激光表面微织构调控镁合金的润湿性及抗盐雾腐蚀研究

镁合金具有比强度高、可加工性好等优势，但其耐蚀性欠佳，成为阻碍其进一步推广应用的瓶颈。采用纳秒激光在AZ91D镁合金表面进行微织构加工，并辅以低温热处理，获得了不同润湿性的表面。通过表征不同润湿性镁合金的表面形貌和成分、静态接触角以及耐蚀性，研究了镁合金表面激光调控润湿性的方法以及镁合金耐蚀性提高的机理。实验结果表明：激光加工和后续的低温热处理促使表面的C元素含量升高；表面形貌和表面C元素可以协同调控表面的润湿性；激光加工可以促使镁合金表面形成氧化膜，有助于提升镁合金的抗盐雾腐蚀能力；亲水性微织构表面的耐蚀性优于原始表面；超疏水Cassie表面具有优异的抗盐雾腐蚀性能，这是由于盐雾液滴在其表面的停留时间短。     

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。     

激光熔覆处理对2Cr13钢腐蚀疲劳寿命的影响

测定了２Ｃｒ１３钢及其激光熔覆试样在３．５％ＮａＣｌ（ＰＨ＝７）水溶液中频率为５０Ｈｚ时的腐蚀疲劳寿命曲线，研究了其腐蚀疲劳断裂行为特征。结果表明，激光熔覆试样的腐蚀疲劳裂纹起源于２Ｃｒ１３钢基材表面蚀坑。由于激光合金层抑制了腐蚀疲劳裂纹的萌生，使其腐蚀疲劳寿命明显高于２Ｃｒ１３钢。该结果为激光熔覆技术的应用开辟了新的道路。     

激光辐照下GaAs表面腐蚀液滴自然浸润过程及其边缘刻蚀特性

研究了激光辐照下GaAs表面酸性腐蚀液滴的浸润及其腐蚀特性,实验获得了激光辐照下H2SO4-H2O2液滴在GaAs表面的浸润过程以及液滴边缘方位、晶体取向等差异对GaAs半导体表面刻蚀效果的影响,得到了有价值的结论.实验结果表明,腐蚀液液滴在GaAs表面随着时间向外扩散,腐蚀现象由中心向四周逐渐减弱,并在边缘部分出现不完全腐蚀现象;通过对同一液滴的不同位置的边缘进行观察发现液滴边缘的腐蚀图样不完全相同,由于晶体的各向异性使腐蚀图样具有明显的方向性,此结论对半导体器件的加工工艺起着重要的理论补充作用.     

激光化学液相次序选择腐蚀新方法

提出了一种激光诱导液相腐蚀新方法———次序选择腐蚀法。次序选择腐蚀是指在激光化学液相腐蚀中,腐蚀溶剂不是混合后同时作用于基片,而是按照溶剂的性能,分先后对基片进行腐蚀。实质上是采用微处理(表面处理)再进行混合液相激光辅助下的腐蚀。理论分析和实验结果都表明,与国内外研究普遍采用的混合溶剂腐蚀法相比,次序选择腐蚀可以有效地提高腐蚀表面的均匀性;因先采用H2O2对基片进行化学腐蚀处理,大大缩短了激光化学腐蚀的时间;利用溶剂分开,降低了激光化学腐蚀对混合溶剂精确配比的要求,使激光化学腐蚀控制和分析更加简单。这种方法可以克服常规方法的诸多弊端,提高腐蚀性能,在特殊结构光电器件和光电集成中具有广泛的应用前景。     

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。     

激光冲击处理对AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的影响

为了研究激光冲击处理对镁合金焊接件应力腐蚀性能的影响,采用激光波长1064nm,脉冲宽度15ns,脉冲能量4J,光斑直径3mm的钕玻璃脉冲激光器,对AZ31B镁合金交流氩弧焊接件表面进行冲击处理。室温下采用三点加载的方式,在去离子水中对试样进行应力腐蚀实验。利用光学显微镜和透射电镜观测激光冲击试样微观结构,利用扫描电镜观测应力腐蚀断口。实验结果表明:根据优化的激光参数,能在试样表面制得纳米结构表层,样品表面纳米晶粒大小为35nm左右;激光冲击处理改变了试样表面的应力状态,由残余拉应力60MPa转变为残余压应力-125MPa;激光冲击处理后自腐蚀电位增大88mV,腐蚀电流减小了73.4%,从而降低试样腐蚀倾向;未激光冲击的试样在浸没了192h后出现应力腐蚀开裂,而激光冲击的试样在浸没了10个月后未出现裂纹,这表明激光冲击处理能够提高AZ31B镁合金焊接件抗应力腐蚀的能力。     

铁基SiN表面陶瓷的结构及耐酸性腐蚀行为

研究了铁基表面镀硅（～５０ｎｍ 厚）经氮离子束处理（能量为 ４０ｋｅ Ｖ,剂量分别为５×１０１６,１×１０１７,５×１０１７ｃｍ － ２）后的表面结构和在 １ Ｎ Ｈ２ Ｓ Ｏ４ 水溶液中的腐蚀行为。 Ｔ Ｅ Ｍ 证明,各试样表面均存在一完整的非晶层;电化学测量和失重实验表明,试样的失重量与浸泡时间满足幂函数规律;经表面处理过的试样,腐蚀电位提高了 ３０～４０ｍ Ｖ,腐蚀电流密度下降了 ４～６ 倍;耐腐蚀性随氮离子剂量的增大而不断提高。文章还结合腐蚀表面的粗糙度（分形维数）讨论了离子注入对表面结构和耐蚀性的影响。     

基于激光熔覆的采煤机高速轴耐蚀性能研究

矿井下采煤机的高速轴长期在恶劣环境中运行,常发生严重腐蚀和磨损现象,深入研究基于激光熔覆的采煤机高速轴耐蚀性能,寻求一种更有效的采煤机高速轴耐蚀性增强方法。在分析不同激光器性能优势、激光熔覆材料组成结构以及激光熔覆工艺差异基础上,通过采煤机高速轴表面预处理、粉层预置、涂层制备、物相分析和耐蚀性能测试试验分析采煤机高速轴耐蚀性,利用硫酸溶液浸泡测试、显微硬度仪和摩擦磨损试验机测试采煤机高速轴的腐蚀速率、硬度和磨损量,实现对采煤机高速轴耐蚀性准确研究。研究结果表明,激光熔覆处理后,采煤机高速轴的腐蚀速率、硬度和磨损量测试结果均优于电镀法和阴极保护法,说明激光熔覆方法可提升采煤机高速轴的耐蚀性能。     

激光熔覆对铝合金疲劳性能的影响

对模拟腐蚀损伤的铝合金试样表面进行了激光熔覆填充处理,分析了激光熔覆层的显微组织,并对熔覆试样和基材试样进行了疲劳寿命对比实验。结果表明,表面激光熔覆会显著降低材料的疲劳性能,在99%可靠度的前提下,熔覆试样的安全寿命比基材试样有所降低。其主要影响因素有熔覆层底部的枝晶、重熔区内的缺陷和熔覆层内的拉应力。经过表面机械冲击后,疲劳性能得到显著提高,提高幅度为244%,疲劳断口形貌表明,熔覆层有明显的疲劳特征。     

碳纳米管对Ni60激光熔覆层的耐蚀性影响

利用自动送粉激光熔覆技术,在A3钢表面进行了Ni60合金添加碳纳米管的激光熔覆实验,采用静态浸泡法对相同工艺条件下获得的纯Ni60熔覆层和碳纳米管/镍基熔覆层的耐腐蚀性进行研究,在光学显微镜下观察样品表面腐蚀形貌,并对碳纳米管/镍基熔覆层的腐蚀机理进行了分析.结果表明:当碳纳米管的含量为0.3 wt%时,碳纳米管/镍基激光熔覆层的耐腐蚀性能最好,与纯Ni60激光熔覆层相比,耐腐蚀性提高1倍多.碳纳米管/镍基激光熔覆层耐腐蚀的原因在于熔覆层保留的碳纳米管使熔覆层更加致密,隔离了腐蚀介质,促进了镍基合金的钝化,从而提高了熔覆层的耐蚀性;同时,熔覆层中保留下来的碳纳米管和被分解的碳纳米管与金属基体形成碳化物,作为增强相均匀弥散在熔覆层中,它们的存在阻止了腐蚀坑的长大,因而蚀坑较小,耐腐蚀性得到提高.     

铝硅合金激光熔凝处理后的电化学腐蚀现象

利用２ｋＷＣＯ２激光器对不同合Ｓｉ量的ＡＩ－Ｓｉ合金进行了搭接扫描熔凝处理，通过ＳＥＭ和ＴＥＭ对激光熔凝处理后Ａｌ－Ｓｉ合金的组织结构进行了观察，通过测定在不同介质条件下的阳极极化曲线，讨论了激光熔凝处理对ＡＩ－ｓｉ合金耐蚀性的影响。结果表明，激光处理可改善Ａｌ－Ｓｉ合金在１０％Ｈ２ＳＯ４和１０％ＨＮＯ３溶液中的耐蚀性，而对Ａｌ－Ｓｉ合金在１０％ＨＣｌ和５％ＮａＣｌ溶液中的耐蚀性没有明显的促进作用。     

激光冲击对AISI430铁素体不锈钢抗蚀性影响

为了提升AISI430铁素体不锈钢的表面抗腐蚀性能, 采用激光冲击的方法强化了AISI430铁素体不锈钢。通过极化曲线及电化学阻抗谱等电化学实验方法, 结合试样表面残余应力及腐蚀形貌, 研究了激光冲击工艺对AISI430铁素体不锈钢的抗腐蚀能力的影响。结果表明, 强化处理后试样表面出现残余压应力层, 残余应力最大幅值高达-339MPa, 并以近乎递减的方式延深度方向达到900μm; 激光冲击强化使试样在NaCl溶液中的自腐蚀电位由-251mV最大提升至-192mV, 腐蚀电流密度最多降低28.18μA/cm-2, 使阻抗谱的容抗弧的半径变大, 腐蚀凹坑和条带状腐蚀减少。激光冲击强化了AISI430铁素体不锈钢在NaCl溶液中的抗腐蚀性能。     

受控激光喷丸强化技术

介绍了一种利用强脉冲激光诱导产生的冲击波压力来进行金属表面改性的新技术——受控激光喷丸强化技术，可以大幅度提高金属材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力，但疲劳寿命和抗应力腐蚀能力并不总随着喷丸强度的提高而线性增加。最佳的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力常出现在特定的残余压应力水平和分布下，也即取决于喷丸参数的最佳组合。由于激光喷丸中工艺参数对喷丸后工件表层的残余应力场有决定性的影响，如何依据已给的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力来合理确定喷丸强化的工艺参数成为目前主要的研究方向。受控激光喷丸的机理与残余应力的形成过程密切相关。首先在理论上研究了影响残余应力分布的激光喷丸工艺参数，如激光功率密度、脉冲宽度、光斑直径等，以及这些参数和残余应力层深度的关系。然后采用QT700-2试样进行激光喷丸强化对比实验，对激光喷丸后的残余应力场大小及其分布进行了无损检测。结果表明，在激光喷丸强化工件时，残余压应力层厚度存在一个最佳值，此时金属表面的疲劳性能和抗应力腐蚀性最优，喷丸工艺参数也达到一个最佳组合。     

TaC/Ni60激光熔覆层的耐蚀性研究

采用静态浸泡法对原位生成TaC颗粒强化镍基激光熔覆层的耐腐蚀性进行研究.使用金相显微镜和X射线衍射仪对熔覆层进行显微组织和物相分析,在光学显微镜下观察样品表面腐蚀形貌.结果表明:含10wt%(Ta2O5, C)的TaC/Ni60镍基复合涂层在10%H2SO4溶液和10%HCl溶液中均表现出较好的耐腐蚀性能,与纯Ni60激光熔覆层相比,其相对耐蚀性提高50%.     

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。     

Ta2O5Ni60激光熔覆层的耐蚀性研究

利用激光熔覆技术,在A3钢表面进行了Ni60合金添加Ta2O5的激光熔覆实验.采用静态浸泡法对相同工艺条件下获得的纯Ni60熔覆层和Ta2O5/Ni60熔覆层的耐腐蚀性进行了研究.在光学显微镜下观察样品表面腐蚀形貌,并对Ta2O5/Ni60熔覆层的腐蚀机理进行了分析.结果表明:在Ni60自熔合金粉末中加入Ta2O5,可以形成一种新的耐腐蚀体系.然而加入的Ta2O5必须有足够的量(＞7wt.%),才有提高耐蚀性的作用.随着Ta2O5的加入量的增加,试样的耐腐蚀性也增加.当Ta2O5的加入量为11wt.%时,可以使耐蚀性提高20%.     

激光刻蚀半球型铂电阻的定位研究

为了在半圆周上准确进行激光刻蚀,以刻制热流传感器的半球形铂电阻,满足热流测点的精确定位,采用了一种基于视觉成像系统定位加工点的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了铂电阻较高的定位数据。该方法首先通过背光照明使半球边缘轮廓清晰可见,通过提取边缘上的4个点坐标,计算并定位到半球顶点;旋转平台,补偿偏差值,实现精确定位加工点;最后对成型的半球形热流传感器电阻位置进行测量验证。结果表明,该方法具有良好的定位效果,刻蚀制作的球半径相对误差约为0.39%,载物平台旋转角度相对误差控制在3.9%,解决了定位半球顶点问题,提高了刻蚀精度。这一结果对于利用激光刻蚀机在曲面模型上刻蚀形成铂电阻是有帮助的。     

激光合金化Mn-Al2O3和Mn-Al2O3-NiWC涂层的磨蚀性能研究

为了提高不锈钢桨叶的表面耐磨蚀性能,采用激光合金化技术在1Cr18Ni9Ti不锈钢表面制备了Mn-Al2O3和Mn-Al2O3-NiWC合金化层,原位获得均由枝晶、共晶和未熔氧化铝颗粒组成的高锰钢基复合耐磨蚀涂层,并通过正交试验研究了两种合金化层的显微组织和耐磨蚀性能。结果表明,所有的正交参量下激光合金化Mn-Al2O3均可提高不锈钢的耐磨性,但耐蚀性有的提高,有的降低;参量因素对合金化层耐磨性的影响顺序为Al2O3添加量、扫描速率、激光功率,对耐蚀性的影响次序则恰恰相反;Al2O3添加量决定了Mn-Al2O3复合涂层中硬质相的含量,从而决定了涂层硬度和耐磨性;两种合金化层表面均发生晶界腐蚀、晶粒内和晶界处的点蚀,其耐蚀性与其多种组织、物相及各自的化学成分和耐蚀性及组织均匀性相关。