AM50镁合金表面激光熔凝层的组织与耐蚀性能

采用CO2连续激光对AM50镁合金表面进行熔凝处理。利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段对熔凝层的组织与成分进行了分析,通过在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学极化曲线测试和浸泡实验对激光熔凝层的耐蚀性能进行了检测。激光熔凝处理使镁合金的组织得到高度细化,组织与成分分布更加均匀,β相减少,Al及杂质元素的固溶度增加。极化曲线测试结果表明,激光熔凝表面的腐蚀电位较未处理试样提高了37mV,阳极腐蚀电流密度约降低了一个数量级;浸泡实验结果显示,激光熔凝表面腐蚀坑的出现时间和扩展速率明显慢于未处理试样,激光熔凝处理使镁合金的耐蚀性能有了明显提高。     

飞秒激光加工对熔覆层侧壁粗糙度的影响

针对熔覆成型件表面粗糙的难题,提出了在成形过程中对熔覆层侧壁进行飞秒激光精密加工的方法,重点研究了精密加工过程中飞秒激光的能量密度、能量分布、光斑重叠率对熔覆层侧壁粗糙度的影响规律,结果表明:当焦平面处飞秒激光的能量为高斯分布,加工得到的熔覆层侧壁表面粗糙度Ra 3 m时,激光能量密度介于0.12~0.34 J/cm2之间;当能量为平顶分布并且加工后熔覆层侧壁表面粗糙度Ra 3 m时,最佳能量密度范围为0.13~0.66 J/cm2;同等参数条件下,平顶能量分布激光加工得到覆层侧壁粗糙度小于能量高斯分布时的粗糙度数值。熔覆层侧壁粗糙度随光斑重叠率的增加先减小后增大,实验获得的最佳重叠率范围为78%~85%。     

紫外激光改性氧化钒薄膜

氧化钒薄膜制备后需要进行退火处理以降低非晶态氧化钒薄膜的方阻大小并改善薄膜结晶特性。传统退火方式时间较长且退火过程会导致器件性能降低。本文主要利用激光精确控制的特点处理氧化钒薄膜,通过平顶光路系统改变激光功率、高斯光斑形貌以及光斑的重叠率对氧化钒薄膜进行退火处理,主要研究了激光能量密度以及光斑重叠率对氧化钒薄膜的方阻,表面粗糙度以及结晶度的影响。实验结果表明激光功率为0.7 W,光斑重叠率为93.33%,光斑能量密度为62.2 mJ/cm2时,退火氧化钒薄膜的方阻值明显降低,薄膜表面光滑且氧化钒结晶度较好。     

镁合金激光表面熔凝技术分析

为了研究不同激光工艺参量对镁合金熔凝层组织和性能的影响,采用高功率快速扫描（13J/mm2～33J/mm2）和低功率慢速扫描（100J/mm2～250J/mm2）两套能量密度相差较大的激光熔凝技术对镁合金表面进行真空激光熔凝处理。结果表明,两套激光工艺处理下熔凝层均由α-Mg和β-Mg17Al12相所组成,但β-Mg17Al12所占的比例在低功率慢速扫描下较高,约为16%;熔凝层组织均为典型的树枝晶,高功率快速扫描熔凝层枝晶尺寸远远小于低功率慢速扫描熔凝层的枝晶尺寸;在高功率快速扫描处理工艺下,熔凝层的硬度、耐磨性分别是低功率慢速扫描处理下熔凝层的1.5倍和3倍;高功率快速扫描处理下熔凝层的耐蚀性也较低功率慢速扫描处理下熔凝层的耐蚀性显著提高。     

镁合金激光表面熔凝技术分析

为了研究不同激光工艺参量对镁合金熔凝层组织和性能的影响,采用高功率快速扫描(13J/mm2～33J/mm2)和低功率慢速扫描(100J/mm2～250J/mm2)两套能量密度相差较大的激光熔凝技术对镁合金表面进行真空激光熔凝处理.结果表明,两套激光工艺处理下熔凝层均由?Mg和?Mg17Al12相所组成,但?Mg17Al12所占的比例在低功率慢速扫描下较高,约为16%;熔凝层组织均为典型的树枝晶,高功率快速扫描熔凝层枝晶尺寸远远小于低功率慢速扫描熔凝层的枝晶尺寸;在高功率快速扫描处理工艺下,熔凝层的硬度、耐磨性分别是低功率慢速扫描处理下熔凝层的1.5倍和3倍;高功率快速扫描处理下熔凝层的耐蚀性也较低功率慢速扫描处理下熔凝层的耐蚀性显著提高.     

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。     

5083铝合金阳极氧化膜激光清洗工艺研究

采用纳秒脉冲光纤激光器对5083铝合金阳极氧化膜进行清洗，对清洗试样的表面形貌、表面粗糙度、元素组成和含量、清洗率及清洗机制等进行分析。研究表明，脉冲频率影响扫描振镜方向的光斑搭接率，激光行进速度影响清洗方向的光斑搭接率，在过高的激光能量下清除氧化膜时会造成基体二次氧化。工艺参数对表面粗糙度的影响规律不同，表面粗糙度随单脉冲能量的增加先增大后减小，随脉冲频率的增加出现两次先减小后增大，随激光行进速度的增加先增大后减小再增大。当单脉冲能量为100 mJ、脉冲频率为9.67 kHz、扫描振镜速度为4000 mm/s、激光行进速度为6.5 mm/s时，5.27μm厚的氧化膜几乎被清洗干净，表面粗糙度为Sa=0.608μm，优于机械打磨表面粗糙度（1.18μm），清洗率达97.14%，与参数优化前相比清洗率提升了2.43%。激光清除5083铝合金氧化膜的机制为热烧蚀、弹性振动剥离和孔洞爆破。     

激光熔凝NiAl/纳米Al2O3化学复合镀层抗高温氧化性能

采用大功率连续横流CO2激光对化学复合镀NiAl/纳米Al2O3复合镀层进行激光熔凝处理,并对熔凝层的抗高温氧化性能进行研究。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等分别对高温氧化前后的表面形貌、物相组织和元素组成进行表征分析。与复合镀层和基体试样相比,激光熔凝后表面抗高温氧化性能明显提高,这一方面与激光熔凝镀层中的金属间化合物NiAl2O4、Ni0.77AlFe0.23在800℃时具有良好的抗高温氧化性有关,另一方面是由于激光熔凝后镀层表面形成了连续致密的氧化膜。     

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。     

304不锈钢激光抛光的参数优化及抛光层性能分析

将光纤脉冲激光器的激光功率、重复频率、离焦量和扫描速度作为影响因素，以AISI304不锈钢的表面粗糙度作为评价指标，设计了激光抛光的正交试验，通过极差分析得到最佳工艺参数组合，在此参数组合下快速将表面粗糙度降低约67%。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电化学工作站等研究了激光抛光前、后的表面性能变化及机理。结果表明：激光抛光后，试样表面硬度降低了约15%，自腐蚀电流密度提高了10.978μA/cm2。抛光层内C、Cr元素含量（质量分数）分别降低了约2.4%和3.2%，平均晶粒尺寸减小了约0.37μm，抛光表面的残余应力约为139.6 MPa。分析得出，随着C元素含量的减少，试样表面浅层金属发生软化，从而表面显微硬度降低；Cr元素含量的减少弱化了不锈钢的钝化能力，同时晶粒细化与残余拉应力的存在为腐蚀性Cl-提供了快速扩散路径，使得试样自腐蚀电流密度明显提高。     

激光清洗2A12铝合金复合漆层的技术研究

采用脉冲激光器对2A12铝合金基体表面涂覆的环氧树脂底漆与丙烯酸聚氨酯面漆进行激光清洗试验,针对激光清洗表面的形貌、粗糙度及元素含量进行分析。结果表明：在激光能量密度和激光扫描速度分别为4.45 J/cm²和8 mm/s时,能完全去除面漆且底漆保留完好,并获得了最接近底漆层原始厚度的残余漆层;在此激光能量密度下,当激光扫描速度为5.5 mm/s时,能完全去除复合漆层,且此时阳极氧化膜层的微观形貌完好,氧元素质量分数约为40%,清洗表面的粗糙度R_a=1.138μm。当参数组合为3.56 J/cm²和6 mm/s时,也能完全去除面漆且底漆保留较好;当激光能量密度为4 J/cm²和激光扫描速度为5 mm/s时,能完全去除复合漆层,此时阳极氧化膜表面上氧元素的质量分数约为34%。本研究证明了通过选择合适的激光工艺参数组合能够调控激光清洗质量,验证了激光分层清洗的可行性。     

AZ31B镁合金CO2气体激光熔凝的微观组织与磨损性能

以AZ31B镁合金为对象,对其进行CO2气体激光表面熔凝处理,采用金相观察、X射线衍射分析、硬度测试及摩擦磨损试验等手段,研究了激光熔凝层及原始镁合金的微观组织结构及磨损性能。激光功率P＝3 300 W,扫描速度v＝360 m/s时熔凝层是由α-Mg和β-Mg17Al12组成,且熔凝层的相含量比母材多。熔凝层的微观组织以树枝晶为主,枝晶组织发生了明显的细化。由于细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用,熔凝层的显微硬度提高了大约2倍。原始镁合金的磨损以磨粒磨损和氧化磨损为主,而熔凝层以磨粒磨损为主,熔凝层的耐磨损性能也得到了改善。     

Fe_xCoCrAlCu/Q235激光合金化层组织及性能研究

采用激光合金化法在Q235钢表面制备FexCoCrAlCu(x=0,0.5,1,2)高熵合金涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计对激光合金化层的相结构、显微组织、化学成分和硬度进行分析。结果表明,不同Fe含量的FexCoCrAlCu/Q235高熵合金化涂层均为具有简单体心立方(BCC)结构的固溶体,合金化层与基体间呈良好的冶金结合,显微组织为典型的枝晶组织,固溶体组织中出现了成分偏析现象。激光合金化层的显微硬度远高于基材Q235钢,且随着Fe主元含量的增加,涂层显微硬度呈下降趋势。FexCoCrAlCu/Q235激光高熵合金化层由表面至基材体系的混合熵呈高熵-中熵-低熵梯度变化。     

皮秒激光抛光KDP晶体的工艺研究

为了改变KDP晶体精密加工难和效率低的状态,采用皮秒超快激光抛光KDP晶体的新方法,系统地研究了激光波长、单脉冲能量密度、激光束入射角、光斑搭接率、扫描方式以及激光焦深等因素对激光抛光KDP晶体质量的影响规律,并对激光与KDP晶体的相互作用机理进行了分析。结果表明,在皮秒激光波长λ=355nm、聚焦镜焦距f=56mm、激光束入射角α=84°、激光重复频率F=800kHz、脉冲能量密度Q=2.4J/cm2、光斑搭接率O=60%、45°多方向交叉扫描以及加工次数T=10次的优化参量条件下,KDP晶体表面粗糙度均方根值可达到76nm。这一结果使激光抛光技术的研究得到了进一步补充。     

激光熔覆Ni基WC/Cr_3C_2涂层显微组织和耐蚀性研究

利用大功率CO2激光器在45钢表面激光熔覆制备Ni基WC/Cr3C2涂层。使用电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和M352电化学测试系统对熔覆层成分、物相组成、显微组织和耐蚀性进行研究。结果表明,Ni基WC/Cr3C2熔覆层表面光亮无裂纹,润湿性和脱渣性良好。熔覆层主要由Cr2Ni3、γ-(Fe,Ni)、Ni17W3、Fe0.64Ni0.36、WC、Cr7C3和CrSi2等物相组成。熔覆层底部为发达的树枝晶,树枝晶和枝晶间都含有大量的Fe元素;中部为γ-(Fe,Ni)基体上分布着大量长条状碳化物Cr7C3以及少量零散分布的菊花状硅化物CrSi2等强化相;顶部组织与中部相似,但晶粒更加细小致密。Ni基WC/Cr3C2熔覆层自腐蚀电位为-395.9 mV,自腐蚀电流密度为2.75μA/cm2,耐蚀性较Ni基WC涂层明显提高。     

低能量密度气体激光熔凝AZ31B镁合金的微观组织与磨损性能

为提高镁合金表面的耐磨性,利用5 kW横流连续CO2激光器在AZ31B镁合金表面采用低能量密度激光能量制备了无裂纹、气孔等缺陷的熔凝层。通过光学显微镜、X射线衍射仪观察分析熔覆层的宏观形貌、微观组织和物相,并利用显微硬度仪、磨损试验机测试熔覆层的显微硬度和耐磨性。研究结果表明:熔覆层由α-Mg和β-Mg17Al12组成,晶粒明显细化。采用低能量密度工艺即激光功率P=2 kW、扫描速度v=15 mm/s、激光能量密度E=26 J/mm2时,晶粒细化程度和β-Mg17Al12强化相综合强化效果最好,即显微硬度最高,为50 HV0.05～79 HV0.05比基体提高了13.64%～64.58%;耐磨性改善程度最好,磨损量是原始镁合金的40%,耐磨性提高60%。说明采用低能量密度且高功率快速扫描的工艺可以获得显微硬度和耐磨性改善程度最高的激光熔凝层。     

基于连续激光探测的脉冲激光热抛光能量密度实时控制系统

讨论了激光热抛光时工件表面上的能量密度的控制原理及实时控制方法,研制了一套激光能量密度实时控制系统.采用连续激光源和CCD-FPGA图像处理反馈模块,实时控制在待抛光物体上的光斑面积大小进而实现脉冲激光能量密度的恒定.利用激光抛光系统对316L不锈钢进行实验,分析了恒定脉冲激光能量密度的方法和研制的激光抛光系统的特性,研究表明经脉冲激光热抛光后其表面粗糙度大幅度降低,由292.3 nm降至146.6 nm.     

高强钢表面海洋生物膜层纳秒脉冲激光清洗质量与脱附行为分析

金属材料在海洋环境下服役时表面会产生海洋生物污损，严重影响材料的服役寿命，必须对其进行定期清理。以30Cr3高强钢表面海洋生物膜层为清洗对象，采用纳秒脉冲激光清洗海洋生物膜层，对比分析海洋生物膜层激光清洗前后的宏观形貌、微观形貌、元素组成与表面粗糙度，通过高速摄像设备观察清洗过程中的脱附行为，探究不同激光能量密度对海洋生物膜层激光清洗质量与脱附行为的影响。结果表明：黄海海域中浸泡的高强钢表面海洋生物膜层包含主要由有机成分构成的胞外聚合物(EPS)层和主要由石灰质构成的表面硬质附着物两种组分，在不损伤基材的前提下，纳秒脉冲激光清洗高强钢表面海洋生物膜层的效果随激光能量密度的增大而增强，采用9.95 J/cm²的激光能量密度清洗效果最佳，清洗后表面无海洋生物膜层成分残留，表面粗糙度S_a=17.31μm，较清洗前下降约47.8%，其中，EPS层主要通过烧蚀分解去除，而表面硬质附着物主要通过热弹性振动从表面剥落去除。     

纳秒激光辐照铝合金诱致颗粒物产生规律

颗粒污染物是高功率激光装置光学元件损伤的诱因之一,掌握污染物产生规律是解决污染诱致损伤问题的基础。针对本色氧化工艺处理前后的5052铝合金样品,研究了激光辐照样品诱致亚微米和微米尺寸气溶胶颗粒的产生规律,分析了激光能量密度、脉冲数目、激光光斑直径、表面粗糙度等参数对颗粒物数量的影响。结果表明:颗粒物数量和激光光斑面积呈正相关;激光能量密度低于烧蚀阈值时,颗粒物产生于第一个脉冲辐照过程,高于烧蚀阈值时,表面颗粒物数量随着激光能量密度增加而逐渐增加;随着激光脉冲数目的增加,本色氧化5052样品产生颗粒物的数量逐渐增加,而5052样品产生颗粒物的数量变化不明显。两种不同表面工艺样品产生颗粒物的规律存在较大差别;低于烧蚀阈值时,两种样品产生的颗粒物数量相当;在烧蚀阈值附近时,颗粒物数量存在陡增现象;高于烧蚀阈值时,本色氧化5052样品产生的颗粒物数量显著多于5052样品。研究结果为高功率激光装置中铝合金表面处理和洁净控制提供了参考依据。     

AZ91HP镁合金真空激光熔凝的微观组织与性能

在真空条件下对AZ91HP镁合金进行了激光熔凝处理。研究结果表明,镁合金激光熔凝层均是由α3/Mg和β-Mg17Al12相所构成,且随激光扫描速度的增加,β-Mg17Al12相的相对含量降低。随着激光扫描速度的增加,由于熔凝层组织细化,致使其硬度、耐磨性、减磨性和耐蚀性增加,但因熔凝层中β-Mg17Al12相的相对含量较高,使得激光熔凝层的耐蚀性较镁合金为低。