激光重熔处理对铝合金微弧氧化层组织及性能的影响

采用激光重熔处理改善6061铝合金微弧氧化层的耐蚀性,采用光学显微镜、共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、电化学工作站等研究了500～1000 W激光功率下微弧氧化层孔隙率、粗糙度、表面形貌、物相组成及耐蚀性能。结果表明,经过激光重熔处理后微弧氧化层主要由α-Al₂O₃和γ-Al₂O₃两相组成,随着激光功率的增加,γ-Al₂O₃向α-Al₂O₃转化的程度增加。激光功率为500～900 W时微弧氧化层孔隙率先增加后减小,但粗糙度变化不明显;1000 W时微弧氧化层鼓起、开裂,粗糙度、孔隙率增加。激光功率为900 W时微弧氧化层表面微孔孔径减小甚至闭合、裂纹数量减少,孔隙率降至最低,耐蚀性能最好。     

液体辅助激光微孔加工研究进展

随着微孔加工技术的逐渐成熟,激光微孔加工的应用越来越广泛,但依靠单一激光束进行微孔加工仍存在一些问题,尤其是在深孔加工方面,出现了以激光束为主、多能量场辅助的复合打孔技术,并逐渐成为了热点。针对液体辅助激光微孔加工研究领域,总结了水基辅助激光打孔、水基超声振动辅助激光打孔、水基超声?磁场辅助激光打孔和电解液/水射流辅助激光打孔等方法。在水基的基础上,加入了超声、磁场和温度场,使得辅助场变得多元化,在多层面上进行复合加工。介绍了不同辅助加工方法的去除材料机理及加工后材料特性的变化,水起到冷却的作用,但在水层下会形成空化气泡,超声振动可以击溃气泡,磁场和温度场为材料残渣提供了能量,具体表现在热效应、材料去除速率、打孔深度、重铸层及裂纹等方面。影响微孔质量的因素有微孔锥度、深径比、孔的圆度、重铸层厚度、热影响区、微裂纹和粗糙度等,主要对微孔锥度、深径比及其他指标进行了分析,总结了加工方法对微孔质量的影响。     

清洗工艺对GH4099蜂窝夹层结构钎焊性能的影响

目的 研究激光清洗和离子轰击对GH4099蜂窝夹层结构钎焊性能的影响,优化GH4099蜂窝夹层结构焊前清洗工艺。方法 分别用400#砂纸、不同激光功率(60~200 W)、不同离子轰击时间(1~2 h)对GH4099带材表面进行了砂纸打磨、激光清洗和离子轰击试验,分析了激光清洗和离子轰击对GH4099表面形貌、O元素含量、BNi2钎料润湿性的影响,测试了不同清洗工艺下蜂窝夹层结构钎焊接头的拉伸性能。结果 随激光功率从60 W增加到100 W,GH4099表面O含量逐渐降低,表面粗糙度逐渐增大,钎料润湿面积百分比增加到83.5%,润湿性增加。当激光功率大于100 W时,表面残留网状分布的氧化物,导致钎料润湿性降低。当激光功率进一步增加到200 W时,氧化物网状分布现象减轻,润湿性随之增加,粗糙度也有所降低;随离子轰击时间从1 h增加到2 h时,带材表面氧化皮逐渐去除干净,钎料润湿性随之增加,钎料对离子轰击2 h的表面的润湿面积百分比达到91.2%,与400#砂纸打磨的相当。经离子轰击2 h、1 020 ℃-15 min钎焊获得的夹层结构等效抗拉强度为11.9 MPa。结论 与激光清洗相比,离子轰击可以同时去除蜂窝型面及附近侧壁部分的氧化皮,能更有效地改善钎料对蜂窝基体的润湿性。     

超高速线光斑激光熔覆不锈钢涂层显微结构及性能研究

目的 设计超高速线光斑激光熔覆送粉喷嘴,在极高的熔覆效率和极低的搭接率下制备不锈钢熔覆涂层,对比研究圆光斑及线光斑下的熔覆涂层的微观组织结构及性能。方法 基于送粉喷嘴流场及粉末粒子运动轨迹的模拟研究,设计超高速线光斑激光熔覆专用送粉喷嘴。在此基础上,以27SiMn为基体,采用1 mm´ 10 mm线光斑,在10%搭接率、熔覆效率4.5 m²/h下,采用超高速线光斑激光熔覆FeCr合金薄涂层;作为对比,采用超高速圆形光斑(2 mm)激光在0.2 m²/h熔覆效率下熔覆FeCr合金涂层。采用SEM、XRD对比分析线光斑/圆光斑涂层微观组织结构与涂层显微硬度。结果 通收束角度为25°~27°的单流道送粉喷嘴可得到分布均匀、飞行速度适中的粉末束流。对比研究超高速线光斑及圆光斑激光熔覆涂层可知,相同扫描速度下2种光斑制备的涂层均较为致密,无裂纹与气孔,由熔覆层底部到熔覆层表面均呈现出平面晶—柱状晶—等轴晶的变化趋势,线光斑和圆光斑涂层硬度在700~800HV,线光斑下的熔覆层硬度分布更加均匀,表面粗糙度Ra可低至<4 μm,搭接率可低至10%,熔覆效率可达 4.5 m²/h,远高于圆光斑激光下的熔覆效率。结论 2种光斑模式下的涂层微观组织、相组成及硬度相当,但超高速线光斑激光熔覆层表面光洁度更高,表面粗糙度更低,熔覆效率可达圆光斑的20倍。     

基于分形曲线的分区扫描策略对激光熔化沉积基板变形的影响

目的 研究新型扫描策略,减小激光熔化沉积过程中基材的变形。方法 首先,采用分形曲线作为全域扫描策略,通过激光熔化沉积试验研究了1种传统扫描策略与3种分形扫描策略的基板变形。其次,提出将分形扫描策略和分区扫描策略相结合,按照分形曲线的走向扫描各个分区,形成基于分形曲线的分区扫描策略,通过激光熔化沉积试验研究了1种传统分区扫描策略与3种基于分形曲线的分区扫描策略的基板变形。结果 无论是全域扫描还是分区扫描,基板的4条边均发生了竖直向上的翘曲变形。在扫描路径的终点附近,基板的变形量最大。全域扫描策略下,基板的最大变形量分别为：光栅式扫描7.5mm,Peano曲线3.3 mm,Sierpinski曲线2.5 mm,Lebesgue曲线3.8 mm。分区扫描策略下,基板的最大变形量分别为：光栅式顺序7.5 mm,Hilbert曲线顺序3.5 mm,Sierpinski曲线顺序3.2 mm,Lebesgue曲线顺序5.4 mm。结论 基于分形曲线的分区扫描策略可以显著减小基板变形,还可以灵活地调节扫描线段的方向和数量,在综合考虑扫描线设计的灵活性和变形量的情况下,基于Sierpinski曲线的分区...     

Q235焊缝表面镍基合金熔覆层在NaCl溶液中的腐蚀行为

目的 采用激光、等离子熔覆技术在低碳钢焊缝表面制备镍基耐腐蚀涂层,提高钢管焊缝表面的耐蚀性能。方法 通过浸泡腐蚀、动电位极化法、交流阻抗法,研究不同试样在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的腐蚀行为。利用OM、SEM、EDS和XPS分析腐蚀试样表面、截面的微观组织和腐蚀产物成分。结果 采用激光、等离子熔覆技术均可制得成形良好、表面光滑、无宏观裂纹的涂层,且表现出良好的抗点蚀能力;等离子熔覆层晶粒相较于激光熔覆层晶粒更均匀、细小,析出的碳化物(Cr₂₃C₆、Cr₇C₃)、硼化物(CrB)等硬质点提高了涂层的硬度,对于抗蚀性有着积极的作用。试样的耐蚀性排序为等离子熔覆层>激光熔覆层>基体。浸泡失重腐蚀实验表明,基体、激光熔覆层、等离子熔覆层的腐蚀速率分别为0.182 9、0.125 6、0.102 7 g/(m²·h)。从极化曲线看出,激光熔覆层(-0.503 4 V)、等离子熔覆层(-0.546 6 V)的自腐蚀电位相较于基体(-0.858 4 V)发生了正移。基体、...     

激光同步辐照对电化学沉积铜组织结构及结合力的影响

目的 解决单一电化学沉积制备铜镀层沉积速度慢、沉积颗粒易团聚、晶粒生长不均匀及其与基体结合力差等问题。方法 采用沉积前激光处理、沉积过程激光同步辐照的方法,在316L不锈钢上制备铜涂层,通过光学显微镜、扫描电子显微镜、自动划痕仪分析了铜镀层表面形貌、截面厚度、涂层物相和结合力,探究了激光的增强作用和复合沉积技术下镀层的生长机制。结果 激光同步辐照促进了晶粒的高择优取向及沉积电位的正移。单一晶面的高择优取向利于提高镀层晶粒生长的均匀性,使镀层表面的凸起、孔洞明显减少,变得平整致密。同时,激光同步辐照使镀层表面粗糙度维持在一个较低的范围,使沉积质量不会随沉积时间的增加而降低,有利于电化学沉积的继续进行,实现镀层增厚。相同沉积时间(60 min)下,传统电化学沉积所得镀层的沉积厚度为62.62μm,表面粗糙度为4.741μm;而激光同步复合电化学沉积所得镀层的沉积厚度为138.39μm,表面粗糙度为0.995μm;且镀层表现出与基体更佳的结合力,与基体间的极限载荷可达98.2 N。结论 激光同步辐照提高了铜镀层的沉积效率、质量及其与基体间的结合力。     

无保护层激光冲击强化的热效应研究

目的 深入理解无保护层激光冲击强化(LSPwC)的物理过程。方法 对轧制TA2纯钛板材进行LSPwC处理,通过激光扫描显微镜、X射线应力仪分析试样的表面形貌和残余应力分布,使用透射电子显微镜分析LSPwC后试样表层的微观组织特征。使用Abaqus软件建立LSPwC过程的热力耦合仿真模型,分析试样温度和应力演变规律。结果 当激光脉冲能量为30 mJ、光斑直径为0.4 mm时,经LSPwC处理后TA2试样表面形成了厚度约为50μm的残余拉应力层,其最大残余压应力达到560 MPa,出现在距表面100μm的次表层;经LSPwC处理后TA2试样表面产生了超细马氏体晶,距表面100μm的微观组织表现为高密度位错缠结。随着激光脉冲能量和光斑直径的增大,激光热效应的持续时间增长、热影响深度增大,经LSPwC处理后TA2试样的残余压应力层深度增大。在LSPwC过程中,距表面10.2μm以内深度层的冷却速度超过10⁶℃/s,但冷却速度随着脉冲能量和光斑直径的增大而减小。结论 在LSPwC过程中,激光热效应和激光诱导冲击波作用,导致试样表层迅速升温,并发生塑性变形,然后快速降温,形成...     

医用钛植入体激光微纹理生物性能研究进展

医用钛合金具有强度高、弹性模量低、疲劳性能好、密度最接近人骨等优点,被广泛应用于临床医学牙科和骨移植等领域。目前较常用的医用钛合金表面加工方法包括机械加工、酸蚀、喷砂、等离子喷涂和激光加工等。通过对比分析,激光加工表现出明显优势,与化学或传统物理加工方法相比,采用激光加工医用钛植入体表面具有高效、清洁、准确、柔性等优势。应用各类脉冲激光器,可以在植入体表面加工特定的表面纹理和纹理组合,改善植入体的生物相容性。归纳了植入体表面纹理对植入环境的影响,表面纹理形状、粗糙度和润湿性等表面特性直接影响细胞组织的黏附、生长和增殖,对细胞生长具有接触导向作用。通过调控激光通量、脉冲频率、扫描速度和脉冲宽度等激光参量可对表面纹理的规则性、准确性、尺寸、氧化程度等特征产生不同影响,进而影响医用钛植入体的表面微观形貌、粗糙度、硬度和润湿性,使其在生物环境中获得更好的服役性能。通过激光加工获得的理想医用钛植入体表面可有效避免植入体表面细菌的滋生,降低发病率,提高植入成功率。经激光加工后,医用钛植入体表面会出现不同程度的裂纹,导致在服役过程中植入体表面产生的摩擦碎屑对植入体环境造成不良影响。通过综述以上各方面的研究进展可知,随着超短脉冲激光技术的发展和新型医用植入体材料β钛合金制备技术与工艺的完善,经激光加工后植入体将获得更理想的表面特性和服役性能。     

工艺参数对氮化铝陶瓷表面激光金属化层电阻的影响

目的 提高氮化铝陶瓷表面激光金属化层的导电性能。方法 采用正交试验设计方案,使用30 W纳秒光纤激光打标机制备了氮化铝陶瓷表面激光金属化试样,测量了金属层的电阻。通过极差分析和方差分析方法分析了激光工艺参数及其交互作用对氮化铝陶瓷表面激光金属化层电阻值的影响规律。结果 在本研究激光工艺参数及其取值范围内,激光功率对氮化铝表面激光金属化层电阻的影响最为显著,增大激光功率有利于降低氮化铝表面激光金属化层的电阻值。采用优化工艺参数(激光功率30 W、频率30 kHz、扫描速度100mm/s)单次激光扫描制备激光金属化层的电阻为2.25?/mm。随着重复扫描次数的增加,功率不同的激光表面金属层的电阻值向相反方向转变：小功率激光表面金属层电阻值随扫描次数增加而迅速减小,大功率激光表面金属层电阻值随扫描次数增加而增大。经10次重复扫描后,激光功率3 W(相应的激光能量密度约为15.3 J/cm²)激光金属化层的电阻值低于功率分别为30 W和18.75 W激光金属化层的电阻值。结论 采用30 W激光单次扫描,或者采用3 W激光多次扫描,有利于提高氮化铝表面激光金属化层的导电性。