面织构,设计了三水平三因素的全面实验,系统研究了加工参数与沟槽织构几何参数的关系。结果显示:随着激光重复频率的增加,沟槽织构深度和宽度均呈现先略微增大后减小的趋势。扫描速度增大使沟槽织构深度先增加后减小,而宽度均随着扫描速度的增大而变大。方差分析表明:较之激光输出功率,激光扫描速度、重复频率及其交互作用对织构加工深度和宽度的影响更显著。输出功率在10~14 W之间、重复频率在20~30 kHz之间、扫描速度1000 mm/s左右时,加工高速钢表面沟槽织构的质量较好。同时,压痕实验证明,在织构边缘区域硬度明显增加。     

飞机蒙皮的激光除漆技术研究

激光清洗在再制造行业、微机电系统（MEMS）和超精密加工行业具有重要的应用前景,飞机蒙皮激光脱漆技术是激光清洗技术中的一个重要分支。利用10.6 m的高重复频率CO2激光器对飞机蒙皮（LY12铝合金板材）上的90 m厚的双层复合油漆层进行去除。研究结果表明,通过选择合适的扫描间距、激光功率密度及扫描次数,成功地将飞机蒙皮表面的两层油漆层完全去除,通过对比试验测试飞机蒙皮在激光除漆前后的抗拉强度、屈服强度、维氏硬度以及粗糙度等力学性能,发现激光除漆未损伤基底且未改变其力学性能。该种除漆方式较传统除漆方式具有环保无接触、效率高、参数可控以及维护成本低等优点,为在其他领域应用开拓新的方向。     

42CrMo钢激光熔凝组织及力学性能研究

42CrMo钢因具有良好的淬透性、强度以及韧性,被广泛应用于拉矫辊制造中,但是这种材料的耐蚀性、耐磨损性及耐疲劳性还不够理想,限制了拉矫辊连续工作能力。为进一步提高拉矫辊基材强度和耐磨损性能,利用激光熔凝技术对调质后42CrMo钢进行了激光强化工艺研究。采用光学显微镜、金相显微镜、显微硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对42CrMo钢激光熔凝后的显微组织、相结构、强度及摩擦磨损性能进行了分析,研究了激光功率、扫描速度对熔凝层性能的影响规律。结果表明:工艺参数对熔凝区力学性能影响较大,激光功率显著影响熔凝层的深度,扫描速度影响表面成形质量;调质后42CrMo钢基体组织主要为回火马氏体+残余奥氏体,经过激光熔凝后,基体组织发生转变,马氏体含量显著提高。     

激光表面重熔300M超高强度钢的组织及腐蚀行为

采用光纤激光器对300M超高强度钢进行激光表面重熔处理,分析了不同激光功率和扫描速率下重熔表面的显微组织、硬度以及电化学腐蚀行为。结果表明:表面重熔区域的显微组织主要由马氏体以及残余奥氏体组成;扫描速率越大,显微硬度越高,显微硬度的均值约为704HV;激光重熔后,材料表面的自腐蚀电位正移,腐蚀电流密度下降;在激光功率为300W和扫描速率为33mm/s条件下得到的重熔层的耐蚀性最好。     

提高2Cr13钢汽轮机末级叶片耐蚀性能的研究

对汽轮机未级叶片进气边分别进行了激光直接重熔和激光馆敷镍基会金处理。经组织形貌观察，物相分析及阳极极化曲线测定，结果表明，激光处理后组织细致，硬度提高，耐蚀性也比处理前提高。其中熔敷镍基G112合金的耐蚀性提高特别显著，若激光处理参数恰当，三者比较，徐敷镍基WC105合金更易钝化，耐蚀性最好。