激光喷丸改善TC6钛合金组织和力学性能

为了使激光冲击强化技术能较好地应用于TC6钛合金的发动机叶片,对TC6钛合金进行试验研究。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等测试技术分析了不同参数下TC6钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和残余应力测试仪分别表征表层硬度和残余应力变化,并测试材料冲击后的振动高周疲劳性能。试验结果表明：激光冲击材料后表面组织得到明显细化,随着冲击次数的增加,先后出现了高密度位错、位错胞、亚晶和纳米晶。性能方面,表面硬度在冲击一次即可提高19%,硬度影响深度达到700 m;与此同时表面残余应力最高达到-608.5 MPa,在500 m深度上仍具有-100 MPa左右的应力存在。经三次冲击后,标准疲劳试片的疲劳极限提高近20%。     

激光喷丸改善TC6钛合金组织和力学性能

为了使激光冲击强化技术能较好地应用于TC6钛合金的发动机叶片,对TC6钛合金进行试验研究。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等测试技术分析了不同参数下TC6钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和残余应力测试仪分别表征表层硬度和残余应力变化,并测试材料冲击后的振动高周疲劳性能。试验结果表明:激光冲击材料后表面组织得到明显细化,随着冲击次数的增加,先后出现了高密度位错、位错胞、亚晶和纳米晶。性能方面,表面硬度在冲击一次即可提高19%,硬度影响深度达到700 m;与此同时表面残余应力最高达到-608.5 MPa,在500 m深度上仍具有-100 MPa左右的应力存在。经三次冲击后,标准疲劳试片的疲劳极限提高近20%。     

激光喷丸对TC4钛合金抗氢脆性能的影响

通过性能测试分析,研究了激光喷丸(LP)技术对TC4钛合金抗氢脆性能的影响。结果表明,LP试样表面产生了-327 MPa的残余压应力;电化学充氢后,试样表面残余压应力降低了9.17%,喷丸与未喷丸试样的表面显微硬度分别提高了5.07%和7.08%,而延伸率分别降低了2.25%和4.84%。LP处理可提高TC4钛合金的韧性,降低其氢脆敏感性。     

激光冲击强化对激光增材TC4钛合金组织和抗氧化性的影响

近年来,激光增材制造技术(3D打印)成为科学研究及工业应用领域的热点。为了研究激光冲击强化对增材制造TC4钛合金性能的影响,本文采用能量为5 J,波长为1 064 nm,脉宽为10 ns,光斑直径为3 mm的脉冲激光对3D打印TC4钛合金进行激光冲击强化,分析了激光冲击强化前后材料的显微硬度、显微组织、残余应力以及高温氧化性能。结果表明,经过激光冲击强化后,材料的显微硬度比激光冲击强化前提高了8%,影响层深度达到0.4 mm,强化区域的晶粒得到细化,位错增多,并产生形变孪晶;激光冲击强化的残余压应力数值高达472 MPa,材料的高温抗氧化性能也得到改善。     

600℃高温钛合金燃烧组织演变及机理

采用摩擦氧浓度法测定600℃高温钛合金的阻燃性能,通过聚焦离子束技术和高分辨电子显微镜对燃烧组织的燃烧区、熔凝区和热影响区内不同价态的氧化产物进行表征与界面结构分析,发现燃烧产物Al₂O₃,Ti₂O₃以及TiO₂具有不同于氧化过程的形成方式;结合自由能和蒸气压计算,揭示燃烧组织演变的机理及其对合金阻燃性能的影响.结果表明,合金中6%的Al元素含量导致熔凝区/热影响区界面不能形成连续性Al₂O₃保护层;1800 K左右TiO蒸气压的显著增加造成熔凝区形成Ti₂O₃和Ti构成的疏松结构,为氧的快速内扩散提供路径;此外,燃烧区中形成的TiO₂熔体对基体不具有保护作用.因此,600℃高温钛合金不具备良好的阻燃性能.     

激光喷丸强化IN718合金晶粒重排与疲劳特性

为了揭示激光喷丸(LP)强化IN718合金疲劳寿命增益的机制,研究了合金喷丸前后晶粒重排与疲劳特性的关系。结果表明,LP后试样表层的塑性形变深度最大可达33.7μm,合金的最大疲劳寿命增益可达188%;激光冲击波诱导产生的表层残余压应力随激光功率密度的增大而增大,但增幅逐渐减小;疲劳试验后,表层残余应力出现了52%的释放;LP后试样表层晶粒出现细化现象,细化深度达到175μm;位错滑移和位错攀移以及孪晶等共同作用使原始晶粒内形成了亚晶粒,最终细化了晶粒组织。     

纳秒激光抛光钛合金Ti6Al4V作用机理的实验研究

对钛合金进行抛光可以优化表面质量、提高耐磨损性能和使用寿命。运用纳秒脉冲光纤激光器进行钛合金Ti6Al4V抛光实验,通过光学轮廓仪测量不同激光光束形状、脉冲能量密度、光斑重叠率、脉冲宽度下的钛合金Ti6Al4V工件表面粗糙度变化规律。结果表明:平顶光束能够达到的粗糙度更小,激光脉冲能量密度增大,凸起消融越多,工件表面粗糙度减小;光斑重叠率增大,粗糙度减小,重叠率过大,受热应力的影响,凝固后的表面变得不平滑,粗糙度增大;一定范围内的脉冲宽度的增加,凸起消融越多,粗糙度减小。研究结果对提高钛合金抛光效率,优化钛合金性能有促进作用。     

激光工艺参数对钛合金表面NiCrBSi合金熔覆层组织及硬度的影响

在TC4合金表面进行了激光熔覆NiCrBSi合金涂层的试验 ,利用SEM和XRD等对熔覆层的微观组织进行了分析 ,测试了熔覆层的显微硬度。结果表明 ,激光工艺参数对熔覆层的组织和硬度有极大的影响 ,随稀释率的增加 ,激光熔覆层中形成了TiB2 和TiC等颗粒增强相 ,熔覆层的硬度明显提高。     

Inconel X-750镍基合金激光喷丸抗热腐蚀性能及机理

采用不同脉冲能量激光对Inconel X-750镍基合金试样进行激光喷丸(LP)强化处理,研究了不同条件下试样的热腐蚀行为,阐述了激光喷丸改善抗热腐蚀性能的机理。结果表明,LP试样的腐蚀速度明显低于未处理试样的,且激光脉冲能量越高,LP试样的腐蚀速度越低。未处理试样在热腐蚀60h后出现了两层腐蚀层,外部腐蚀层严重腐蚀并出现断裂和剥落现象。LP试样在腐蚀60h后只出现了内部氧化层,激光喷丸诱导的残余应力层有效避免了氧化膜破裂。     

两相钛合金再结晶退火组织与织构演变的蒙特卡罗模拟

蒙特卡罗(MC)方法被广泛应用于模拟金属材料在退火过程中的静态再结晶行为. 在已有两相材料晶粒长大MC模型基础上, 引入形核阶段, 综合考虑再结晶晶粒吞并形变晶粒和再结晶晶粒竞争长大两种情况, 建立了退火时两相合金再结晶MC模型.结合电子背散射衍射所测 初始晶粒形貌、相成分、晶体学取向及应变储能相对值, 该模型被应用于TC11钛合金退火过程中的微观组织及织构演变模拟.结果表明, 所建模型能够较好体现退火过程中两相晶粒的形核及晶粒长大行为. 与β相相比较, α相具有较低的再结晶速率和较高的晶粒长大速率, 前者主要归结于α相较低的初始应变储能, 后者则体现了该条件下初始组织形貌、分布及两相比例对晶粒长大具有重要影响; 由于非均匀形核的影响, 模拟得到的再结晶速率变化与 假设均匀形核的Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov 再结晶方程存在明显差异.同时, 两相的基本织构特征在退火过程中无明显变化, 但织构强度增加. 关键词： 两相钛合金 再结晶 蒙特卡罗方法 织构     

高温热处理a面AlN表面形貌演变机理

非极性a面AlN(a-AlN)能够从根本上解决极性AlN引起的量子限制斯塔克效应问题,是提升AlGaN发光器件效率的有效途径.但是,非极性AlN生长面临更大的挑战,目前难以实现低缺陷密度、高平整表面的非极性a-AlN.高温热处理是一种提高AlN质量的有效方法,但在热处理过程中,非极性a-AlN的表面形貌演变的物理机理尚...     

优化铜蒸气激光的动力学强化机理研究

研究铜蒸气激光优化后可提高输出功率的激光动力学机理.结果表明,1)优化后储能电容和峰化电容减小,改善了激光头与LC放电电路的匹配,使馈入激光管的功率增加;2)管壁温度适当提高,使铜激光各能级粒子数密度增大;3)电脉冲期间电子温度上升前沿加快,电子密度明显提高 关键词： 铜蒸气激光 动力学强化 优化机理     

Ti6Al4V合金表面激光沉积复合涂层的组织和性能

为了增强Ti6Al4V钛合金的耐磨性,采用激光沉积制造方法在其表面上制备了以原位生成的TiC颗粒和直接添加的WC颗粒为增强相的耐磨涂层,观察了各涂层的微观组织,并测量了涂层的显微硬度和涂层在室温大气条件下的摩擦磨损性能。结果表明各涂层和基体呈现冶金结合,原位自生的TiC和部分熔化的WC颗粒均能够均匀弥散分布于基体上,由于增强相颗粒的弥散强化及激光沉积组织的细晶强化作用,基材的硬度和耐磨性均得到了提高。原位自生的TiC涂层比WC涂层硬度梯度分布平缓,但耐磨性稍差。     

钛合金表面激光熔覆TiC_p/Ni基合金复合耐磨涂层

采用激光熔覆技术在TC4合金表面制备TiC颗粒增强的Ni基合金复合材料涂层,测试了熔覆层的硬度和滑动摩擦磨损性能,分析了熔覆层的强化机制。结果表明,熔覆层中存在颗粒强化、固溶强化和细晶强化等多种强化作用,熔覆层的显微硬度达HV900～1100,耐磨性能比TC4合金显著提高。     

飞秒激光诱导硬质合金YG6表面累积效应

采用波长800nm的飞秒激光对硬质合金YG6表面进行多脉冲加工,利用光学显微镜测量微凹坑损伤形貌及损伤直径,研究了飞秒激光在不同能量密度和脉冲数下硬质合金YG6的损伤阈值和损伤直径的变化规律及其损伤机制.试验结果表明:硬质合金YG6的多脉冲损伤阈值随着脉冲数增加而降低,呈现明显的累积效应.试验得到了多脉冲飞秒激光加工YG6的损伤阈值、损伤直径与脉冲数及中心能量密度的定量关系,YG6多脉冲损伤阈值主要与脉冲数相关,由单脉冲损伤阈值和累积系数共同决定,试验得到YG6单脉冲损伤阈值为1.14±0.06J/cm2,累积系数为0.84±0.02.损伤直径主要与光束中心能量密度和脉冲数相关,由光束束腰半径,单脉冲损伤阈值和累积系数共同决定.试验采用多组平均功率和脉冲数对YG6进行烧蚀,验证了单脉冲损伤阈值和累积系数的可靠性.     

激光和电子束表面强化技术的发展及其应用

激光和电子表面强化是当前引入注目的两种高新技术,文章系统地介绍了这两种技术的发展状况及应用,同时比较了二者的优缺点,最后,对目前存在的问题及未来的发方向作了简要的讨论。     

长脉冲激光作用下薄膜表面鼓包的形成机理

在光学薄膜的激光损伤实验中,可以在显微镜下观测到激光辐照引起的尺寸较大、形状对称性很好的鼓包。从杂质气化的角度,应用弹性力学的球壳受压膨胀模型,分析薄膜表面鼓包的形成机制,同时得到了相应情况下薄膜的损伤机制。结果表明,半径越大杂质在激光辐照下越容易引起薄膜破坏,填埋得越浅的杂质也越容易引起薄膜破坏。杂质诱导破坏机制下,薄膜的裂纹首先出现在杂质附近的薄膜基体中。在薄膜中出现裂纹的临界状态时,半径越大、填埋得越深的杂质所引起的鼓包尺寸越大、高度越高。这种热力耦合模型,弥补了现有理论的不足,进一步完善了现有理论。     

长脉冲激光作用下薄膜表面鼓包的形成机理

 在光学薄膜的激光损伤实验中,可以在显微镜下观测到激光辐照引起的尺寸较大、形状对称性很好的鼓包。从杂质气化的角度,应用弹性力学的球壳受压膨胀模型,分析薄膜表面鼓包的形成机制,同时得到了相应情况下薄膜的损伤机制。结果表明,半径越大杂质在激光辐照下越容易引起薄膜破坏,填埋得越浅的杂质也越容易引起薄膜破坏。杂质诱导破坏机制下,薄膜的裂纹首先出现在杂质附近的薄膜基体中。在薄膜中出现裂纹的临界状态时,半径越大、填埋得越深的杂质所引起的鼓包尺寸越大、高度越高。这种热力耦合模型,弥补了现有理论的不足,进一步完善了现有理论。     

飞秒激光在6H SiC晶体表面制备纳米微结构

激光诱导周期性纳米微结构在多种材料包括电介质、半导体、金属和聚合物中观察到。研究了800nm和400nm飞秒激光垂直聚焦于6H SiC晶体表面制备纳米微结构。实验观察到800nm和400nm线偏光照射样品表面分别得到周期为150nm和80nm的干涉条纹,800nm圆偏振激光单独照射样品表面得到粒径约100nm的纳米颗粒。偏振相互垂直的800nm和400nm激光同时照射晶体得到粒径约100nm的纳米颗粒阵列,该纳米阵列的方向随400nm激光强度增加而向400nm偏振方向偏转。利用二次谐波的观点对以上纳米结构的形成给出了解释。     

铝合金表面激光沉积AlCrFeCoNiCu涂层的组织及耐蚀性能

为了提高铝合金表面的力学和耐腐蚀性能,利用激光沉积技术在铝合金表面制备了AlCrFeCoNiCu高熵合金涂层。使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、显微硬度计和电化学工作站,研究了涂层的相结构、微观组织、元素分布、硬度及耐腐蚀性能。结果表明,涂层与基材结合良好,基材中Al元素在熔池搅拌作用下上浮,使沉积层呈FCC相和BCC相;显微组织为典型的枝晶结构,Cu元素在枝晶间富集;涂层平均显微硬度为528HV_(0.2),约是基材的5倍;AlCrFeCoNiCu涂层在3.5% NaCl溶液中的腐蚀特征为点蚀和晶间腐蚀,耐腐蚀性优于基材。激光沉积制备的AlCrFeCoNiCu高熵合金可以改善铝合金表面性能。