基于脉冲激光离散划痕技术的涂层表面动态应变实验研究

脉冲激光离散划痕过程中,激光冲击波动态加载及界面破坏在瞬间完成。其所包含的脱粘、裂纹扩展、翘曲、断裂和剥落往往无法分辨。为了准确判断涂层失效的临界点,提出一种利用应变诊析膜基系统失效临界点的方法。利用双面胶作为粘结剂,2024铝合金为基体,304不锈钢箔为涂层构建膜基系统理论模型,采用PVDF贴片传感器技术研究了脉冲激光作用下不同理论模型涂层表面的动态应变。结果表明:脉冲激光作用下,涂层表面的动态应变不断往复变化,最终趋于平衡,整个过程在微秒量级的时间内完成。同时,涂层表面的动态响应与膜基系统界面结合状况有关,膜基系统结合完好时,涂层表面的动态响应时间长,得到的最终应变量小。膜基系统全完脱粘时,涂层表面的动态响应时间短,最终应变量大,膜基系统刚开始脱粘的试样介于两者之间。     

激光冲击强化对激光焊接件气蚀行为的影响

采用高能激光束对厚板激光焊接件进行激光冲击强化(LSP)处理,并利用X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、高精度电子天平和扫描电镜(SEM)观察分析手段研究了激光冲击强化对激光焊接件抗气蚀性能的影响。试验结果表明,增加激光冲击强化脉冲能量气蚀后,激光焊接件马氏体强度相对提高、马氏体剥落得到抑制,表面和横截面硬度增加,累积质量损失和表面气蚀破坏面积减小。随着激光能量的增加,马氏体晶粒细化,气蚀后表面起伏组织变浅、变疏,表面裂纹萌生扩展得到减缓抑制,因此激光焊接件抗气蚀性能增强。另外,激光焊接件焊缝区的抗气蚀性能优于热影响区(HAZ)的抗气蚀性能。     

激光斜冲实验与理论研究

金属板材的激光冲击成形通常采用激光束沿法向作用于零件表面,产生垂直于表面的冲击波作用力,但在曲面零件冲击成形时很难满足每次都为法向垂直冲击,因此非常有必要进行斜冲击研究。用钕玻璃激光器斜冲击LD31(6063)板料,并使用千分尺对变形特征进行了测量,实验表明等离子体的迎光性以及等离子体与激光之间的相互作用使得等离子体逆着激光方向斜膨胀,产生的应力波则顺着激光方向斜冲击板料,造成了被冲击板料变形的偏心。在激光能量约为42 J,脉冲宽度约为23 ns,光斑直径为8 mm,入射角度约为0°,30°,60°时,板料的偏心依次为1.00 mm,1.68 mm,3.77 mm,深度方向变形依次为5.60 mm,5.00 mm,3.00 mm,变形最大点显微硬度提高率依次为50%,33.3%,25%。     

激光冲击参数对2024铝合金冲击区域的主应力及其方向的影响

为了研究不同功率密度对激光冲击诱导的残余主应力及其方向的影响,采用5种不同功率密度对2024铝合金进行冲击,用X射线应力分析仪测量3个方向的残余应力,计算出残余主应力及其方向。结果表明,激光功率密度对冲击区域的残余主应力幅值、主应力方向角的分散程度、应力强度及最大切应力有影响;对于2024铝合金,功率密度为2.8 GW/cm2时,残余最大主应力的方差为1987,主应力方向角的方差为13905,残余应力分布均匀,主应力方向角分散,但残余最大主应力的均值为-158 MPa;功率密度为2.1 GW/cm2时,残余最大主应力的均值为-239 MPa,冲击区域的残余应力值最大,但残余最大主应力的方差为5471,残余应力分布均匀性差。     

4Cr13量具钢残余应力测定分析

从尺寸稳定性着手,针对4Cr13马氏体不锈钢200℃回火20小时、120℃回火70小时、振动时效三种时效处理工艺,用X射线衍射测量分析其表面残余应力的分布情况。结果表明,从消除残余应力的角度看,热时效比振动时效具有显著的效果,200℃回火20小时工艺较120℃回火70小时工艺具有显著的效果。     

涂层界面失效破坏临界位置的理论分析与实验研究

根据红外激光划痕时在涂层表面产生的温度场的理论分析,找出涂层界面失效破坏的临界位置.在实验研究中,分析红外热成像仪对激光划痕涂层的实时温度检测结果,表明在涂层逐渐失效破坏的过程中,其表面的温度状况呈现出与理论分析结果相一致的两阶段的变化,进而说明了温度变化的转折点即是该涂层从基体脱落下来的临界位置;并通过计算得知,该涂层临界脱落点对应的激光辐射功率大约为31.92 W,这一结果直接反映了该涂层与基体结合强度的情况.     

QT600-3凸轮轴表面激光相变硬化的实验研究

用（L93^4）正交试验法研究QT600-3凸轮轴激光相变硬化工艺参数优化组合,分析了凸轮轴激光相变硬化方法。试验结果表明：激光相变硬化层显微硬度比等温淬火提高了50％;硬化层深达0．5mm;耐磨性提高了1倍;表面残余应力为压应力。能满足凸轮轴工作要求,为改进凸轮轴表面处理方法提供了依据。     

QT600球墨铸铁激光淬火相变层残余应力测试研究

利用CO2激光器对QT600球墨铸铁进行了激光淬火处理试验,用X-350A型X射线应力仪测定QT600激光淬火后的表面及其断面残余应力规律,分析了QT600激光淬火后的残余应力形成机理。试验结果表明,在CO2激光工艺参数为输出功率P=800-1200W、光斑直径=3.5-4.0mm、扫描速度V=6-8mm/s的条件下,QT600激光淬火后的残余应力均为压应力,其值在-250MPa以上。在QT600材料表面及断面上测定了Ψ=0°4、5°和90°方向上的残余应力,其值的变化范围小,表明淬火后材料组织结构比较均匀,无明显织构,有利于提高材料的使用寿命。     

宽带光束与同轴粉末流耦合规律及熔覆层成形特征

利用高功率宽带平顶光束进行熔覆试验,采用高速摄像机和图像处理软件,建立了宽带光束-同轴粉末流耦合模型,研究了不同送粉器粉盘转速和载气流量下激光束与同轴粉末流的耦合特性和规律,并通过金相显微镜和体视显微镜分析不同光粉耦合形态下熔覆涂层的成形特征与规律,构建了光粉耦合特性与熔覆层成形的关系。结果表明:在载气流量不变的条件下,随粉盘转速增加,粉末流与激光束的耦合位置逐渐由宽带光束内变成宽带光束外,粉末流汇聚点焦距增大,汇聚直径先增大后保持不变;在基体处的区域由焦柱粉流区变为环状粉流区,熔覆层宽度略减小,高度和接触角增大,粉末利用率先增大后减小,稀释率减小。在粉盘转速不变的条件下,随载气流量增加,粉末流与激光束的耦合形态不变,粉末流位于宽带光束外,粉末流汇聚点焦距先增大后减小,汇聚直径先增大后保持不变;在基体处的区域由环状粉流区变为焦柱粉流区,熔覆层宽度先增大后减小,高度和接触角先增大后保持不变,粉末利用率先增大后减小,稀释率减小。当粉盘转速为1.2 r/min,载气流量为4 L/min时,能够获得较好的成形质量。     

激光划痕法膜基界面的温度场及应力场分析

为了对膜基系统的温度分布和应力分布进行模拟研究,采用ANSYS有限元分析软件,对高斯移动激光加载条件下TiN薄膜的温度场和由温度场产生的应力场进行了稳态分析。研究结果表明,温度场随激光光源的移动而移动,温度场中温度最大点在激光光斑中心处,且激光光源移动方向后方的温度场有较大的迟滞现象。在膜基系统中产生的应力场主要集中在薄膜内部。温度场和应力场的研究对探讨膜基系统失效进程具有重要意义。