5052铝合金激光熔覆Al-Si合金涂层研究

采用高功率半导体激光器在5052铝合金表面熔覆Al-Si合金涂层。研究了激光熔覆工艺参数(激光的扫描速度和功率)对熔覆层质量的影响。试验结果表明,当激光束功率较高(3 000 W)、扫描速度较快(700 mm/min)时,能熔覆成较为连续的熔覆层,熔覆层与基体为冶金结合,表面硬度高于900 HV0.1。     

选区激光熔化成形NiTi合金工艺参数对表面粗糙度的影响规律

目的 针对选区激光熔化（SLM）制备NiTi形状记忆合金表面粗糙度难以满足实际应用要求,通过优化工艺参数（激光功率、扫描速度、扫描间距）以有效地降低表面粗糙度以及研究各工艺参数对表面粗糙度的影响规律。方法 采用L16正交阵列的田口模型设计选区激光熔化制备NiTi样品的工艺参数,通过对表面粗糙度信噪比值进行统计方法分析以及样品表面形貌的表征,研究不同工艺参数对表面粗糙度的影响程度以及影响机理,最终优化出制备低表面粗糙度的工艺参数组合。结果 在激光功率为20W和30W时,NiTi粉末不能够充分熔化造成熔道不连续,使得样品表面起伏增大,粗糙度值最大到7.8μm;增大激光功率到40 W和50 W时,粉末充分熔化,样品表面形貌明显改善;在相同功率下,扫描速度从200 mm/s增加到500 mm/s时,样品的粗糙度值也随之增大。结论 工艺参数对表面粗糙度影响的重要性顺序依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最终优化出的工艺参数组合为激光功率50 W、扫描速度200 mm/s、扫描间距0.07 mm,并在该工艺参数下制备的样品表面粗糙度值为1.38μm,与模型预测的值1.43μm接近,相差仅为9.97...     

基于振镜扫描的45钢表面激光快速熔覆Ni60涂层形貌及性能

通过熔覆层形貌及性能分析研究了一种新型的激光熔覆技术-振镜扫描激光快速熔覆技术。该技术以中功率光纤激光为能量源,采用刮板进行粉末预置,以振镜快速扫描控制激光束在零件表面熔化选区内金属粉末,实现激光快速熔覆。试验表明:利用该工艺在45钢表面熔覆Ni60粉末,可在扫描速度≥50mm/s的条件下,以不足200W的激光功率获得表面平滑及组织致密的熔覆层,所形成的熔覆层与45钢基体结合良好,熔覆层的显微硬度可达500 HV1以上。这表明采用该工艺可以快速获得高致密度、高硬度、表面质量较好的熔覆层。     

选择性激光烧结成型工艺参数研究

研究了烧结温度、激光功率和扫描速度对选择性激光烧结成型件精度及力学性能的影响。结果表明:适当调整选择性激光烧结成型机的激光功率和扫描速度及烧结温度,能有效提高成型件的精度及抗拉强度,在激光功率为24 W、扫描速度为2 500 mm/s、烧结温度为80℃时,成型件的尺寸精度为100±0.1 mm,抗拉强度为1.96 MPa。     

不锈钢表面激光熔覆镍基合金涂层的数值模拟与试验

为改善不锈钢表面熔覆质量,探究能量密度对不锈钢表面激光熔覆镍基合金涂层质量的影响,利用Visual-Environment数值模拟软件,基于高斯体热源模型,通过改变激光功率获得不同的能量密度输入,对304不锈钢表面激光熔覆Ni35合金涂层的过程进行了数值模拟分析,并采用相应能量密度对应的激光功率进行试验验证。模拟结果表明,激光功率为900 W,扫描速度为6 mm/s,光斑半径为1 mm时,对应的激光能量密度为75 J/mm²,所得温度分布云图峰值温度2459.55℃,在较合理的温度范围内(2400～2600℃)。试验验证结果显示,该工艺参数下熔覆层宏观形貌较好且微观组织致密,基体与涂层间形成了良好的冶金结合。     

TC4表面激光熔覆Ni60基涂层温度场热循环特性数值模拟研究

目的确定TC4钛合金激光熔覆的最优工艺参数,研究其热循环特性,分析激光熔覆温度对组织的影响规律。方法采用3D高斯热源,基于Sysweld软件平台,对TC4钛合金激光熔覆Ni60A-50%Cr3C2粉末过程进行数值模拟仿真,研究温度场云图及其热循环特性,模拟计算激光熔覆最高温度、加热速度和冷却速度,以及熔池最大深度和热影响区宽度,进行激光熔覆实验验证,结合熔覆层显微组织扫描电镜(SEM)图像,研究冷却速度对熔覆层组织的影响。结果由仿真可知,激光熔覆工艺参数中的光斑直径和送粉速度主要影响熔覆层的高度和宽度,对温度场分布起主要影响作用的是激光功率和扫描速度。激光功率为500 W,扫描速度为4 mm/s时,熔覆层区域熔化完全,与基体结合良好。激光熔覆最高温度为2700℃,最大加热速度约为2200℃/s,最大冷却速度约为1200℃/s,熔池最大深度在0.33~0.66 mm之间,热影响区宽度约为1.2 mm。模拟与实验得到的熔覆层截面形貌基本一致。不同冷却速度得到的熔覆层组织不同,随着冷却速度的降低,显微组织由短小的胞晶和树枝晶逐步转变为柱状晶、胞状晶和平面晶,最终形成淬火态的针状马氏体。结论最佳工艺参数为:激光功率500 W,扫描速度4 mm/s。冷却速度是影响熔覆层组织的重要因素,仿真模型的正确性及方法的可行性得到了实验验证。     

工艺参数对激光选区熔化成形纯镍表面质量及致密化行为的影响（英文）

研究激光功率和扫描速度对激光选区熔化(SLM)成形纯镍的熔覆道特征、致密化行为和表面粗糙度的影响规律。结果表明,在一定范围内提升激光功率并降低扫描速度,可成形出连续、规则、光滑的熔覆道,这有助于抑制SLM成形过程中孔隙、球化等缺陷的形成。当扫描速度为900 mm/s、激光功率为255～275 W时可获得最佳成形工艺窗口,此时,试样相对密度为99.16%,抗拉强度为(360±2.747) MPa,上表面和侧表面的粗糙度分别为(2.88±2.23)μm和(14.98±0.69)μm。     

激光熔覆工艺参数对TiC_p/Al表层复合材料的影响

研究了激光功率、扫描速度对原位合成TiCp/Al表层复合材料与基底的界面结合和熔覆层组织均匀性的影响。通过调整工艺参数 ,获得了有良好冶金结合的界面和TiC颗粒分布均匀的熔覆组织。结果表明 :在激光功率一定时 ,过低的扫描速度将使激光束前端一定距离内的基底材料在表面熔化前被加热时间太长 ,以致表面氧化 ;而过高的扫描速度会使靠近界面处的粉料中合成反应不能充分完成而残留一些粉末 ;这两种情况都影响了熔覆层和基底的结合。随着激光输入比能的降低 ,熔覆组织的均匀性降低 ,这是由于合成反应未充分完成所致。当激光功率为 2 2 0 0～ 2 5 0 0W ,扫描速度为 7～ 10mm/s时 ,在ZL10 4合金表面可获得组织均匀、界面结合良好的TiCp/Al复合材料熔覆层。     

钛合金表面激光熔覆钴基合金层的组织及力学性能

在TC4钛合金表面利用激光熔覆Co基合金粉末涂层,利用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和洛氏硬度计研究涂层的微观组织及力学性能。结果表明:当扫描速度固定为400 mm/s,激光功率为1.3、1.5、1.7 k W熔覆时,涂层与基体之间都实现了冶金结合。其中,激光功率为1.5 k W时熔覆效果最好,熔覆层内组织均匀致密无气孔和裂纹等缺陷。激光功率为1.3 k W时,熔覆层内出现了裂纹。当激光功率固定为1.5 k W,扫描速度为300、350、400 mm/s时,熔覆层和基体的结合情况良好,熔覆层内组织均匀致密无缺陷。随着激光功率和扫描速度的增大,涂层表面硬度呈减小的趋势,但都高于TC4基体硬度的两倍左右,表明在TC4表面激光熔覆Co基合金粉末涂层可以显著提高其硬度。     

激光熔覆工艺参数对TiCp／Al表层复合材料的影响

研究了激光功率,扫描速度对原位合成TiCp/Al表层复合材料与基底的界面结合和熔覆层组织均匀性的影响。通过调整工艺参数,获得了有良好冶金结合的界面和TiC颗粒分布均匀的熔覆组织,结果表明,在激光功率一定时,过低的扫描速度将使激光束前端一定距离内的基底材料在表面熔化前被加热时间太长,以致表面氧化,而过高的扫描速度会使靠近界面处的粉料中合成反应不能充分完成而残留一些粉末;这两种情况都影响了熔覆层和基底的结合。随着激光输入比能的降低,熔覆组织的均匀性降低,这是由于合成反应未充分完成所致。当激光功率为2200－2500W,扫描速度为7－10mm/s时,在ZL104合金表面可获得组织均匀,界面结合良好的TiCp/Al复合材料熔覆层。     

表面织构对模具钢激光熔覆层性能的影响分析

目的 减少激光熔覆过程中产生较大的应力和裂纹的现象,提高激光熔覆后模具钢的抗疲劳性能,延长其使用寿命.方法 选取激光功率(800、1000、1200 W)、扫描速度(5、10、20 mm/s)、光斑半径(0.5、0.75、1 mm)作为激光熔覆模拟因素,以残余应力为主要试验指标,进行三因素三水平正交模拟试验,并对试验结果进行信噪比及极差分析,确定最优熔覆参数.在最优熔覆参数下,进行预置织构及无织构的激光熔覆模拟,对比分析两次模拟的熔覆层温度及残余应力分布.在最优参数下进行熔覆加工,验证有效性.结果 正交模拟试验得出最优熔覆参数为:激光功率800 W,扫描速度20 mm/s,光斑半径1 mm.得到最小残余应力平均值为360 MPa.此外,激光功率对残余应力的影响最为显著,其次是光斑半径,对残余应力影响最小的是扫描速度.在最优熔覆参数下,对预制织构的模型进行激光熔覆模拟,得出残余应力平均值为149 MPa.相比较于无织构熔覆模拟,预置织构熔覆模拟的平均应力值降低了大约58.56％.对无织构和有织构模具钢表面进行激光熔覆加工,测量残余应力,验证了该方法的有效性.结论 通过在基体预置表面织构的方法,在保证熔覆温度的前提下,降低了残余应力,最终能达到降低残余应力、减少裂纹产生的目的.     

激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

目的 研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法 采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测。结果 选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况。在激光功率为450、400 W,扫描速度为4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为450、400 W,扫描速度为4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除。在激光功率为500 W,扫描速度为5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为211HV与242HV,在工艺参数为450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为168HV。结论 在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响。在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离。     

CVD金刚石膜激光平整化效率和粗糙度

对化学气相沉积(CVD)多晶金刚石膜进行激光平整化的正交试验,使用场发射环境扫描电子显微镜(SEM)进行形貌分析,激光共聚焦扫描显微镜测量线粗糙度R_a、面粗糙度S_a和切缝锥度,分析激光参数对CVD膜平整化的影响。结果表明:影响切缝锥度的因素依次为脉冲宽度、脉冲频率、进给速度和激光电流,影响线粗糙度R_a的因素依次为进给速度、激光电流、脉冲频率、脉冲宽度。正交试验优化后,当激光电流为64 A、脉冲宽度为400 μs、脉冲频率为275 Hz、进给速度为100 mm/min时,可获得最佳的切槽表面形貌。采用该优化参数进行面扫描,测得面粗糙度S_a为11.7?μm;进一步增加入射角度至75°时,面粗糙度S_a降低至1.9 μm,实际去除效率达到1.1 mm3/min。      

基于飞秒激光表面修饰的石英玻璃润湿性分析

采用飞秒激光高速扫描的方法对熔石英表面进行多级微纳结构制备，其中一级结构为周期性微纳条纹结构，二级结构为蚀刻沟槽，三级结构为沟槽交叉形成的阵列结构. 通过数值计算分析了飞秒激光高速扫描下熔石英的烧蚀阈值，揭示了高速飞秒激光诱导熔石英表面微纳结构的机理. 对修饰后的熔石英微观形貌观察和润湿性试验表明，当飞秒激光重复频率1 MHz，扫描速度1 000 mm/s，55%峰值功率时，熔石英表面沟槽间距为30 μm的正交阵列具有最优的润湿性. 与未处理的熔石英相比，Bi₂O₃-50%B₂O₃ (质量分数，%)钎料在修饰后熔石英表面的润湿角降低了8°，有效改善了熔石英玻璃的钎焊能力.     

激光一次性去除铝合金飞机蒙皮涂层实验与数值研究

目的 研究激光的频率、功率及扫描速度等参数对脉冲激光清洗航空铝合金表面S06-0215油漆涂层的影响,分析脉冲激光清洗的机制,优化工艺参数组合,并设计航空铝合金表面涂层一次性去除方法。方法 以航空铝合金2A12为基材,开展脉冲激光的频率、功率和扫描速度等参数对基材表面涂层烧蚀深度的影响研究,以及烧蚀过程中基材表面最高温度的模拟研究。同时,以表面粗糙度和去除深度为评价指标,对2A12铝合金飞机蒙皮表面涂层进行清洗实验,对采用优化参数清洗后的蒙皮表面进行粗糙度测量、元素含量以及组成成分分析。结果 脉冲激光的扫描速度和频率变大,以烧蚀为主导作用的去除机制逐渐减弱,同时振动机制逐渐增强,并最终转变为主导地位。影响激光去除深度的参数,按权重大小依次为扫描速度、功率、频率。结合模拟与实验结果发现,激光频率125 kHz、功率70 W和速度50 mm/s为表面涂层S06-0215最佳的一次性去除工艺参数组合,此时能量密度大小为1.47 J/cm²,清洗过程中,不损伤2A12铝合金飞机蒙皮基材。通过XRD、SEM以及EDS表征分析表明,氧化膜仅被部分去除。结论 激光清洗铝合金表面...     

连续激光高速抛光冷作模具钢的表面粗糙度及性能

目的解决连续激光高速抛光模具钢的表面质量与效率问题。方法将连续激光高斯光束通过缩束镜和DOE衍射整形器,转变成平顶激光光束。通过激光抛光工艺参数的优化,将光斑直径为470μm的平顶连续激光束,以之型与方波型组合扫描路径和500 mm/s的高速扫描速度,抛光冷作模具钢Cr12MoV,并通过白光干涉仪和SEM电镜检测其表面性能。结果连续激光高速抛光可将表面粗糙度由原始的1.942μm快速降低至0.26μm,抛光效率比传统机械抛光提高了67%,比人工抛光提高了94%,表面显微硬度提高了125%。结论工艺试验表明,连续激光的光斑扫描路径和直径对抛光表面质量产生深远的影响,对冷作模具钢进行高速抛光时,需要对激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描路径和扫描间距等激光加工参数进行优化,在达到相同质量效果的前提下,抛光效率是传统机械抛光效率的8倍以上,是熟练技师人工抛光效率的30倍以上。同时,连续激光抛光显著提高了模具钢的表面显微硬度,无任何污染,是一种绿色制造技术。     

38CrMoAl钢表面激光熔覆Ni基合金工艺研究

利用正交试验法对38CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时激光功率、扫描速度和离焦量等工艺参数进行优化,得到熔覆层硬度和耐磨性能较为优良的参数组合,并研究了激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影响.结果表明,选择激光功率2.0 kW,离焦量40 mm,扫描速度6 mm/s作为35CrMoA1钢表面激光熔覆Ni60合金时的工艺参数,熔覆层硬度可以达到880.5 HV,相对耐磨性为2.26.