脉冲激光对镍钴基超合金打孔研究

用美国光谱物理公司生产的四倍频Nd∶YAG调Q脉冲激光器,激光输出波长在1064 nm时最大输出能量为1500 mJ,532 nm时为800 mJ,532 nm时为475 mJ ,266 nm时150 mJ.脉冲宽度8 ns, 激光重复率10 Hz;打孔材料为Ni-Go基超合金Inconel-718.这种合金材料除了Ni、Go以外,还含有Cr,Fe,Mo,Ti,Al,Cd和C等. 我们使用短脉冲的4个不同波长的激光对718合金进行打孔,研究了不同波长、不同激光能量和不同透镜焦距对打孔速率和质量的影响.实验表明,在其它条件不变的情况下,存在最佳激光能量和透镜焦距;激光的波长越短,打孔的速率越快同时打孔的质量也越好,即;短波长激光打孔时,孔周围的再铸层和微裂纹明显减少;并讨论了激光与镍钴基超合金作用时的物理现象.(OE8)     

镍基超合金的Nd-YAG激光熔敷涂层行为研究

对ЖС6y、К24、К17三种镍基超合金的几种材料的Nd—YAG激光熔敷涂层行为进行了试验研究,并与三种超合金激光重熔行为进行了对比。研究表明,三种镍基超合金的重熔性都很差,热裂纹敏感性高,重熔区出现很多凝固裂纹。几种粉末涂层行为不尽相同,但对超合金基材的裂纹敏感性都有程度不同的改善,大大减少甚至抑制了基村上裂纹的产生,并在其与基材的界面处形成一白亮的熔合区,达到冶金结合。采用某几种钴基合金和镍基合金粉末,可在某种超合金基材上获得高质量无裂纹涂层。     

GH4037镍基高温合金激光打孔相变过程数值模拟

为了更准确地研究激光打孔相变过程,基于流体传热和流体力学理论,建立了GH4037镍基高温合金激光打孔相变模型。模型中考虑了重力、粘滞力、反冲压力的作用,以及材料的固-液相变和液-气相变过程,通过数值计算得到了激光打孔相变过程的温度场和速度场。结果表明,气化材料的反冲压力可以加快熔池的流动,在激光功率为2000W、脉宽为1.70ms时,材料最大气化蒸发速率可以达到250m/s。该模型为进一步开展激光打孔研究提供了理论基础。     

稀土对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及性能的影响

利用5 kW CO2激光器分别在低碳钢基体表面熔覆含稀土LaO2和CeO2的镍基TiC金属陶瓷复合层,研究了不同含量的LaO2和CeO2对激光熔覆镍基金属陶瓷复合层组织及性能的影响. 研究结果表明,在镍基金属陶瓷复合层中加入一定量的稀土LaO2和CeO2均可有效改善熔覆复合层的组织及性能,减少复合层中的裂纹、孔洞、夹杂;加速复合层中TiC颗粒的溶解和改善TiC颗粒的形状变化,成为较为光滑的表面形状.同时,熔覆复合层的组织及硬度更加均匀,特别是硬度呈现平滑的梯度变化. 研究还发现,在一定的镍基金属陶瓷相成分和激光工艺条件下,为获得良好的熔覆复合层组织及性能,对不同的稀土,其加入量均有一不同的最佳值,过多的稀土加入量反而会恶化熔覆复合层组织,产生大量的夹杂,导致复合层硬度极不均匀.在本试验条件下,加入0.2%的CeO2或0.4%的LaO2对改善镍基TiC熔覆复合层组织及性能的效果最为明显.(OE9)     

镍基高温合金纳秒激光脉冲制孔再铸层形成过程数值模拟

镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔过程中,会沿孔壁形成一层再铸层,严重影响合金的使用寿命。考虑了熔体内热对流和热传导作用,以及反冲压力、表面张力、热毛细力等因素的影响,建立了镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔的三维数学模型。开展了脉冲能量为24mJ时,各脉宽参数下纳秒脉冲激光制孔的数值模拟研究。模拟结果与实验吻合较好。结果表明再铸层是由热和力共同作用下形成的。制孔过程中,孔壁温度很高,最高温度达到3200K以上,孔壁温度分布不均匀;反冲压力是引起熔体流动的重要因素,反冲压力导致的熔体流动速度很大,脉宽200ns时,最大可达到60m/s;并且由于表面张力的影响,孔壁会出现许多不规则的凹陷和凸起。由于熔体在孔开口处的对流作用,导致再铸层厚度在开口处最大。脉宽对熔体流动和再铸层的形成具有重要影响,脉宽越小,熔体速度越大,流动越剧烈,制孔后形成的再铸层厚度越薄。     

激光重熔镍基合金火焰喷焊层组织及性能

利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析不同激光工艺参数重熔后的Ni基合金火焰喷焊层及其经不同温度回火处理的显微组织和相组成,并进行了显微硬度和耐磨性测定.试验结果表明,重熔喷焊层的组织主要由γ-(Ni,Fe)固溶体和Cr23C6,Cr7C3,Cr2B,Cr2B,Fe3B,Fe2B等组成,与火焰喷焊层相比,显微组织得到进一步细化,硬度和耐磨性都有较大幅度的提高.在相同工艺条件下,激光扫描速度愈快,显微组织愈敛密、细小,硬度和耐磨性愈好,但重熔喷焊层的熔深较浅;不同激光工艺参数的重熔喷焊层,经不同温度回火后,硬度都得到了进一步的提高;扫描速眨为360 mm/min,经600 C×3 h回火后的重熔喷焊层硬度相比为最高.采用合适的激光重熔处理工艺及随后的热处理,或使Ni基合金火焰喷焊层进一步强化,使用性能得到进一步改善.     

镍基高温合金激光焊接接头组织及裂纹形成原因

分析了激光焊接镍基合金时接头显微组织特征,对焊缝及焊接热影响区中热裂纹产生的原因,进行了初步探讨.研究认为,母材和焊缝中成分偏析及(γ+γ')低熔共晶的存在,是产生热裂纹的重要原因.     

激光熔凝镍基热喷涂层残余应力的X射线衍射分析

本文用X射线衍射法研究了45号钢基体上镍基热喷涂层经激光熔凝处理后的残余应力。     

镍基合金+WC激光熔覆层的显微组织形成机理及控制

采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析等手段对镍基合金+WC熔覆粉末颗粒的颗粒种类、颗粒粒径、不同种类颗粒的分布及镍基合金+WC激光熔覆层内各种组织的不均匀分布进行了研究。根据热平衡原理建立了熔覆材料颗粒半径、激光束功率密度和熔覆材料颗粒加热温度之间的定量关系式,提出通过控制各种熔覆材料颗粒大小来实现设计与控制送粉激光熔覆层的显微组织,并以WC与N i基自熔合金混合粉料为熔覆材料,对获得的熔覆层的显微组织进行分析,证明了所提出的熔覆层显微组织的设计与控制方法的可行性与实用性。     

一种镍基单晶高温合金中碳化物热稳定性研究

利用SEM、TEM研究了一种镍基单晶高温合金中碳化物在950℃时效不同时间的退化规律。固溶处理过程中形成的MC碳化物随时效时间的增加而逐渐退化为M6 C和M23 C6碳化物。同时,由于在时效处理过程中Re元素进入M6 C碳化物中,破坏了其结构稳定性,促使M6 C碳化物也可以退化为M23 C6碳化物。至时效3000 h时,没有观察到碳化物退化的逆反应。本研究可以为高温合金高温下服役的稳定性提供实验参考。     

SiC via holes by laser drilling

Through-wafer vias were formed in 400-μm-thick bulk 4H-SiC substrates by CO₂ laser drilling (1.06-μm λ) with a ?-switched pulse width of ∼30 nsec and a pulse frequency of 8 Hz. The resultant pulse energy delivered to the SiC surface was on the order of 60 mJ/pulse. Laser drilling produces much higher etch rates (229–870 μm/min) than conventional dry etching (0.2–1.3 μm/min) and the via entry can be tapered to facilitate subsequent metallization. Laser drilling combines optical and mass spectroscopic methods to in-situ monitor and control the laser ablation plume and ionized debris, reducing the total residual surface contamination.     

深孔激光加工研究

研究了深孔形成的物理过程,提出了一种新型的深孔加工的激光脉冲波形,用光锥方程和能量平衡关系式推导出孔深、孔径及有关激光参数,与实验结果基本相符。     

35CrMo激光熔覆铁基合金与镍基合金涂层性能比较

为了对35CrMo电机主轴激光熔覆铁基合金与镍基合金涂层进行对比研究,利用 CO2激光在35CrMo电机主轴表面制备3540铁基和Ni00镍基合金改性涂层,在初步满足工程应用的前提下,对两种材料改性涂层横截面横向和纵向上的硬度进行测试,并通过配备腐蚀液对其进行了金相研究。结果表明,在熔覆区和熔合区交界处附近,两种熔覆材料的显微硬度差别不大,均为640HV左右,都能满足工程应用;两种涂层材料的耐腐蚀性均较基体材料强,激光熔覆区域、熔合区的显微组织差异明显,晶粒的尺寸逐渐变小,且镍基材料的耐腐蚀更强。综合比较而言,选择Ni00熔覆材料较3540材料更能满足工程应用。     

激光涂复层质量控制研究

本文对激光涂复层外观及同部质量进行了系统的研究。分析总结出了影响涂层质量的主要因素，及防止涂层缺陷提高涂层使用性能的有效手段。     

提高准分子激光打孔质量的方法研究

为了提高准分子激光打孔质量,分析了影响现行加工系统打孔质量的因素,在此基础上提出利用钻孔法改进打孔效果的解决方案。根据此方案设计了加工光路,进行了微孔加工实验。实验结果表明,采用248nm准分子激光加工有机材料聚甲基丙烯酸甲酯,微孔形状规则,孔径锥度可减小至0.055。该加工系统和方法提高了微孔加工的速度和质量,在微加工领域具有很好的实际应用价值。     

难熔元素W/Re对镍基单晶高温合金再结晶的影响

两种实验合金(DD00和DD0WR)被设计用于阐明难熔元素W/Re对镍基单晶高温合金再结晶行为的影响。对比DD00合金,加入W/Re的DD0WR合金的再结晶形核阶段被延长,晶粒长大速率减慢,这也意味着DD0WR合金的再结晶行为明显受到抑制。通过透射电镜(TEM)明场像观察,随着热处理时间地延长,DD0WR合金的位错密度消除得更慢。结合TEM中扫描透射电子显微探测器(STEM)和X射线能谱仪(EDS)观察发现,在DD0WR合金中,位错和晶界处有W/Re元素富集。据此可知,对于DD0WR合金,由于难熔元素W/Re在位错和晶界处富集,阻碍了位错运动和晶界迁移,有效地抑制了再结晶的发生。     

复合脉冲深度激光打孔的实验研究

为了进一步提高激光在金属厚板上深度打孔的速率,针对5mm厚不锈钢板,采用高峰值功率短脉冲串叠加大能量长脉冲的双光束复合激光打孔方法,建立了复合脉冲激光打孔的理论模型,提出大能量长脉冲激光束的主要作用是熔化金属,排出金属熔融物主要靠高峰值功率密度的激光脉冲串,并研究了脉冲能量、脉冲宽度、打孔方式等不同激光参量下的激光打孔效果。结果表明,与长脉冲激光单独激光打孔相比,复合脉冲激光打孔能大幅减小穿孔时间,对脉宽2ms、单脉冲能量2.9J的长脉冲,复合脉冲打孔速率提高2.3倍,所需能量减少20%,且脉冲能量越大,脉冲宽度越窄,打孔速率越快。此研究为复合脉冲打孔的激光器选择提供了依据。     

辅助气体对激光打孔的影响

辅助气体是影响激光打孔质量的一个重要因素,本文通过实验分析了辅助气体类型、气压对不同的材料激光打孔的孔径和孔臂粘滞物吹除的影响,提出了激光打孔中有效利用气压的概念,指出可采用直径非上的孔来产生很强的气流以提高有效利用气压,并利用激光打孔后作为喷嘴,获得了重复率高、倾斜度小和工件表面干净的激光打孔。     

飞秒激光脉冲数对P型HgCdTe激光打孔成结效果的影响

飞秒激光对p型Hg Cd Te打孔形成PN结.该实验基于1 k Hz低重复频率飞秒激光采用不同脉冲数在p型Hg Cd Te上打孔形成尺寸不同的微孔结构.实验发现脉冲数是影响成结效果的重要参数.激光诱导电流(LBIC)检测表明,随着脉冲数由单个增至10个,微孔侧壁反型层宽度由13.5μm减小到10.5μm.当脉冲数增大至100个时,微孔LBIC信号曲线已严重偏离PN结所对应的正负峰对称线形,意味着结特性趋于失效.对LBIC曲线拟合表明,单脉冲打孔形成的PN结给出最大的载流子扩散长度,约为17μm,而10个脉冲对应的环孔PN结扩散长度则减小为12μm.