强激光冲击铝合金改性处理研究

利用新型聚偏1.1-二氟乙烯（PVDF）压电传感器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量,得到激光引发的冲击波峰压在铝中成指数型的衰减规律;观测了不同约束层材料在铝靶表面产生的激光冲击波,研究了不同约束层对冲击效果的影响;最后用激光冲击强化装置对7050-T7451航空铝合金结构材料进行了冲击强化处理,对试件激光冲击区存在的残余压应力及位错密度进行了测量。结果显示经激光冲击处理的试件表面具有极高的残余压应力,可达-200MPa以上。激光冲击处理后铝合金的位错密度得到显著的提高,疲劳寿命提高到175％～428％。这些重要结果对激光冲击改性处理技术的实际应用具有指导性作用。     

约束靶面黑漆涂层对激光冲击波的影响

 介绍了约束靶表面的黑漆涂层对激光冲击波的影响。激光功率密度 10⁹W/cm²量级，脉宽33ns，波长1.06μm。靶材选用两种不同厚度的铜和铝，靶表面用有机玻璃约束。通过对冲击波压力的直接测量发现，涂层不仅可以增加激光冲击波压力，而且还影响冲击波的演化过程。比较有无涂层的靶面SEM照片发现，黑漆涂层能有效地保护激光辐照表面，使之不受激光烧蚀。     

含气量对激光空泡在刚性壁面空蚀的影响

采用强脉冲激光器设计液体环境下刚性壁面空蚀实验平台,改变液体中含气量,利用高速相机观察不同含气量条件下激光空泡在壁面附近的脉动过程,并对刚性壁面造成的空蚀结果进行了观测。实验研究发现,随着液体中相对空气含量的提高,激光空泡脉动的最大尺寸增大,空泡的膨胀运动变剧烈,溃灭运动速度降低,空泡的溃灭强度降低,从而影响到溃灭冲击波和壁面微射流对刚性壁面的冲击速度,减弱了壁面空蚀,而液体中含气量的提高能够降低激光空泡对刚性壁面的空蚀程度。     

激光冲击强化提高K403铸造高温合金疲劳性能

采用YLSS-M60U型高能Nd:YAG激光器,对发动机高压涡轮叶片材料K403/K3铸造高温合金试片进行激光冲击强化处理,强化工艺参数为:激光能量3J,光斑直径2.6mm,脉宽20ns,波长1064nm,吸收保护层为铝箔,约束层为水,搭接率50%,冲击3次。强化后,在420MPa应力水平下进行了室温高周振动疲劳测试,并进行了扫描电镜观察和X射线衍射仪物相分析。研究结果表明:激光冲击强化后,试片疲劳寿命是原始状态试片寿命的2.4倍,激光冲击强化的强冲击波作用使金属发生高应变率塑性变形,以及随之产生的较大较深残余压应力,是金属疲劳性能提高的主要原因。     

激光应用 激光工业应用

TG156.992006010210强激光冲击铝合金改性处理研究=Research of materialmodification induced by laser shock processing on alumi-numalloy[刊,中]/吴边(中科院安徽光机所.安徽,合肥(230031)),王声波…∥光学学报.—2005,25(10).—1352-1356利用新型聚偏1,1-二氟乙烯(PVDF)压电传感器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量,得到激光引发的冲击波峰压在铝中成指数型的衰减规律;观测了不同约束层材料在铝靶表面产生的激光冲击波,研究了不同约束层对冲击效果的影响;最后用激光冲击强化装置对7050-T7451航空铝合金结构材料进行了冲击…     

激光驱动薄膜产生等离子体射流的条件分析

 以聚乙烯薄膜材料为研究对象,从实验物态方程出发,对强激光驱动薄膜材料时影响激光在薄膜后表面形成等离子体射流的主要因素,包括激光强度、波长、脉宽、气库膜材料及厚度,进行了理论和数值分析。研究表明,到达薄膜后表面的冲击波强度足够高时,能够产生气态或等离子体射流,否则卸载过程仍然为凝聚态;对于聚乙烯材料,形成等离子体射流的基本条件是到达薄膜后表面的冲击波强度达到约80 GPa以上;采用短波长、较高功率密度、较长激光脉宽的激光驱动具有低汽化温度、低电离阈值的薄靶,更容易实现等离子体射流。     

冲击波在空气和熔石英元件界面传播的超快诊断

基于球面波在弹性介质界面上的反射和折射特性的基本理论,采用超快时间分辨的光学诊断技术,研究了532nm纳秒激光辐照熔石英元件表面产生的冲击波在空气和样品界面的传播特性,获得了冲击波在材料内部传输以及在空气与样品界面反射的时间分辨图像。结果表明:激光脉冲与材料作用在前后表面产生了向体内传输的冲击波,且产生的冲击波在玻璃与空气界面处反射为两个波,即反射波和反射剪切波;反射波和反射剪切波的强度与入射冲击波的入射角有关。     

强脉冲激光在AZ31B镁合金中诱导冲击波的实验研究

为了研究强脉冲激光在镁合金中诱导冲击波的衰减,采用Nd:Glass脉冲激光(1054 nm,23 ns)对AZ31B变形镁合金试样表面进行冲击,并利用响应快、测量范围大的PVDF压电膜传感器以及示波器实时测量了强脉冲激光在镁合金靶中诱导激光冲击波的相对压力.根据冲击波每次在靶材背面反射时,所经过距离的不同得到激光冲击波在镁合金中的衰减规律.结果表明,在激光能量为5J的强脉冲激光作用下,镁合金中冲击波衰减的平均速度为5.83×10³ m/s,与镁合金中应力波纵波的传播速度相符;强脉冲激光诱导冲击波在镁合金中是以指数规律衰减的.试验所得分析结果对激光冲击强化镁合金的应用具有重要意义. 关键词： 激光 镁合金 压电膜传感器 衰减规律     

骨架柔性对短链烷烃分子在金属-有机骨架材料中扩散的影响

采用分子动力学方法,对短链烷烃在柔性和刚性具有相似拓扑结构的金属有机骨架材料(isoreticular metal-organic frameworks, IRMOFs)中的分子扩散进行了研究. 结果表明,分子在柔性骨架中的自扩散系数大于在刚性骨架中的自扩散系数,在柔性骨架中的活化能小于在刚性骨架中的活化能. 骨架的柔性对自扩散系数的影响随着温度的升高而增加,随着扩散分子数目以及扩散分子链长的增长而降低. 因此,在利用分子模拟方法研究烷烃在金属-有机骨架材料中的扩散行为时,尤其对于较高温度以及较短的烷烃分 关键词： 分子模拟 金属-有机骨架材料 柔性骨架 扩散     

约束结构下激光冲击波特性实验研究

 在约束结构下用短脉冲强激光对不同形状的铝片进行了冲击对比实验,研究了约束层和表面黑色涂层的作用。进行了水约束层作用的实验，所得的应力波强度与无约束层时相比有大幅度提高，但低于理论预测值。比较实验结果发现，黑色涂层更主要的作用是防止靶表层的烧蚀破坏，而冲击过后剩余的涂层会明显地衰减传向靶中的应力波。对于实际工程应用中有重大意义的非规则平面情形下的约束机制，实验表明，在曲率半径大于400mm时平面约束结构的作用依然有效。     

Focusing of shock waves induced by optical breakdown in water

The focusing of laser-generated shock waves by a truncated ellipsoidal reflector was experimentally and numerically investigated. Pressure waveform and distribution around the first (F(1)) and second foci (F(2)) of the ellipsoidal reflector were measured. A neodymium doped yttrium aluminum garnet laser of 1046 nm wavelength and 5 ns pulse duration was used to create an optical breakdown at F(1), which generates a spherically diverging shock wave with a peak pressure of 2.1-5.9 MPa at 1.1 mm stand-off distance and a pulse width at half maximum of 36-65 ns. Upon reflection, a converging shock wave is produced which, upon arriving at F(2), has a leading compressive wave with a peak pressure of 26 MPa and a zero-crossing pulse duration of 0.1 mus, followed by a trailing tensile wave of -3.3 MPa peak pressure and 0.2 mus pulse duration. The -6 dB beam size of the focused shock wave field is 1.6 x 0.2 mm(2) along and transverse to the shock wave propagation direction. Formation of elongated plasmas at high laser energy levels limits the increase in the peak pressure at F(2). General features in the waveform profile of the converging shock wave are in qualitative agreement with numerical simulations based on the Hamilton model.     

Confining medium and absorptive overlay: Their effects on a laser-induced shock wave

In this paper the characteristics (such as amplitude, width) of a laser-induced shock wave under confining conditions is studied. For engineering applications, a physical study of this method is useful in order to optimize this technique. We have first introduced a new pressure gauge – PVDF (polyvenyliden fluoride) gauge with short rise time and wide linear response range. Experimentally, by measuring the generated pressures under different confining materials, the relationship between the pressures and the acoustic impedance of confining materials, is illustrated, which somewhat agrees with the theoretical calculation. We have also found that under confining conditions laser-induced shock waves persist longer than a laser pulse. Then, the effects of black paint overlay (absorptive overlay) is studied. We experimentally point out that a black paint overlay placed before an irradiated target can greatly increase the generated pressure under any confining material in our experiments for its beneficial effect on the plasma-generating process. To our surprise, comparing the impulse ( ), which the shock wave induced under absorptive overlay executes on the target, to that induced under no black paint overlay, the increase ratio is approximately equal.     

黑体辐射法测量电介质内部被超短激光脉冲加工后的温度

黑体辐射法可用于测量电介质内部被超短脉冲激光加工后,电子和晶格的瞬时温度.当一个超短激光脉冲通过物镜聚焦到石英玻璃内部时,在焦点附近诱导出微结构.微结构中热影响区的最大宽度为16μm,热影响区发出的黑体辐射谱通过物镜、带耦合透镜的光纤、光谱仪以及ICCD组装成的系统记录.测试系统收集了电介质内部被单个激光脉冲辐照后,热影响区发射的黑体辐射谱,然后用Planck公式拟合黑体辐射谱,得到电介质温度.电介质被超短激光脉冲辐照后,首先电介质中的价带电子通过强场电离和雪崩电离跃迁到导带,高温高压的等离子体以冲击波的形式向外运动,通过对流方式传递能量,该过程发生在激光辐照石英后21 ns内.21 ns后冲击波转化为声波,中心的气态石英通过热扩散方式影响周围的固态区域,石英温度缓慢下降.在时刻t(单位ns),石英玻璃的温度为5333 exp(-t/1289)K.石英经过3.72μs将冷却到室温,因此重复频率在269 k Hz以上的激光,加工石英玻璃时具有热累积效应.     

脉冲激光烧蚀Ge产生等离子体特性的数值模拟

 针对激光烧蚀半导体材料Ge初期的特点，建立了1维的热传导和流体动力学模型。对波长为248 nm、脉宽为17 ns、峰值功率密度为4×10⁸ W/cm²的KrF脉冲激光在133.32 Pa氦气环境下烧蚀Ge产生等离子体的特性进行了数值模拟。结果表明：单个激光脉冲对靶的烧蚀深度达到55 nm，蒸气膨胀前端由于压缩背景气体产生压缩冲击波, 波前的速度最大，温度很高。从不同时刻的电离率分布图中得出，在靶面附近区域，Ge的1阶电离始终占优势；在中心区域，脉冲作用时间内，Ge的2阶电离率比1阶电离率大，脉冲结束后，Ge的2阶电离率下降，1阶电离率逐渐变大。     

Influence of air pressure on mechanical effect of laser plasma shock wave

The influence of air pressure on mechanical effect of laser plasma shock wave in a vacuum chamber produced by a Nd:YAG laser has been studied. The laser pulses with pulse width of 10ns and pulse energy of about 320mJ at 1.06$\mu $m wavelength is focused on the aluminium target mounted on a ballistic pendulum, and the air pressure in the chamber changes from $2.8\times 10^{3}$ to 1.01$\times $10$^{5 }$Pa. The experimental results show that the impulse coupling coefficient changes as the air pressure and the distance of the target from focus change. The mechanical effects of the plasma shock wave on the target are analysed at different distances from focus and the air pressure.     

激光辐照固体靶产生等离子体反冲研究

提出一种通过诊断等离子体反冲动量来计算激光加载产生冲击压强的方法. 当强激光辐照固体靶表面时, 所产生的高速喷射的等离子体对靶具有反冲作用, 通过诊断等离子体反冲动量的变化可以计算激光辐照固体靶产生的冲击压强变化. 本文利用辐射流体力学软件研究了这种诊断方法, 模拟采用的激光功率密度为5×10¹²-5×10¹³ W/cm², 激光脉宽选取纳秒量级. 模拟结果表明该方法是有效且可行的.     

Spatial and temporal study of shock waves generated by laser ablation for Ti target

ＳｐａｔｉａｌａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｓｔｕｄｙｏｆｓｈｏｃｋｗａｖｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｌａｓｅｒａｂｌａｔｉｏｎｆｏｒＴｉｔａｒｇｅｔＷＵＪｉａｄａ；ＷＵＬｉｎｇｈｕｉ；ＷＵＣｈａｎｇｚｈｅｎｇ；ＬＩＦｕｍｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＪｏｉｎｔＬａ...     

激光引致激波演化数值研究

在高重复频率激光推进的研究中,激波的合并是发生在激波演化后期的,同时由于脉冲间隔短,脉冲宽度对流场演化的影响也需要详细研究。考虑了激光辐照过程对流场演化的影响,通过数值计算对激波演化特性进行了研究。结果表明,初期波阵面的椭球形状逐渐转化为一个球形,球心与击穿点的距离随时间逐渐减小并最终趋于稳定。基于激波合并的应用,当激波马赫数在1~2之间时,给出了激波波阵面半径随时间的变化规律,以及激波高压区长度和波峰压强随激波波阵面半径变化规律的经验公式。     

超高压下冲击波速度直接测量技术

针对超高压下透明材料的高压离化机理,分析了透明材料中冲击波直接诊断技术的基本方法. 利用Drude-自由电子气模型,分析了不同冲击压力下冲击波阵面反射率的变化. 从理论上比较了不同探针光波长反射率的区别,发现探针光波长为660 nm时比探针光波长为532 nm时获得的冲击波阵面反射率要高. 对探测器"致盲"问题也进行了研究. 通过分析反射信号的时间顺序和强度大小,发现"致盲"效应是由X光对透明窗口离化引起的. 同时,发现方波驱动脉冲平台的前沿到达时刻和X光离化效应出现的时刻相同,冲击波信号到达时刻晚于X光离化时刻. 通过实验结果,得到蓝宝石中冲击波速度为35 km/s时,其波阵面的反射率约为40%. 通过理论分析和实验数据比对的方法,验证了蓝宝石中的减速曲线. 给出了加蓝宝石窗口后的测速公式. 经过和实验对比,确认了测速公式的正确性. 关键词： 冲击波 光学诊断 成像 干涉仪     

The characteristics of laser‐driven shock wave investigated by time‐resolved Raman spectroscopy

An accurate and simple method, Raman peak‐shift simulation, is proposed to determine the characteristics of a laser‐driven shock wave. Using the principle of the Raman peaks shifting at high pressure and the pressure distribution in the gauge layer, the profile of the Raman peak can be numerically simulated. Combined with time‐resolved Raman spectroscopy, some main characteristics of the shock wave were determined. In the experiment, polycrystalline anthracene was used as the pressure gauge. The pump–probe technique was used to obtain the time‐resolved Raman spectra of anthracene under shock loading. The velocity of the shock wave, the peak pressure and the rise time of the shock front were determined by simulating the experimental spectra numerically. The result shows that the method of Raman peak‐shift simulation is effective in obtaining the characteristics of a laser‐driven shock wave. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.