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。     

激光抛光DC53淬硬钢试验研究

激光抛光是一种非接触式绿色自动化抛光技术，可以替代传统的抛光技术。为了研究激光抛光对DC53淬硬钢表面质量问题，采用波长为1064 nm的连续激光对DC53淬硬钢表面进行抛光处理，研究了激光抛光后材料的表面粗糙度、硬度、杨氏模量、耐腐蚀性能以及加工表面亚表层微观组织的变化。结果表明：在激光功率为180 W、扫描速度为20 mm/s、扫描间距为0.06 mm时平均粗糙度从4.829μm降低到0.505μm，粗糙度降低约90%，同时抛光后材料的表面硬度及耐腐蚀性能相较于初始样品均有所下降，熔融区硬度下降约40%，自腐蚀电位下降约4%。     

激光化学复合抛光工艺参量对304不锈钢性能的影响

为了提高304不锈钢表面抛光质量，采用激光化学复合抛光的方法分别在纯净水和抛光液中对304不锈钢进行抛光实验研究，并对1064nm激光的加工功率和扫描次数对加工区域表面形貌和表面质量的影响进行了分析。气泡对抛光液在不锈钢表面形成的钝化膜产生破坏作用，造成抛光效果不均匀，表面粗糙度增大。结果表明，在抛光液中的激光抛光在抑制表面氧化发黑的同时，能够显著改善表面形貌，表面粗糙度由0.845μm下降到0.181μm；激光化学复合抛光304不锈钢表面质量与抛光功率和扫描次数有密切关系；当抛光功率过高或者扫描次数过大时，304不锈钢表面会产生大量气泡。采用激光化学复合抛光，可以提高不锈钢抛光质量、减少环境污染，该方法具有极大的应用前景。     

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。     

纳秒脉冲激光清洗扫描速度对TC4钛合金表面氧化膜清洗质量的影响

采用纳秒脉冲激光器对TC4钛合金表面的氧化膜及油污进行激光清洗，研究了扫描速度对清洗后试样表面形貌、成分、元素含量及价态的影响规律，并分析了扫描速度对表面粗糙度、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：当扫描速度为500 mm/s时，激光对基体的损伤大且会发生热氧化，表面形成TiO,O含量较高。随着扫描速度由3000 mm/s增加至10000 mm/s，表面逐渐变得光滑平整，O含量先降低后升高，Ti含量则先升高后降低。当扫描速度为9000 mm/s时，表面Ti含量(质量分数)达到最大值84.24%,O含量(质量分数)降至最小值4.54%，且粗糙度(R_a)最低约为0.907μm，清洗效果最佳。扫描速度的增加使清洗后表面的粗糙度先升高后降低。此外，激光清洗可使TC4钛合金表面的硬度和耐腐蚀性能有所提高。     

激光冲击强化对316L不锈钢熔覆层微观结构和性能的影响

研究了激光冲击强化(LSP)对316L不锈钢熔覆层表面显微硬度、残余应力以及微观结构的影响。结果表明,LSP后熔覆层表面的显微硬度和残余应力得到明显改善;微观结构发生明显变化,晶粒由柱状晶转变为等轴晶,晶粒得到细化;熔覆层自腐蚀电流密度降低,材料耐腐蚀性得到提高。     

激光喷丸A356铝合金的热稳定性实验研究

为了研究激光喷丸技术对A356铝合金热稳定性能的影响,采用Nd∶YAG激光器对其进行表面激光喷丸处理及将各试样进行220°C退火试验处理的方法,从微观组织、显微硬度及残余应力等方面进行理论分析和实验验证,取得了一系列实验数据。结果表明,激光喷丸处理能够有效提高A356铝合金的热稳定性能,且在材料表面诱导了较大残余压应力,显微硬度和位错密度得到显著提高,晶粒明显细化;退火后,激光喷丸试样的表面残余压应力下降了30.68%,位错密度从1.63°降到1.51°,显微硬度下降19.42%,表层晶粒尺寸有所长大,但较基体而言,其晶粒尺寸长大幅度较小。这一结果对于拓展激光喷丸技术和A356铝合金的应用领域是有帮助的。     

基于正交试验和响应面法的激光抛光参数优化

在激光抛光金属材料时,材料表面的粗糙度是评判抛光效果的主要指标。采用正交试验及响应面法进行了激光抛光表面粗糙度试验设计。为了研究离焦量、激光功率、重复频率、扫描速度这四个因素对表面粗糙度的影响,设计了四因素三水平正交试验,对结果进行了极差分析和对比选优。之后利用响应面法设计了四因素三水平的Box-Behnken Design(BBD)试验,建立了表面粗糙度的数值模型,同时得到了优化的抛光工艺参数。正交试验极差优化得到的最低粗糙度为0.1178μm,略高于响应曲面优化得到的0.1112μm。当离焦量为3 mm,激光功率为29.825 W,重复频率为91.451 kHz,扫描速度为1749.794 mm/s时,TC4合金经过激光微抛光后,表面粗糙度由0.3247μm降低至0.1112μm。合适的工艺参数有助于获得良好的激光抛光效果及较低的表面粗糙度。     

激光窄条喷丸成形的实验研究

利用短脉冲激光对LY12CZ航空铝合金进行了窄条激光喷丸(LP)成形。激光脉冲参数:波长为1.06μm,脉冲宽度为23 ns,光斑直径为7 mm,输出能量为22 J。试样外形尺寸为100 mm×25 mm×2 mm,喷丸窄条宽度为7 mm,条带内相邻光斑的距离为4 mm,相邻喷丸条带中心间距为15 mm。利用弧高仪测试样变形后的变形量,用X-350A残余应力测试仪测其残余应力,用HVS-1000硬度计测其显微硬度和用Taylor Hobson-5M测表面粗糙度。实验结果表明,试样经激光喷丸后,变成了曲率半径为1.87 m的单曲率件,冲击硬度得到提高,喷丸条带内的表面粗糙度值增大,但仍然保持光滑,试样上下表面的残余应力均有显著提高,其激光喷丸面的残余应力平均增加了250%,下表面平均增加了75%,喷丸条带内的硬度平均值增加约40%。     

激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响

为研究激光冲击强化对K4030合金叶片疲劳性能的影响,对K4030合金片进行了激光冲击强化,并对强化后的试样进行了表面粗糙度、残余应力、微观组织和显微硬度测试,对叶片进行了复合疲劳试验。测试结果表明,冲击强化前后试样的表面粗糙度没有明显变化;试样在距离材料表面1 mm的深度内产生大于450 MPa的残余压应力;试样冲击强化区内晶界处的晶粒得到了细化;试样在距离表面0.8 mm深度内的显微硬度得到了提高,且表面的显微硬度提高了16%。疲劳试验结果表明,激光冲击强化可显著提高K4030合金叶片的复合疲劳安全寿命。     

激光喷丸A356铝合金的热稳定性实验研究

为了研究激光喷丸技术对A356铝合金热稳定性能的影响,采用Nd:YAG激光器对其进行表面激光喷丸处理及将各试样进行220℃退火试验处理的方法,从微观组织、显微硬度及残余应力等方面进行理论分析和实验验证,取得了一系列实验数据。结果表明,激光喷丸处理能够有效提高A356铝合金的热稳定性能,且在材料表面诱导了较大残余压应力,显微硬度和位错密度得到显著提高,晶粒明显细化;退火后,激光喷丸试样的表面残余压应力下降了30.68%,位错密度从1.63°降到1.51°,显微硬度下降19.42%,表层晶粒尺寸有所长大,但较基体而言,其晶粒尺寸长大幅度较小。这一结果对于拓展激光喷丸技术和A356铝合金的应用领域是有帮助的。     

355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷工艺的研究

紫外激光抛光Al2O3陶瓷可以有效地降低加工中的热影响区、防止微裂纹的产生。为了得到不同激光工艺参量（激光能量密度、扫描速率、扫描间隔）对Al2O3陶瓷抛光表面粗糙度的影响规律,采用单因素实验方法进行了355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷的工艺实验,获得了最优的工艺参量范围。结果表明,当激光能量密度为6J/cm2、扫描间隔为2μm、扫描速率为60mm/s时,抛光后分别获得了较小的表面粗糙度值。这一结果对获得的低粗糙度、高质量的Al2O3陶瓷抛光表面具有指导意义。     

基于双向光斑重叠率调控的耦合激光抛光碳化硅陶瓷的表面质量研究

采用多光束耦合纳秒激光对SiC陶瓷进行抛光试验研究，研究了耦合激光的双向光斑重叠率(δ)和能量密度(ED)对抛光表面质量的影响。使用激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪以及拉曼光谱仪等仪器观测表征了SiC陶瓷抛光前后的表面形貌、表面粗糙度、元素分布以及物相变化等。结果表明：随着δ和ED的增加，激光抛光表面出现重铸层，重铸层的拉曼光谱曲线含有Si的特征峰；当耦合激光的δ为75%、ED为4.254 J/cm²、扫描次数为2时，抛光表面粗糙度(R_a)降至0.73μm；当δ和ED过大时，抛光表面易在孔隙附近出现微裂纹，并向周围延伸。     

激光冲击对K403合金激光熔覆修复微观组织和性能的影响

针对激光熔覆修复K403镍基高温合金构件组织粗大和力学性能下降的问题,提出采用激光冲击强化技术对修复区进行表面强化。利用SEM观察不同区域微观组织,利用显微硬度、残余应力和高温拉伸强度测试研究其力学性能。结果表明,激光冲击强化细化试样表层晶粒;强化后,试样基体区和熔覆区表面硬度分别提高21%和8%,影响深度约0.8 mm;激光冲击在试样表层引入约610 MPa且均匀分布的残余压应力,影响深度层达1.2 mm,经保温处理后,应力释放约18%,但在表面仍残留较大的残余压应力;激光冲击提高了材料高温拉伸强度约15%,解决了激光熔覆修复K403镍基构件力学性能下降的问题。     

激光喷丸强化6061-T6铝合金板料的表面完整性研究

采用数值模拟和实验相结合的方法研究了6061-T6航空铝合金板料经激光喷丸强化后表面形貌、表面粗糙度、表面硬度、残余应力、表面显微组织结构等表面完整性的变化.结果表明激光喷丸后,试样表面喷丸区域的粗糙度降低;激光喷丸过程中冲击波诱导表面显微组织发生变化,位错密度增加,从而使得硬度增加,表面抗塑性变形能力得到提高;受喷板料正反两面均呈现残余压应力分布,最大残余应力值位于喷丸区域表面,厚度方向残余压应力随深度增加而逐渐减小.数值模拟得到的表面微凹坑截面轮廓及残余应力分布与实验结果相一致,表明可以用数值模拟方法对表面完整性进行预测,为激光喷丸过程参数优化和表面质量有效控制提供依据.     

激光冲击AZ31镁合金抗腐蚀性能研究

利用钕玻璃脉冲激光对AZ31镁合金表面进行激光冲击处理,金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)微观组织表明激光冲击波导致镁合金表面层(强化层约0.8mm)产生超高应变速率的塑性变形,晶粒内部存在大量位错和孪晶,高密度位错相互缠结,并与孪晶相互交叉导致晶粒细化。镁合金冲击表层硬度比基体提高约58%,表面残余压应力达120MPa。在质量分数为3.5%NaCl溶液中,采用动电位扫描技术和慢应变速率拉伸应力腐蚀试验研究其冲击后的腐蚀行为,结果表明激光冲击后自腐蚀电位提高,腐蚀电流增大,抗腐蚀性有所降低,但激光冲击后镁合金抗应力腐蚀性能提高。     

激光热处理对1Cr5Mo耐热钢焊接接头拉伸性能的影响

为了改善1Cr5Mo耐热钢焊接接头拉伸力学性能,利用CO2激光对其进行了表面改性处理,通过拉伸试验考察了激光热处理对拉伸性能的影响.利用扫描电镜观察了焊接接头的断裂形式和断口形貌,并用能谱仪分析了激光热处理前后试样表面化学元素的组成,讨论了残余应力和残余奥氏体对拉伸性能的影响.结果表明,激光热处理前后试样的拉伸断口均为韧性断裂,激光热处理后断裂性能有所提高;激光热处理试样表面产生晶粒细化和残余压应力的强化层,其屈服强度和抗拉强度分别提高了3.4%和13.7%,拉伸性能得到进一步提高;激光热处理试样的残余奥氏体含量有所降低,导致焊接接头的断面收缩率下降了18.61%,而延伸率基本不变,其均匀变形能力有所增强.     

激光冲击处理1Cr11Ni2W2MoV不锈钢

对1Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢进行了激光冲击处理(LSP)的基础性研究。激光器最大输出能量为50J,激光功率密度3.7～7.5GW/cm2。吸收层和约束层分别选取Al箔和均匀流水层,激光束采用倾斜入射方式,实验对单光斑试样、搭接光斑试样、疲劳试样分别进行冲击。通过表面形貌、显微硬度和残余应力等检测,验证了激光功率密度对冲击区性能的影响。三组疲劳试件进行对比表明,先冲击后打孔试件的疲劳性能最好,其表面高幅值的残余压应力层能很好地抑制疲劳裂纹的萌生和延长裂纹扩展的速率。实验证明激光冲击处理可以有效提高马氏体不锈钢的疲劳性能。     

深紫外激光对GaN薄膜的激光抛光研究

为了研究157nm深紫外激光的激光抛光加工特性,采用小光斑对GaN半导体薄膜进行了微平面扫描刻蚀.通过探讨激光工艺参量与激光抛光质量的影响关系,得到了最佳的工艺参量范围.结果表明,随着激光抛光扫描速率的增加,材料加工表面粗糙度值Ra逐渐减小,其中扫描速率在0.014mm/s～0.015mm/s处,激光抛光质量最高;而激光抛光扫描间距的减小,或者脉冲频率的增加,都将导致被加工表面粗糙度增大;当脉冲频率取8Hz时,抛光效果较好,表面粗糙度值Ra≈20nm.     

深冷激光喷丸强化2024-T351铝合金的表面力学性能

为了研究深冷激光喷丸强化（Cryogenic Laser Peening,CLP）对2024-T351铝合金表面力学性能的影响,采用Nd:YAG纳秒脉冲激光分别在常温（25℃）和深冷温度（-100℃）条件下对2024-T351铝合金材料进行激光喷丸处理,随后对试样的显微硬度、残余应力和微观组织等表面性能进行了测试分析,最后基于微观组织演变探讨了CLP对2024-T351铝合金的强化机理。结果表明,由于超低温对位错滑移及湮灭的抑制作用,CLP处理试样的位错密度提高,在动态再结晶后材料表面晶粒尺寸减小,其表层显微硬度与残余压应力值较常温LP处理试样分别提高了约20.3%与21.6%,因而改善了2024-T351铝合金的表面力学性能。