聚氨酯基红外-激光兼容隐身涂层性能研究

以三氧化二铬包覆片状铝粉粒子(Al/Cr2O3)为填料,聚碳酸酯基水性聚氨酯为粘合剂,涂敷于玻璃片上,自然干燥制得涂层。研究了粘合剂、填料及它们的加入量对涂层红外发射率和激光反射性能的影响。采用红外发射率测量仪和可调谐CO2激光器测试涂层在8～14μm红外发射率和10.6μm激光反射性能。结果表明:使用的粘合剂较普通水性聚氨酯发射率低,固定粘合剂量,改变填料加入量,涂层在8～14μm波段发射率和10.6μm激光的反射性能都随着包覆粒子的增加而减小,当加入量达到30%时,涂层的红外发射率可以降低至0.688,激光反射能量降至初始入射能量的1%,且涂层综合物理性能良好,达到红外—激光兼容隐身的要求。     

吸收剂对激光塑料透射焊接质量影响的研究

本文首先介绍了黑色薄膜的制作;其次讨论了两种吸收剂黑色薄膜和黑漆涂层对激光辐射能量吸收的影响,主要包括两个方面,薄膜厚度对热量吸收的影响和碳黑的含量对热量吸收的影响,研究发现吸收薄膜厚度≥0.09mm就能吸收所有的红外辐射能量;碳黑含量为0.07%是吸收能量的理想值;最后,对使用两种吸收剂的焊接样品质量进行对比,发现黑漆涂层的焊接质量远比黑色薄膜的要好.     

EPDM基涂层在8～14μm波段红外低发射率的研究

以三元乙丙橡胶(EPDM)为粘合剂,通过优化填料的种类、用量和形貌制备了在8～14 μm波段红外发射率为0.14的EPDM/Cu、EPDM/SS涂层.分别对涂层进行红外发射率、反射率、导电率测试,并采用红外吸收光谱(IR)、扫描电镜(SEM)对其进行结构、形貌表征,从涂层反射、电导率、化学结构、微观形貌等角度分析了涂层低发射率的形成机理.对低发射率涂层样品进行耐温性、附着力,硬度等测试表明该涂层的工程应用性能优良.     

低红外发射率复合涂层最佳颜料含量模拟方法

研究了一种可用于低红外发射率复合涂层最佳颜料含量模拟的方法.基于低红外发射率复合涂层的微结构特征,引入一维光子结构的相关理论以模拟计算低红外发射率复合涂层的最佳颜料含量.为验证上述方法的可行性,采用片状铝粉为颜料,聚氨酯为粘合剂制备了两种低红外发射率聚氨酯(PU)/铝(Al)复合涂层.分别采用模拟计算和实验验证的方法对...     

红外激光划痕涂层的应力应变理论分析

为研究涂层的热应力和应变与涂层结合强度之间的关系,对红外激光划痕后的涂层的热应力应变进行了理论分析,建立了涂层的热应力理论模型和应变公式.红外激光划痕涂层的试验结果表明,激光划痕后涂层在沿其厚度方向上的应变量有明显的突变过程,突变点的位置即是涂层从基体脱离下来的临界位置;激光划痕时涂层的剥离应力随涂层的温度增大而增大,并会呈现出两个阶段过程变化,进而说明了两个阶段之间的转折点反映了涂层结合强度的大小.     

激光重熔对CoCrAlYTa涂层组织及氧化性能的影响

采用等离子喷涂工艺在Co基合金表面制备CoCrAlYTa-Al_2O_3-ZrB_2复合涂层,并采用激光重熔工艺对涂层进行处理。通过扫描电镜(SEM)、和X射线衍射仪(XRD)对重熔前后试样进行检测,分析涂层的微观结构及物相组成,同时对涂层进行高温氧化实验,比较重熔前后试样的性能。结果表明,激光重熔消除了等离子喷涂层的片层状结构、孔隙等缺陷,涂层致密性有很大提高;激光重熔层截面显微硬度从平均899.47 HV提高到929.484 HV;激光重熔层氧化增重速率约为等离子喷涂层的1/6,且氧化膜均匀致密,有效阻止氧化的进一步进行,从而大大提高涂层的抗氧化性能。     

脉冲和连续模式下玻璃纤维复合材料激光脱漆技术研究(特邀)

采用波长为1 064 nm的纳秒激光器脉冲模式和连续模式分别对玻璃纤维增强树脂基复合材料表面涂覆的浅灰色防雨蚀涂层和抗静电涂层进行激光清洗实验,研究不同模式下激光参数对清洗效果的影响规律。通过SEM观察清洗后材料表面及清洗产物的微观形貌,运用EDS、FTIR分别检测清洗前后材料表面元素含量与化学官能团,采用COMSOL Multiphysics对清洗过程中的温度场进行分析。结果表明：去除单层抗静电涂层时,脉冲激光能完全去除该涂层且防雨蚀涂层损伤较小;去除双层涂层时,脉冲激光作用下试板表面有残余涂层,且易损伤下层清漆、树脂和纤维,而连续激光则可完全去除表面双层涂层,获得清洁的清漆表面。脉冲模式的去除机制主要为热弹性振动效应,连续模式下涂层的去除机制主要为热烧蚀效应。研究结果可为航空复合材料表面激光脱漆技术的激光模式选择提供参考。     

激光晶体的微观缺陷与宏观光学性质

激光晶体的微观结构与其宏观光学性质密切相关。晶体的宏观光学性质是其微观结构的表现。晶体的微观缺陷,直接影响晶体的物理和光学性质。本文用固体理论对常用的几种激光晶体的微观缺陷和宏观光学性质的关系进行了分析和论证,并与实验作了比较。一、晶体微观缺陷的宏观表现晶体的微观结构与其宏观性质密切相关。晶体的微观缺陷,直接影响晶体的物理和光学性质。例如,理想的Nd~(3 ):YAG激光晶体,是具有空间对称性的立方晶体,它的各向异性     

激光熔覆Ta-W合金涂层工艺方法研究

采用预置涂层和同轴送粉激光熔覆方法,分别以Ta/W混合粉末和纯W粉末为熔覆材料,纯Ta为基底,在Ta板上制备Ta-W合金涂层,对难熔金属材料的激光熔覆工艺方法进行了对比研究。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及显微硬度计对两种方法所制备熔覆层的微观组织和显微硬度进行了分析。结果表明,预置粉末法激光熔覆层厚度均匀,稀释率低,涂层内部为粗大的Ta-W合金固溶体组织,熔覆层平均硬度为1500HV,高于基底10倍。同轴送粉法激光熔覆层与基底呈良好的冶金结合,熔深较大,涂层内部为致密细小的树枝状Ta-W合金固溶体,均匀分布于Ta中。涂层平均硬度为800HV,为基材的5倍。     

一种水性聚氨酯涂层红外发射率的研究

本文以铝粉作为功能填料,分别与水性聚氨酯和溶剂型聚氨酯配合制备了红外低发射率隐身涂层,并采用红外光谱、扫描电镜等手段测试了涂层的力学性能、耐溶剂性能和法向红外发射率性能。结果表明,两种功能涂层在力学性能和耐溶剂性能方面性能相当。水性涂层在3~5μm和8~14μm窗口内发射率分别为0.33和0.52,高于溶剂型涂层的0.32和0.39;涂层的发射率随着铝粉粒径的增大而降低,当粒径约为45μm时,涂层的红外发射率可降至0.34@3~5μm和0.42@8~14μm,这与溶剂型聚氨酯涂层的发射率相当。因此,采用水性聚氨酯替代溶剂型聚氨酯制备低污染性、环境友好的红外隐身涂层是有可能的。     

基于PLS的飞机CFRP激光除漆LIBS监测判据研究

激光分层除漆的可靠性与可控性依赖于有效的在线监测技术,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术能有效监控激光除漆过程。本文采用激光去除飞机碳纤维复合材料(CFRP)表面漆层,并基于高重频激光除漆LIBS在线监测平台,在线采集除漆过程所激发的面漆和底漆2类光谱共60组。分别建立了基于主成分分析(PCA)和偏最小二乘法(PLS)的判别和预测模型,研究了激光分层除漆过程中LIBS光谱的分类判别。PCA模型前两个主成分累计贡献率达到了79.2%,PLS-DA模型前两个主成分累计贡献率达到了85.5%。PLS回归模型校正标准差(RMSEE)为0.142923,均方根误差(RMSEcv)为0.152053,模型的预测标准差(RMSEP)为0.142421,对20组激光清洗面漆和底漆的混合数据集进行预测,预测准确率达100%。结果表明PLS判别模型比PCA模型分类判别效果更好,PLS预测模型实时评估和自动分类漆层具有较好的预测精度。本研究可为LIBS在线监测激光除漆过程,实现自动化、智能化的激光除漆提供技术支持。     

飞机蒙皮的激光除漆技术研究

激光清洗在再制造行业、微机电系统（MEMS）和超精密加工行业具有重要的应用前景,飞机蒙皮激光脱漆技术是激光清洗技术中的一个重要分支。利用10.6 m的高重复频率CO2激光器对飞机蒙皮（LY12铝合金板材）上的90 m厚的双层复合油漆层进行去除。研究结果表明,通过选择合适的扫描间距、激光功率密度及扫描次数,成功地将飞机蒙皮表面的两层油漆层完全去除,通过对比试验测试飞机蒙皮在激光除漆前后的抗拉强度、屈服强度、维氏硬度以及粗糙度等力学性能,发现激光除漆未损伤基底且未改变其力学性能。该种除漆方式较传统除漆方式具有环保无接触、效率高、参数可控以及维护成本低等优点,为在其他领域应用开拓新的方向。     

基于热烧蚀效应的激光清洗仿真模型研究(特邀)

为研究在基于热烧蚀效应的激光清洗中激光参数对清洗效果的影响,根据热烧蚀效应原理、傅里叶热传导方程以及能量守恒定理,使用有限元分析软件建立了热烧蚀动态能量守恒的二维激光清洗仿真模型。在该模型中使用了虚拟第三类边界条件,将薄层-基底系统中的激光烧蚀热功率密度与被烧蚀污渍层边界的法向移动速度进行关联,实现了污渍层烧蚀潜热消耗量与激光烧蚀能量之间的动态能量守恒,明确了质量损失与能量消耗的数学关系,使所建立的模型更加理论自恰和精确可靠。利用该模型理论分析了光斑吸收功率、光斑直径、扫描速度以及扫描能量密度对清洗效果的影响,结果表明：污渍平均残留厚度随光斑吸收功率和扫描能量密度增大而减小,且减小的速率会逐渐变慢,当激光功率过大时,基材会出现损伤;污渍平均残留厚度随光斑直径和扫描速度的增大而变大,但减小光斑直径和扫描速度会降低清洗效率。提出了根据污渍层物性参数与扫描能量密度的对应关系优化激光参数的方法,并对非平整表面污渍层进行了多次不间断扫描的仿真分析,得到了清洗效果随扫描次数的变化规律。该研究结果对激光清洗设备的方案设计、优化改进和使用选型具有一定的指导意义。     

声光复合的激光清洗飞机蒙皮实时监测(特邀)

飞机蒙皮的老化油漆去除是飞机保养维修的重要步骤。较传统的化学清洗方法,采用激光进行清洗具有效率高,污染小等优势,但较高能量的激光存在过度清洗导致基底损伤的问题,所以对清洗过程的实时监控以便及时对激光器做出反馈非常重要。针对此问题提出了基于声光复合法的实时监测方式,在清洗过程中分别对光和声信号进行采集分析。其中对于光谱检测法,采用了激光诱导击穿光谱对不同漆层的差异元素的不同特征峰进行标定,实现不同漆层的反演;声信号检测法是通过对比分析激光烧蚀不同漆层所产生声信号的强度和频率,进行对应漆层的确定,再通过两种方法的结合对比反推回漆层的清洗情况与去除效果,研究表明声光复合法可以实现激光除漆过程的准确实时监控。     

轴快流CO2激光脱漆的实验研究

为了获得工艺参数对激光清洗金属表面油漆层效果的影响,采用波长为10.6μm的轴快流CO2激光去除铝板表面的油漆层,研究了激光功率密度、扫描速度及扫描道间搭接量与油漆去除效果之间的关系.结果表明,脱漆时,激光功率密度存在着起始清洗阈值、完全清洗阈值和基体损伤阈值;增加激光功率,可获得更高的扫描速度和更好的清洗效果;扫描道间搭接量大于40％时,可实现漆板的大面积清洗.     

基于机器视觉的嵌入式铝合金激光除漆检测系统

针对自动化激光除漆领域铝合金表面除漆质量无法快速检测这一问题,设计了基于机器视觉的嵌入式铝合金激光除漆检测系统,嵌入式系统采用工业相机实时采集工作画面;基于Wi-Fi(wireless fidelity)无线模块,通过RTP(real-time transport protocol)和UDP(user datagram protocol)协议实现了工作画面的实时传输,通过TCP(transmission control protocol)协议实现了指令与检测数据的可靠传输;利用机器视觉算法实现了除漆不合格区域的准确检测,实际测试表明,嵌入式激光除漆检测系统能够稳定地传输工作画面、指令与检测数据,可快速、高效地识别除漆不合格区域,检测准确率94%以上。     

TEA CO2激光脱漆实验研究

本文对激光脱漆技术中的一个关键问题———激光能量密度对脱漆效率的影响,进行了实验研究。给出了TEA CO2激光对基底为LYl2的样品进行激光脱漆的实验数据。结果表明,对于本实验所用的样品而言,当激光能量密度为6-8J/cm2之间时,脱漆效率最高,脱漆速度最快。     

1064nm准连续激光除漆研究

激光清洗作为环保节能的绿色清洗方法,在钢铁材料表面除漆领域具有重要的应用前景。利用波长为1064nm,重复频率为0.5～50kHz可调的声光调Q准连续Nd:YAG激光对钢基底表面漆层样品进行了清洗实验和工作机理研究。模拟和实验结果表明,在钢基底表面漆层脉冲激光去除中,阈值清洗条件下有效清洗机理是振动效应,而有基底损伤时有效清洗机理是振动效应和烧蚀效应;对于厚为50μm漆层的钢铁基底,在平均功率20W以上且搭接率为80%时,能够完全清除基板表面油漆而不损伤其基体。在保证激光功率密度和扫描搭接率适当的同时,通过提高激光器输出功率、脉冲重复频率或增加光斑直径,可以获得更好的清洗效果和更高的清洗效率。     

一维热应力模型在调Q短脉冲激光除漆中的应用

讨论了热应力在短脉冲激光清洗油漆过程中的作用,从一维热传导方程出发,计算了由热膨胀产生的热应力以及根据粘附力公式计算出了油漆的粘附力.通过比较热应力与粘附力大小,得到激光清洗油漆的条件,进而建立一维短脉冲激光除漆模型.根据此模型可计算出:波长为1064 nm,脉宽为10 ns的激光清除铁基底上厚度为40μm橙色漆的清洗阈值为0.5 J/cm2;不同能量密度下使得油漆脱落所需的激光作用时间;激光脉冲作用过程中铁基底的温度变化情况.实验所测得的清洗阈值为0.57 J/cm2,与理论结果接近.实验与理论都表明当能量密度过高时,铁基底的温度升高很大,超过其熔点,铁基底被损坏.并考虑了激光清洗铝基底上油漆的情况.