TC4微织构表面液滴撞击特性实验研究

为了探究不同扫描速度下激光刻蚀钛合金微织构超疏水表面的液滴撞击特性,在工业用材TC4(Ti 6Al4V)表面进行一步成型激光刻蚀后,利用扫描电子显微镜和共聚焦电子显微镜对表面形貌进行观测,利用接触角测量仪测量表面的润湿性,利用高速摄像机实验平台捕捉液滴撞击过程。结果表明,受表面微织构和表面化学性能的共同影响,扫描速度为200mm·s-1的工况下,表面的疏水性能最佳;疏水性能好的表面由于黏性耗散低,液滴的最大铺展系数较大。     

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。     

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。     

激光织构40Cr钢油润滑摩擦磨损性能试验

采用纳秒激光在40Cr材料表面上制备不同面积密度的正弦织构表面,然后在常温和油润滑条件下,在CFT-I型摩擦机上对织构表面进行摩擦磨损性能测试,同时结合有限元分析,研究正弦织构面积密度对摩擦磨损性能的影响。结果表明,油润滑条件下存在最优的织构面积密度能有效地产生局部动压效应,增加试样耐磨性,从而显著改善摩擦磨损性能,其中面积密度为25%的正弦织构(宽深比为2.322)具有最优的摩擦性能,与无织构试样相比,其摩擦系数降低了20.4%。     

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。     

烧结方法对MoS2填充激光凹坑织构表面摩擦磨损性能的影响

在45钢试件表面激光加工出凹坑织构,并且采用常压、保压烧结方法制备出MoS2填充凹坑织构试件.通过销盘式摩擦磨损实验对比了两种试件表面的摩擦磨损性能,观察了填充表面、磨损表面、对摩球表面,测量了 MoS2的脱落面积、磨痕截面面积及对摩球磨损体积.实验结果表明,与常压烧结方法相比,保压烧结方法使试件表面的未填充率降低了 ...     

TC4钛合金板激光冲击成形实验研究

首次对TC4钛合金板进行了激光冲击成形实验研究,实现了TC4板的激光冲击成形。并利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了冲击成形后试样组织结构和表层硬度的变化。实验结果表明激光冲击成形技术不但可以实现对TC4钛合金板的成形,而且还可以提高了TC4钛合金板的物理和力学性能。最后通过与SUS304不锈钢成形效果的比较,说明了TC4钛合金比SUS304不锈钢更难成形。     

激光淬火对钛合金微动磨损性能影响的研究

研究了激光淬火对钛合金微动磨损性能的影响。结果表明：钛合金激光淬火后抗微动磨损能力有所提高,其提高幅度与微动幅度的大小和法向载荷的高低有关,在较大微动幅度或较高法向载荷的条件下,激光淬火可显著地提高钛合金抗微动磨损能力。     

机器人光纤激光焊接TC4钛合金的工艺研究

采用机器人光纤激光焊接系统,进行了厚度为1.8 mm幅面为100 mm×200 mm的TC4钛合金激光焊接试验。为确保焊缝的质量,设计了一套气路保护装置。研究了激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体流量等参数对焊接质量的影响,获得了优化焊接工艺参数:激光功率850~900 W、焊接速度0.7~0.9 m/min、离焦量-0.8~-0.5 mm。     

飞秒激光织构钛合金表面形貌及润湿性研究

通过改变飞秒激光的能量密度和扫描次数,分别采用90°和60°两种激光交叉线扫描方式,在钛合金表面制备了一系列方形和菱形微结构,系统地研究了飞秒激光参数对表面形貌和润湿性的影响。利用X射线光电子能谱测量分析了激光织构前后的表面化学成分变化。结果表明：表面结构的轮廓形貌更加依赖于激光的能量密度,而扫描次数主要影响结构的特征尺寸。不同的飞秒激光参数下获得的织构钛合金表面表现出不同程度的亲水性提升。较高的激光能量密度和扫描次数有利于增大钛合金表面的粗糙度,同时导致大量的金属氧化物富集,从而促进了液滴的浸润。     

SLM成形TC4钛合金高温拉伸力学性能及断裂机制分析

研究了选区激光熔化(SLM)成形TC4钛合金室温拉伸及高温拉伸力学性能和微观组织,以及高温拉伸断口形貌和气孔形成原因.结果表明:SLM成形TC4钛合金沉积态试样性能呈现强度高而塑性低的特点;经过800℃、4 h真空退火处理后,室温拉伸力学性能达到同牌号锻件水平.在400℃、500℃和600℃高温拉伸条件下,沉积态试样高...     

激光清洗工艺参数对TC4钛合金表面除漆的影响

采用脉冲光纤激光器对TC4钛合金表面的环氧锌黄漆层进行了激光清洗试验,研究了激光能量密度和激光清洗速度对清洗效果的影响规律,分析了试样清洗后的表面形貌、表面粗糙度以及物相组成,并测量了清洗后基材表面的维氏硬度。研究结果表明,清洗效果随着激光能量密度的增加或清洗速度的减小而逐渐变好;当激光能量密度为4.00 J/cm²、清洗速度为3 mm/s时,清洗后基材表面的物相成分只有Ti和Ti₆O,没有CaCO₃,说明在此工艺参数下漆层已经完全被去除。彻底去除漆层后的钛合金的表面粗糙度与原始基材表面粗糙度相近,粗糙度为S_a=2.082μm。清洗后TC4钛合金试样表面的维氏硬度平均值为368.74 HV,相比原始硬度约提高了7.4%。研究结果表明,通过合理选择工艺参数,可以有效去除钛合金表面漆层,并获得较好的表面形貌,同时能提升其表面平均硬度。     

激光重熔对TC4钛合金表面激光原位熔覆层微观组织与性能的影响

为了进一步提高激光原位熔覆层的质量,利用激光重熔方法对TC4钛合金表面激光原位熔覆层进行了处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别对比研究了熔层的显微组织、相分布和显微硬度。结果表明,适当工艺参数的激光重熔处理可以消除位于原位熔覆层底部的大气孔,可以使熔层中的陶瓷相分布更均匀,从而提高熔层的组织致密性;激光重熔处理后熔层硬度值的梯度变化减弱,熔层的平均显微硬度与质量的稳定性均得到提高。     

增材制造TC4钛合金在激光抛光前后的电化学腐蚀性能

对表面已进行喷砂处理的增材制造TC4钛合金在氩气环境下进行激光抛光实验,通过极化曲线测试研究了抛光前、后钛合金的耐蚀性,并结合表面粗糙度、晶粒尺寸、表面残余应力以及显微组织分析了激光抛光对TC4钛合金耐蚀性的影响。研究结果表明:抛光钛合金的自腐蚀电位与自腐蚀电流密度均大于未抛光钛合金,说明抛光钛合金相比于原始钛合金的被腐蚀倾向更小,但其一旦受到腐蚀,腐蚀速率会略大于原始钛合金。自腐蚀电位的升高源于钛合金表面粗糙度的降低,自腐蚀电流密度的增大则是因为表面晶粒的细化以及残余拉应力的存在。     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层的组织和摩擦磨损性能

在Ti-6Al-4V合金表面激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层,利用扫描电镜和透射电镜分析了熔覆层的微观组织,测试了熔覆层在大气和真空(P=10~(-5)Pa)环境中的摩擦磨损性能。结果表明,熔覆层的组织是在γ-Ni树枝晶和γ-Ni+M_(23)(CB)_6共晶的基体上弥散地分布着未熔TiC颗粒和液析TiC。未熔TiC颗粒与基体γ-Ni之间具有外延生长的结合界面,液析TiC与基体γ-Ni结合界面干净、光滑。熔覆层在大气环境中的摩擦系数在0.3～0.4之间,磨损率比Ti-6Al-4V合金降低约一个数量级,在真空环境中的摩擦系数在0.4～0.5之间,磨损率比Ti-6Al-4V合金降低约一倍。     

TC4钛合金激光冲击强化塑性变形流动规律研究

以TC4钛合金为研究对象,采用数值模拟与试验相结合的方式,研究了激光冲击TC4钛合金表面金属塑性变形和体积流动规律,分析了塑性变形驱动金属表层体积流动、应力重构、晶粒细化的机制。研究结果表明：激光冲击塑性变形使得光斑中心区域材料向着边缘及材料内部流动。整体塑性变形体积数值计算结果显示：当功率密度为1.58、2.25、3.02 GW/cm²时,表面凹坑体积大致等于内部正向变形体积与表面环状凸起体积之和,在无相变体积改变的情况下,试件整体塑性变形符合体积不变定律;不同激光功率密度作用下的表面残余应力分布与表面塑性变形分布规律大致相同,存在对应关系;表面凹坑变形、环状凸起变形、内部凸起变形各区域粒径尺寸分别为99、108、136 nm,晶粒细化程度在表面凹坑区、环状凸起变形区域、内部正向变形区域依次递减。此外,光斑边缘出现的微凸起变形在受到搭接激光冲击作用后,再次发生塑性变形,微凸起变形在冲击载荷方向被压回,向着材料内部流动;凹坑表面各光斑边缘处依旧存在较小的微凸起变形。     

TC4钛合金表面激光熔覆C与BN粉末原位生成复合涂层

将高纯度的C,BN机械混合粉末预涂在TC4钛合金表面,采用5 kW横流CO2激光器进行激光熔覆,原位生成高硬度复合涂层。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能量弥散X射线探测器(EDXs)等观察和分析熔覆层的微观组织和成分,测试了熔覆层的硬度。结果表明,以C,BN机械混合粉末为原料,利用激光熔覆原位生成技术生成了树枝晶状的复合熔覆层,熔覆层与基体冶金结合。熔覆层显微硬度值最高可达1454 HV0.5,显著地提高了TC4合金的硬度。     

激光温喷丸TC4钛合金的阻尼特性研究

在不同表面温度下对TC4钛合金试样进行激光温喷丸实验, 使用频率响应法测试TC4钛合金试样的一阶弯曲振动共振频率和阻尼比, 测定了喷丸区域半高宽值(FWHM), 研究在不同试样表面温度下激光喷丸对TC4钛合金阻尼特性的影响, 分析激光温喷丸中试样表面温度与最终一阶弯曲振动阻尼比的关系, 讨论了不同试样表面温度对试样阻尼性能的影响机制。结果表明: 在进行激光温喷丸时, 试样在动态应变时效温度下形成的高密度位错对阻尼特性有重要影响, 随着试样表面温度的上升, 试样处理后的一阶弯曲振动阻尼比不断升高, 在表面温度达到350 ℃时试样最终处理后阻尼比达到最大值; 与激光喷丸技术相比, TC4试件的阻尼比从2.1%提升到了3.2%, 表明了激光温喷丸可以有效减小振动工况下的振动应力。     

激光修复TC4钛合金锻件的工艺和性能稳定性研究

航空用结构锻件加工过程中容易出现"断刀"和内部冶金缺陷暴露这两类情况,通过提炼生产实践中出现的各类缺陷特征,把误加工损伤缺陷归纳为槽缺陷、面缺陷和体缺陷三种典型损伤形式。采用激光修复技术,以TC4钛合金结构锻件为基材,以TC4钛合金粉末为熔覆材料,制备了槽、面、体三种修复试样。同一工艺参数同一缺陷类型条件下,每组试样的显微组织相似,无明显变化。随着有效热输入的增加,热影响区的深度增加,其宽度在0.3～0.74 mm之间。考察了不同工艺参数下激光修复区的外形尺寸(激光修复区的高度和宽度),结果表明在一定参数范围内修复区的几何尺寸稳定性好。采用统计学原理对拉伸性能测试结果进行了数据分析,结果表明拉伸性能以95%的置信度,99%存活率的估计与真值的相对误差不超过±5%,力学性能稳定。