镁合金和钛合金表面着色工艺研究进展

表面着色技术能在材料表面形成不同颜色的保护性膜层,在提高材料表面性能的同时,又可赋予产品漂亮的外观或实现消光等目的。表面着色有两种形式:一是,所生成的化合物自身具有一定的颜色;二是,光线的反射、折射、干涉等效应而使表面呈现不同颜色。作为两类重要的结构材料,镁合金和钛合金因其各自优良的性质被应用于诸多领域。综述了镁合金和钛合金表面着色工艺研究进展,介绍了镁合金和钛合金表面着色工艺研究及应用现状。镁合金表面着色工艺包括:化学转化+喷涂、金属涂层、有机涂层、阳极氧化和微弧氧化;钛合金表面着色工艺包括:热氧化、化学氧化、阳极氧化和微弧氧化。列举了应用于镁合金和钛合金表面着色的具体工艺参数,总结了两种合金表面着色的具体应用。镁合金和钛合金部件经表面着色处理后,可以兼顾轻量化和强度要求,并实现部件外观的装饰性。基于镁合金和钛合金表面着色工艺研究的现有成果,对镁合金和钛合金表面着色的研究提出了一定展望。     

纳秒激光对金属清洗着色机理及质量的研究

目的 分析激光清洗着色工艺对有锈蚀层的304不锈钢着色质量的影响规律,探讨呈色原理,为实现清洗与着色的一次性成形提供理论及工艺支持.方法 采用COMSOL Multiphysics建立了激光加工有锈蚀层304不锈钢的有限元模型,分析了过程中温度场的分布和参数对材料烧蚀深度的影响,指导着色参数的选择.调整参数进行实验获得质量较好的着色样本,用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对样本的微观结构及能谱分布进行测量,分析清洗质量、呈色原理.对粗糙度有差异的304不锈钢进行着色试验,分析粗糙度对颜色显示的影响.结果 仿真结果表明,温度场的分布与材料的导热系数相关,P=20 W、h=0.01 mm时,v减小,烧蚀深度加深.实验获得的黄、蓝、绿、红4色样本,能量密度最低的蓝色样本中氧的质量分数由19.87％到0％的改变,表明各色样本均已实现清洗,同时能够进行着色,且获得平整的高质量表面.粗糙度高的着色样本,在观测角为90°时依然可以保证样本颜色不失真.结论 通过优化参数可以实现清洗与着色的一次性成形.纳秒激光着色304不锈钢,其呈色原理与能量密度相关.对表面粗糙度Ra>1.6μm的304不锈钢着色,可获得不失真的着色样本.     

材料表面激光合金化研究进展

激光表面合金化是一种材料表面改性处理的新方法,具有广阔的应用前景.本文综述了激光表面合金化的研究现状,其中包括激光表面合金化工艺制定原理及方法、合金化涂层的组织特性与性能.研究认为,采取适当的工艺参数和预热处理可以得到理想的合金化涂层,其显微组织具有典型的复合性特征;合金化涂层与基体材料呈良好的冶金结合,结合强度高,能够显著提高廉价基体材料表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和耐腐蚀磨损等性能.同时本文指出了激光合金化当前研究存在的不足和今后努力的方向.     

飞秒激光诱导纳米金刚石薄膜表面周期性结构的摩擦学性能研究

研究基于飞秒激光辐照方法在纳米金刚石(nano-crystalline diamond, NCD)薄膜表面制备的激光诱导周期性结构(laser-induced periodic surface structures, LIPSS)的摩擦学行为。在空气环境下采用脉冲宽度为200 fs,中心波长为1040 nm的掺镱光子晶体光纤飞秒激光辐照NCD薄膜表面产生LIPSS。基于不同的扫描间隔制备2种LIPSS表面,即连续分布的LIPSS表面(continuously distributed LIPSS, CDL)和均匀间隔的LIPSS带状表面(evenly spaced LIPSS stripes, ESLS)。通过球盘式摩擦磨损试验机进行往复式干摩擦试验来对上述2种LIPSS表面的摩擦学性能进行表征,其中的对磨球为ZrO₂陶瓷材质。往复式摩擦试验采用了平行和垂直于LIPSS纹理的2种摩擦方向。研究结果表明:施加LIPSS后的NCD薄膜表面容屑能力得到改善,同时摩擦接触面积降低,因而相比于原始NCD薄膜,其摩擦系数明显降低;对于CDL表面,摩擦方向与LIPSS纹理垂直时的摩擦系数比纹理平行时的更高;ESLS表面的LIPSS纹理方向对摩擦系数无影响。      

皮秒光纤激光器诱导不锈钢表面着色工艺

利用皮秒激光在304不锈钢上进行着色试验研究,分析了皮秒激光对不锈钢表面着色的周期性表面条纹结构机理,分别研究了扫描线间距、激光功率、扫描速度和离焦量等激光工艺参数对着色效果的影响。结果表明:改变扫描速度、线间距和功率均能对着色效果产生很大影响,最佳速度为90~300 mm/s,最佳线间距为0.003~0.01 mm,功率为30%~70%,并且三者对着色有近似的影响效果;而改变离焦量对着色效果的影响没有线间距、功率和速度三者显著。在此基础上,获得了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫对应较为合理的皮秒光纤激光加工参数。腐蚀性试验表明,未着色试样的腐蚀率是着色试样的3倍。     

激光表面改性有机高分子材料的研究进展

有机高分子材料具有质轻、易成型、成本低等优点,在汽车、电子等领域有广泛的应用,但有机高分子材料的原始表面多数呈现化学惰性、表面能低,导致其应用受限。激光表面改性技术具有柔性化程度高、区域选择性好、可三维加工等诸多优势。简要综述了激光表面改性有机高分子材料的性能变化、机理和应用的国内外研究进展,表明通过激光改性可以在有机高分子材料表面形成诸如凸起、凹坑、沟槽、多孔和周期性结构等微观形貌,并使表面化学成分发生显著变化,进而影响其表面润湿性、表面能、吸附性、颜色和/或减阻等性能,这主要与有机高分子材料的自身特性、激光改性参数以及改性环境等因素密切相关,而且通过控制激光改性参数,还有可能实现对上述表面性能变化的精密调控。激光表面改性有机高分子材料在理论研究和实际应用中都具有巨大的价值,但目前对于激光表面改性有机高分子材料的理论研究落后于应用研究,还应进一步加强对改性技术和机理的探索与研究。     

氮化铝表面激光金属化研究进展

综述了激光金属化的国内外发展现状,对激光金属化氮化铝表面的原理以及影响金属化效果的主要因素进行了介绍。激光金属化利用氮化铝在激光的高温下热分解产生金属铝层实现表面金属化,铝层厚度和导电性是衡量金属化效果的主要指标。影响金属化效果的因素主要有激光器的波长、激光工艺参数(能量密度、脉宽和光斑搭接率)、光斑能量分布和气体氛围,分析了各个因素的作用机理。最后针对激光金属化过程中存在的金属化导电层厚度不均匀、电阻偏大等缺陷,总结了关于激光金属化的几点优化措施。     

材料表面激光抛光技术研究进展∗

抛光技术是现代制造产业的关键技术之一,现代制造工艺的发展对材料抛光精度的要求已经达到了微纳级。 与传统抛光技术相比,激光抛光技术更容易满足工业要求,并且适用于金属、陶瓷、玻璃等多种材料,在抛光加工领域受到了国内外学者的广泛关注。 综述了近年来不同材料激光抛光技术的研究进展;针对激光抛光过程中产生的热应力,分析了工艺参数以及温度变化对激光抛光效果的影响,探讨了新型的激光抛光技术,梳理了将激光抛光与其他抛光技术进行有效复合的方法与观点。 按照不同的材料,归纳了激光抛光技术的作用机理,并阐述了激光抛光技术的优缺点,最后对激光抛光技术的未来发展进行展望。 对于目前激光抛光研究中尚未解决的问题以及未来不同材料的激光抛光技术的研究方向具有指导意义。     

超快激光制备材料表面微纳结构的研究进展

超快激光具有脉冲宽度短、峰值功率高的特点,相对于长脉冲对材料造成的热影响几乎为零,这使得利用超快激光加工材料逐渐受到科学界的重视。 文中综述了超快激光辐照材料表面产生微纳结构的机理,总结了超快激光制备材料表面微纳结构的主要特点以及特殊性能的表现,针对超快激光加工不同种材料和采取不同种加工工艺两个方面进行论述,对材料表面结构的形貌形成、展现的性能及研究结论加以说明,并对各个工艺的优缺进行了讨论。 最后对超快激光制备仿生功能表面和生物医学材料表面等最新发展趋势进行了总结,并对超快激光制备材料表面微纳结构在未来研究发展中会遇到的问题进行了展望。     

国外铝合金激光表面改质研究进展

本文根据近些年来国外发表的有关铝合金激光改质的文献，论述了铝合金表面的激光快速熔凝、合金化、覆层及冲击硬化等四种主要的改质方法的研究现状及进展,也指出各工艺存在的问题。     

激光表面强化及智能涂层进展

介绍了激光淬火,激光熔凝,激光表面合金化等材料表面改性技术及其组织和性能;综述了智能涂层的特点及研究进展.     

激光表面改性的发展趋势

从激光表面改性的技术特点及先进制造业的发展需求出发,论述了激光表面改性在纳米表面工程、绿色再制造、复合表面工程、智能制造及柔性加工等领域的发展趋势。     

基于激光表面微纳结构的胶接性能研究进展

胶接具有独特的性能而被广泛关注,但在实际应用中往往由于界面结合强度不足而导致接头在服役过程中过早失效。激光表面处理是一种能够有效提高胶接接头表面性能的方法,通过激光表面处理会使黏接材料表面形成不同的表面微纳结构,从而改善接头的性能。首先介绍了激光表面处理原理及激光器分类,对比了不同激光器的优缺点及加工质量特性,分析了激光加工参数对接头强度的影响。其次从激光加工不同表面微纳结构入手,阐述了不同表面微纳结构的加工方式,分析了不同表面微纳结构对不同材料接头强度的影响。此外,针对不同的表面微纳结构,其结构参数有所不同,导致接头表面化学成分和润湿性能也有所不同,使得接头强度有所差异,在此基础上分析了微纳结构参数对接头强度的影响及原因。同时,胶层间的作用机制与接头强度具有密不可分的联系,研究表明,不同的表面微纳结构对胶层的作用机制具有明显的不同,归纳总结发现,经激光表面处理形成表面微纳结构后接头表面粗糙度、化学性质、润湿性能及胶层间裂纹的扩展对接头强度的提升具有一定作用。最后,对激光表面处理微纳结构的研究进行了展望。     

激光复合加工制备超疏水金属表面的研究进展

随着我国工业化进程的不断推进,金属材料已经广泛应用到生产生活的各个领域.仿生超疏水金属表面不仅能够延长金属材料在各种环境下的使用寿命,而且还能赋予材料表面自清洁、减阻、油水分离等新的性能.目前,研究人员已采用多种工艺在金属基体上制备出超疏水表面,超疏水金属表面的制备已经成为仿生学研究中的一个热点.首先介绍了润湿理论的发展,引出了制备超疏水金属表面的各种工艺方法,进一步归纳总结了激光加工制备超疏水金属表面的优势、特点和表面微结构.在此基础上,重点论述了近年来将激光加工工艺与化学刻蚀工艺、沉积工艺、离子注入工艺、涂层工艺和氧化工艺相结合的激光复合加工工艺,以及运用激光复合加工工艺制备的超疏水金属表面的结构和特点.激光复合加工不仅能够在金属表面形成更加丰富的微/纳米复合结构,而且能够使金属表面更快地获得超疏水性能,从而制备出稳定持久的超疏水金属表面.此外,复合加工能够降低对单一制备工艺的依耐性,扩大加工范围,降低生产成本.激光复合加工制备超疏水金属表面在实际应用中具有巨大的潜力.     

激光表面织构技术调控材料摩擦学性能的研究进展

表面织构是提高工程材料摩擦学性能有效的表面改性方法之一。近年来多种表面织构技术已被应用于提高材料表面减摩耐磨性能,而在众多表面织构化技术中,激光表面织构技术由于具有加工速度快、生产效率高、可控性好等优点而被广泛应用。综述了激光表面织构的最新进展及应用,讨论了目前激光表面织构技术存在的问题及解决方法,总结了3种不同加工原理下的激光处理方法存在的问题,包括形状参数难控制、精度较差及灵活性较低等,并介绍了液相辅助加工技术在激光表面织构技术中的应用,同时分析了不同工艺参数包括密度、形状及深度等对材料摩擦学性能的影响。综述了激光表面织构技术复合涂层技术的研究现状,其中激光表面织构与非金属或金属涂层复合,包括氧化石墨烯填充PTFE涂层复合激光表面织构、复合热丝化学气相沉积增强激光表面织构、复合电液雾化增强激光表面织构及复合激光熔覆技术增强激光表面织构。总结了激光表面织构技术结合不同润滑技术对材料摩擦学性能的影响。最后展望了激光表面织构在各个领域的未来发展方向。     

钛及钛合金的激光表面处理研究进展

激光表面处理是改善材料硬度、耐磨性和抗蚀性的有效途径。对钛及钛合金激光表面处理(激光表面合金化、激光熔覆和激光表面熔化)因可拓展其应用领域而备受关注。本文结合近年来的研究报道,全面综述2种激光表面处理即激光表面气体氮化和激光粉末合金化的影响因素,激光表面处理后表层组织、性能、缺陷控制以及激光参数的优化。在此基础上,阐述了目前存在的问题和今后的发展方向。     

钛合金的激光表面处理研究进展

介绍了钛合金的各种激光表面改性技术及其研究进展,讨论了激光表面改性处理工艺参数对钛合金性能的影响。并介绍了其应用前景。利用激光表面处理可克服钛合金硬度低、易发生粘着磨损等缺点,同时可提高其耐蚀性及抗高温氧化等性能。此外,利用脉冲激光沉积技术在改善钛合金的生物活性等方面也取得了好的结果。     

激光熔覆金属表面改性研究进展（下）

接上期继续综合评述了激光熔覆金属表面改性的研究进展情况,主要内容包括：抗氧化性,热障性能,抗气蚀与冲蚀磨损,以及激光熔覆应用,并指出了目前存在的问题及今后努力的方向。     

激光熔覆金属表面改性研究进展（上）

综合评述了激光熔覆金属表面改性研究的进展情况,主要内容包括;耐干滑动摩擦磨损、耐蚀性、耐冲蚀磨损、抗氧化、热障性能以及激光熔覆的应用,并指出了目前存在的问题及今后努力的方向。