熔石英光学元件加工亚表面缺陷检测及抑制技术研究进展

熔石英材料因具有硬度大、热膨胀系数低、透射光谱范围广等良好的机械性能和热学、光学特性,广泛应用于国防、航天等领域中关键光学元件的制造.作为一种典型的硬脆材料,在传统的研磨抛光加工中,不可避免地会引入亚表面层的微裂纹、划痕等结构性缺陷,这些缺陷会严重降低熔石英元件在高功率激光使用环境下的激光损伤阈值,并影响其在高冲击载荷...     

湿法化学刻蚀技术处理抛光熔石英元件

为了提高熔石英元件的抗激光损伤能力,采用基于氢氟酸刻蚀的湿法化学技术去除元件内的激光损伤诱因。利用不同的氢氟酸溶液处理经氧化铈抛光的熔石英元件,并对元件的刻蚀速率、表面洁净度、粗糙度、透过率和激光损伤性能进行评价。研究结果表明,与传统的静态刻蚀相比,在质量分数为6%的氢氟酸刻蚀溶液中引入能量密度约为0.6 W/cm^2的兆声能量对元件的溶解速率和激光损伤性能没有明显的提升作用;化学刻蚀产生的沉积物对元件表面粗糙度和透过率均有不利影响,且沉积物比例与所用的刻蚀液成分和浓度密切相关;经质量分数6%或12%的纯氢氟酸溶液刻蚀(5±1)μm深度后,熔石英元件的激光损伤阈值相比于未刻蚀元件提升了约1.9倍;熔石英元件的激光损伤性能与表面粗糙度和透过率之间不是简单的线性关系,但激光损伤阈值较理想的元件(>20 J/cm^2@3ns)往往具有较光滑的表面,即表面粗糙度<2 nm,由此可以确定有利于熔石英元件激光损伤性能的刻蚀条件,并获得元件表面粗糙度的控制指标。     

光学元件改性处理对激光损伤阈值的影响

针对355nm激光作用于熔石英光学元件后其损伤阈值容易变差的问题,提出使用1.7%纯HF溶液和0.4%HF与1.2%NH4F混合的BOE溶液对样品进行处理来提高它们的激光诱导损伤阈值(LIDT)。在相同的条件下将熔石英光学元件浸没到上述两种不同的刻蚀溶液中进行处理,通过测量刻蚀过程中元件重量变化来计算刻蚀速率,利用Zygo轮廓仪测试元件表面粗糙度,然后对355nm激光照射下熔石英元件的损伤阈值情况进行研究。损伤测试表明,LIDT与元件的材料去除深度有关系,用两种刻蚀液刻蚀去除一定深度后,LIDT均有增加,但是进一步去除会显著地降低元件的LIDT。在处理过程中,这两种刻蚀液的去除速率都很稳定,分别为85.9nm/min和58.6nm/min左右。另外,元件表面的粗糙度会随着刻蚀时间的增加而变大。在刻蚀过程中还通过纳米技术测量了熔石英元件表面的硬度及杨氏系数,不过没有证据表明其与激光诱导损伤有明确的关系。     

磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值,研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先,采用不同工艺制备熔石英元件,测量它们的表面粗糙度。然后,采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS)检测磁流变加工前后熔石英元件中金属杂质元素的含量和深度;采用1-on-1方法测试激光损伤阈值,观测损伤形貌,并对损伤坑的形态进行统计。最后,分析了磁流变抛光工艺提升熔石英损伤阈值的原因。与未经磁流变处理的熔石英元件进行了对比,结果显示:磁流变抛光使熔石英元件的零概率激光损伤阈值提升了23.3%,金属杂质元素含量也显著降低,尤其是对熔石英激光损伤特性有重要影响的Ce元素被完全消除。得到的结果表明,磁流变抛光工艺能够被用作HF酸动态酸刻蚀的前道处理工艺。     

机床导轨激光熔覆修复技术的研究

阐述了光纤激光熔覆技术的原理和特点,介绍了光纤激光再制造的设备,采用激光熔覆技术对机床导轨的磨损表面涂覆合金耐磨层,并对导轨激光熔覆过程温度场进行了有限元分析.结果表明,光纤激光熔覆修复技术可显著提高导轨表面的硬度、耐磨损性、使用寿命以及机床整体的加工精度.     

激光熔覆技术在零件修复上的应用

激光熔覆技术在20世纪后期逐步发展起来,国际上对此有着大量报道,其应用前景十分广阔,国内近两年也有了许多成功经验。 激光熔覆是一种新的表面改性技术,它通过在基材表面添加熔覆材料,并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起快速熔凝,在基材表面形成与基材相互融合的且具有完全不同成分与性能的合金覆层。与传统修复方式相比这种技术有着如下几种独特优势。     

大尺寸熔石英采样光栅的研究进展

综述了近五年来为神光装置研制大口径熔石英采样光栅所取得的主要进展。提出了大尺寸采样光栅的化学机械抛光技术,将全息光刻-离子束刻蚀的430mm口径采样光栅的采样效率均匀性控制在均方根值低于5%,满足了采样光栅的设计要求。针对采样光栅的阈值特性,利用二次离子质谱技术,定量表征了采样光栅制备过程中引入的污染及其清洗效果,优化、发展了采样光栅的清洗方法。探索了基于氢氟酸和感应耦合等离子体刻蚀的熔石英基底处理技术,结合干湿法处理技术来去除熔石英光栅基底的亚表面损伤。为进一步提升采样光栅抗激光辐射损伤特性,提出将发展大尺寸熔石英采样光栅的氢氟酸处理方法及具有亚波长减反光栅结构的采样光栅的制备方法。     

激光熔覆技术在DA540-41压缩机转子上的应用

介绍了DA540-41型氧化氮压缩机转子轴承位轴颈严重磨损后通过激光熔覆修复重建的工艺方法.阐述了激光表面熔覆技术的原理及性能特点.这种激光熔覆技术在材料表面改性技术中的应用将促进高质量、低成本的材料改性技术的发展.     

镁合金激光加工技术的研究

在综述国内外镁合金激光切割、激光焊接、激光表面改性等技术的基础上,对镁合金的激光加工技术进行了研究。结果表明：激光切割AZ31B镁合金,切缝窄细平直,垂直度为0．05mm,切面波纹小且分布规律,热影响区不明显;激光焊接镁合金,焊缝成形好,气孔少,热影响区小;AZ31B镁合金激光熔凝处理后,晶粒得到细化,硬度和耐磨性都得到提高。     

利用激光熔敷技术修复齿轮轴

阐述了用激光熔敷技术修复严重腐蚀磨损的齿轮轴.简要介绍了激光熔敷技术和特点,修复后的检测运行结果证明,使用该工艺方法达到了预期的效果.     

冲压模具激光熔覆快速修复与表面强化技术研究

研究了一种激光熔覆快速修复与表面强化冲压模具的新技术,该技术特点是采用激光熔覆的方法和专用Ni基碳化钨合金粉末对模具的破损部位进行修复或对模具的表面进行强化.应用该技术对破损的高硬压轮模具进行了修复,得到了无气孔与裂纹的金属陶瓷层,延长了高硬压轮模具的使用寿命.     

强光光学元件加工技术发展

面向强光光学元件的低损伤制造,概述了关联激光损伤性能的损伤前驱体检测表征方法,提出纳米尺度污染与化学结构缺陷等损伤前驱体是低损伤加工过程需要关注的焦点;结合光学元件加工方法的发展进程,探讨了基于化学辅助磁流变抛光和离子束溅射清洗技术的纳米损伤前驱体的抑制方法,以有效减少纳米级污染和化学结构缺陷;提出强光光学元件制造面临的三个挑战,为实现强光光学元件清洁制造提供参考。     

中镍铬合金铸铁的激光熔覆修复研究

本文是利用转镜扫描技术得到的线光斑对中镍铬合金铸铁窄带激光熔覆,为了减少试验次数,并排除不必要的试验参数,用正交试验法对激光熔覆处理效果的最大影响因素(P、V、B或D)进行试验方案设计.最后对试验结果进行分析比较获得最佳工艺参数.     

基于激光熔覆的绿色再制造技术研究

为了实现轴类零件的修复,搭建基于激光熔覆技术的绿色再制造系统,该系统由功率为6 kW的CO2激光器、四轴工作台、送粉机构、数控系统等硬件设备和激光绿色再制造系统驱动软件组成.以轴类为典型零件、Ni60A合金粉末为熔覆材料,对激光绿色再制造工艺技术进行研究.通过研究分析激光功率、熔覆速度、送粉量、熔覆间距等主要参数对熔覆层高度、宽度和熔覆层质量等的影响情况,获得了轴类零件激光修复的最佳工艺参数组合,实现基于激光熔覆的绿色再制造技术在生产实践中的应用.     

激光熔覆修复挤压模具技术研究

研究了一种激光熔覆修复挤压模具技术,其特点是采用激光熔覆的方法和专用铁基碳化钨合金粉末对模具的破损部位进行修复。应用本技术对破损的H13钢铝型材挤压模具进行了激光熔覆修复,得到了表面较平整与光滑、无气孔与裂纹的金属陶瓷层,大大提高了H13钢铝型材挤压模具的硬度。     

微型石英晶体谐振器电极激光加工温度场仿真分析

以石英晶体谐振器电极银层的激光刻蚀调频加工过程为研究对象,综合考虑了被加工材料的热物理参数和相应边界条件,利用ANSYS有限元软件仿真模拟了脉冲激光刻蚀加工过程中谐振器电极银层温度场分布情况,分析了不同激光加工工艺参数对材料温度的影响.分析结果表明,温度随与热源中心距离增加而减小,温度场呈近似椭圆形扩散,最高温度随激光...     

激光熔覆技术的工艺过程及应用

激光熔覆技术是一种材料表面改性处理的新技术,具有广阔的应用前景。本文首先介绍了激光熔覆层的成形状况,对熔池成分的均匀化机理进行了分析,针对熔覆层容易产生裂纹的缺陷,从技术层面提出了解决和缓解的办法。阐述了激光熔覆工艺过程中合金粉末和保护气体的选择原则、合金粉末的供给方式、激光工艺参数的预定以及合金粉末和激光工艺参数的优化流程。简述了激光熔覆技术在零件表面修复、汽车、航空航天和生物医学等领域的应用状况,最后指出激光熔覆技术在今后进一步的研究重点。     

微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术

微结构光学功能元件在航空航天、机械电子、光学以及光电子领域都具有非常重要的应用价值和极其广阔的应用前景,针对其大批量复制用模具的超精密磨削加工技术也越来越受到重视。微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术不同于传统的磨削加工技术,是在模具表面加工制造出各种不同形貌、不同尺度、不同维数并具有不同光学功能的微小几何结构。结合目前国内外微结构表面超精密制造技术的研究和发展,对微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工技术进行综述。介绍超精密磨削加工技术在微结构表面制造中的应用,分析目前微结构光学功能元件模具超精密磨削加工中存在的关键技术问题,并对微结构光学功能元件模具的超精密磨削加工发展趋势进行预测。     

风机主轴轴颈的激光熔覆修复试验研究

为了使修复材料熔覆层力学性能满足原风机主轴材料的性能,本文研究了与修复主轴母材同化学成分的合金粉末的激光熔覆修复技术.通过试验研究和修复实践证明了该技术方法具有可行性.