激光氮化制备铁氮化合物的研究及应用

利用激光氮化方法(LN方法)对铁氮化合物的制备进行了研究,并在此基础上对取向硅钢表面进行了局域激光氮化处理。利用XPS光电子能谱对样品进行了检测分析。结果表明,在一定的工艺参数下(激光功率、扫描速度等)可实现铁氮化合,形成铁氮化合物。选取合适的扫描速度,扫描间距及N2束流对取向硅钢表面进行激光氮化处理后,在取向硅钢表面生成了铁氮化合物。利用磁畴观测装置进行观测发现,激光氮化处理后,取向硅钢的磁畴明显细化,从而可以降低取向硅钢的铁损。     

PET织物表面紫外激光辐照改性与等离子体改性的比较

分别对PET织物的紫外激光改性和等离子体改性进行了实验研究,并利用水滴扩散时间、水珠在织物表面的扩散形状两个参数来比较了两种方法的改性效果,还应用FTIR光谱以及SEM图像分析了这两种方法在织物表面引起的化学和物理变化.发现248 nm的紫外激光辐照使织物表面产生波浪状微观结构,改善了织物染色性能,但对于织物的亲水性却没有什么改进,而氧气等离子体作用于织物后,改善了织物的亲水性和染色性,四氟化碳等离子体作用于织物表面后,增加了织物的疏水性.最后我们分析了这两种不同改性效果的产生原因,比较了两种改性方法的优缺点,并展望了激光改性以及等离子体改性在纺织工业上的应用前景.(OE7)     

Ti表面脉冲激光氮化成膜温度场的数值模拟

本文用有限差分法对金属钛表面脉冲激光生成氮化钛薄膜过程的温度场进行了三维数值模拟计算。模型主要考虑了入射的脉冲激光在时间与空间上的Gauss分布特性 ,以及工件的有限尺寸 ,工件材料热物理性质的温度依赖关系 ,对流辐射造成的表面热损失。此外还从理论上计算了激光脉冲在脉冲宽度加宽后的温度场变化。     

脉冲激光钼表面氮化处理温度场的数值模拟

本文用有限差分法对金属钼表面脉冲激光生成氮化钼薄膜过程的温度场进行了三维数值模拟计算,计算模型在能量平衡方程的基础上,将入射的脉冲激光在时间与空间上的分布以Gauss分布考虑,同时考虑工件尺寸、工件材料热物理性质及对流辐射造成的表面热损失等对温度场的影响,此外还从理论上计算了激光脉冲在脉冲宽度加宽后的温度场变化,分析了利用长脉冲激光进行材料表面相变硬化和激光重熔的可行性。     

激光整平对钛合金激光氮化表面形态和耐磨性的影响

本文研究了激光整平对TA2钛合金激光氮化后表面形态及性能的影响.激光整平使经激光扩束的激光氮化表面粗糙度下降50%余;同时增加了TiN的数量和氮化层厚度;表面硬度是原始TA2钛合金的6倍多;亦比一次激光氮化的表面硬度提高20%.在磨料磨损试验条件下,激光整平后的钛合金耐磨损性能得以提高,磨损率降低至2.94×10-6g·N-1·m-1;其耐磨损性能分别是原始TA2合金和激光氮化后材料的8.6倍和2.5倍.激光整平所致的氮化层中TiN数量的增加和硬度的提高是耐磨性能改善的重要因素.     

在大气气氛下应用激光和等离子体混合方法制备氮化钛

在大气气氛下,采用连续CO2激光和氮等离子体混合法(LPN)对工业纯钛样品表面进行处理,获得了氮化钛膜层。用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)对样品的形貌和结构进行了表征,结果表明在合适的条件下可以获得满意的氮化效果。在激光功率密度2.0×105~1.0×106W/cm2,扫描速度200~1000 mm/min的区间内,激光功率密度越高,扫描速度越低,氮化效果越好。工业纯钛样品的氮化深度最佳可达80μm。在有效氮化区域内,氮含量随深度变化迅速,而在过渡区域内,氮含量变化缓慢。     

舰船特种缸套激光表面改性

采用激光熔覆、表面改性技术对舰船特种小口径缸套的内表面进行强化处理，提高其综合性能。     

激光等离子体对硅表面微纳粒子除去机理研究

激光等离子体对精密元件表面微纳米粒子的有效去除,在纳米科研领域中有很大的应用潜力。为了深入研究激光等离子体对微粒的去除机理和条件,采用纳秒脉冲激光等离子体,对硅基底表面的微纳米粒子进行去除实验,观测了微粒的去除效果,并理论分析了等离子体的作用效应。结果表明,等离子体向外辐射宽谱光,紫外短波部分加速周围空气电离,使等离子体体积剧增,并有效提升基底和粒子温度;基底与粒子两者热膨胀度不同,使粒子更易于从基底剥离;同时等离子体向周围膨胀扩散形成高压冲击波,冲击波的压强高达GPa量级,可以克服微粒与基底之间的范德华力,而去除微纳米粒子,尤其对粒径大于0.5μm的去除效果尤其明显;在实际去除过程中,等离子体与基底的距离应该保持在0.2mm~2mm之间,这样既保证了微粒的有效去除,又不会造成基底的损伤。激光等离子体对微粒的去除效果明显,是等离子体辐射效应和冲击波效应的综合作用的结果。     

球铁材料脉冲激光表面强化的实验研究

采用经过二元光学变换后呈二维点阵分布的脉冲激光束对球铁试样作了表面强化处理。对强化前后试样表面的粗糙度、强化层深度、强化层显微硬度分布和耐磨性进行了研究。结果表明,在保证试样表面粗糙度(表面微熔或不熔)的前提下,随脉宽增加强化区层深增加。耐磨性测试表明,脉冲激光强化处理可提高材料耐磨性1.8倍以上。     

球铁点阵分布激光表面强化的微硬度分布

采用经过二元光学变换后呈3×3和7×7 二维点阵分布的脉冲激光束对球铁试样作了表面强化处理。针对点阵分布脉冲激光表面强化球铁材料提出了微硬度分布合理表征的统计方法。即在整个月牙形强化区横截面上按30μm×30μm或30μm×50μm划分网格,沿层深方向按列(行)对网格的交叉点进行硬度测试。然后,利用数学方法对硬度分布进行统计处理并绘制等高线轮廓图。应用表明,对于强化区具有多相交错分布特征的球铁材料,与传统方法相比,采用统计方法能够比较准确地评价强化层深度和微硬度分布特征。同时,在一定程度上揭示了激光强化工艺与强化效果之间的关系。     

38CrMOAlA钢激光淬火+氮化复合处理

对38crMoAlA钢分别经激光淬火、气体氮化、氮化-激光淬火复合处理及激光淬火一氮化复合处理的硬化层深度及其表面硬度分布进行了比较分析。结果表明，试验条件下，激光淬火-氮化复合处理与氮化处理相比，表层硬度可提高100Hv左右，硬化层深度有少许增加；在氮化-激光淬火复合处理中，激光淬火可使预先氮化处理的硬化层深度有大幅度的提高，表层硬度有所下降；氮化-激光淬火复合处理比激光淬火的表面硬度高，硬化层深度较浅。     

激光强化渗氮过程的数值模型及分析

根据傅里叶传热方程和修正的菲克定律,建立了瞬态激光氮化温度场和浓度场的耦合模型,考虑移动热源形成的温度梯度对氮扩散的影响.有限元模拟分析了激光氮化工艺过程温度场和浓度场的分布规律.结果表明,严格控制氮化温度,反复调整热流密度和扫描速度,得到各自的临界值,可作为工艺可调参考范围.修正的扩散方程考虑了温度梯度对氮扩散的影响,较真实地反映了激光热作用下氮的扩散过程,得到了整个氮化层的厚度.区别于常规氮化工艺,激光氮化扩散的主动力足高的表面温度梯度,浓度梯度的影响减弱.增大热流量和降低扫描速度,都将使氮化深度增加,但参数的选择太高或太低,均得不到高质量的氮化结果.     

球墨铸铁材料对激光的吸收率

球墨铸铁因其优良性能而被广泛用作模具材料。对球墨铸铁冲压模具的激光表面处理已成为改善其耐磨性、提高使用寿命的重要方法。一定激光参量下吸收率的大小又直接影响到表面处理的质量。因此,确定球墨铸铁材料对激光的吸收率十分必要。通过热电偶测温,计算机数据采集系统进行定点温度采集,并结合数值模拟方法,对吸收率进行了标定,即首先根据预置的吸收率计算,预测被测点处的温度响应,并与实测响应比较,不断修正吸收率值,使预测温度响应和实验值吻合,由此获得吸收率。采用这种方法获得了球墨铸铁材料在大气条件下对激光的吸收率为23.3%。为激光处理球墨铸铁材料时工艺参量的选择和优化提供了一定参考。     

亚共晶白口铸铁激光表面强化的微观组织特征

对要求高耐磨的大型工件常用的亚共晶白口铸铁材料进行了不同条件的激光表面强化处理。重点分析研究其微观组织特征 ,目的是解决亚共晶白口铸铁使用寿命短和脆性大的难题。     

HT300孕育铸铁激光表面改性研究

研究了激光表面强化对孕育铸铁材料组织和性能的影响。结果表明经激光处理后,其表面强度满足了HT300用于一般零件对表面硬度、耐磨性等机械性能的要求。为改进零件表面处理方法提供了依据。     

Cu材料激光表面强化研究

采用激光技术对Cu基材进行表面强化处理。使用扫描电镜(SEM)、电子能谱计(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对强化表面进行显微组织和物相分析,并测试了样品的显微硬度、耐磨性能和导电性能。结果表明,激光强化层无裂纹,组织细小均匀、呈快速凝固特征,强化层具有较高的硬度(平均硬度为625HV0.1)和良好的耐磨性,其磨损失重仅为纯Cu基材的1/5,而激光表面强化使导电性略微降低。激光表面强化层硬度和耐磨性的提高可归因于颗粒强化、细晶强化和固溶强化的共同作用,而导电性的降低程度主要受稀释率的影响。     

激光硬化改善铸铁表面耐磨性的研究

本研究针对常用的灰铸铁及球墨铸铁材料分别进行激光处理、感应淬火和氨化处理，然后进行耐磨性对比试验。结果表明激光处理对所研究材料耐磨性的改善明显优于感应淬火及氨化处理。