脉冲激光清洗过程中振镜扫描速度对TA15钛合金表面氧化层的影响

采用脉冲激光清洗技术以不同的振镜扫描速度对TA15钛合金表面的氧化层和油污进行去除,分析了激光清洗后TA15钛合金的表面形貌以及清洗表面的成分变化和硬度变化。结果表明:随着振镜扫描速度从7000 mm·s^-1增大到10000 mm·s^-1,清洗表面的钛元素含量呈现先增加再降低的趋势,而氧元素含量则是先降低再升高;当扫描速度为8000 mm·s^-1时,清洗表面的钛元素含量达到最高值,w(Ti)=79.47%,氧元素含量达到最低值,w(O)=8.62%;清洗表面的硬度随着扫描速度的减小而增大;激光清洗去除TA15氧化层的机制主要为气化机制和相爆炸机制。     

激光清洗工艺参数对TC4钛合金表面除漆的影响

采用脉冲光纤激光器对TC4钛合金表面的环氧锌黄漆层进行了激光清洗试验,研究了激光能量密度和激光清洗速度对清洗效果的影响规律,分析了试样清洗后的表面形貌、表面粗糙度以及物相组成,并测量了清洗后基材表面的维氏硬度。研究结果表明,清洗效果随着激光能量密度的增加或清洗速度的减小而逐渐变好;当激光能量密度为4.00 J/cm²、清洗速度为3 mm/s时,清洗后基材表面的物相成分只有Ti和Ti₆O,没有CaCO₃,说明在此工艺参数下漆层已经完全被去除。彻底去除漆层后的钛合金的表面粗糙度与原始基材表面粗糙度相近,粗糙度为S_a=2.082μm。清洗后TC4钛合金试样表面的维氏硬度平均值为368.74 HV,相比原始硬度约提高了7.4%。研究结果表明,通过合理选择工艺参数,可以有效去除钛合金表面漆层,并获得较好的表面形貌,同时能提升其表面平均硬度。     

纳秒脉冲激光清洗石化设备对清洗表面的影响

采用纳秒脉冲激光对石化设备普遍使用的20钢表面锈蚀层以及油污进行了激光清洗试验,通过正交实验法得到优化后的激光清洗工艺参数,在激光功率18 W,激光脉冲重复频率75kHz,扫描速度3 000mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面的锈蚀层;在激光功率20 W,激光脉冲重复频率75 kHz,扫描速度2 250 mm/s的清洗工艺参数下可有效去除20钢表面附着的油污。分析了激光清洗前后材料表面形貌的变化,研究了激光清洗前后表面的显微硬度以及耐腐蚀性,结果表明：激光清洗可以在不改变材料的耐腐蚀性能的同时提升材料表面的显微硬度,从而达到理想的激光清洗效果。     

纳秒脉冲激光清洗2024铝合金表面油漆涂层特性研究

采用不同脉冲频率和脉冲宽度的纳秒激光开展了2024铝合金表面150 μm厚环氧基底漆涂层的激光清洗研究,分析了激光清洗试样表面的宏观和微观形貌,探讨了不同激光参数下的除漆效果以及基材表面的损伤情况,并计算得到了在脉冲宽度为60 ns、脉冲频率为20 kHz下的基材损伤阈值为556.17W.试验结果表明:当激光功率、脉冲...     

100W脉冲激光器冷轧钢板表面氧化膜清洗

金属材料表面的附着物常常会影响机械的正常工作,常见的有氧化膜,锈迹,油污和其他杂质,激光清洗作为时下一种常用的金属表面清洗技术,广泛应用在工业清洗中.本文所用实验材料冷轧钢板由于长期暴露在空气中,常常会附着一层氧化膜,随着时间的增长,氧化膜会发生复杂的化学反应,导致表面不止一层氧化膜.在复杂的工作环境中形成的氧化膜,如...     

高温氧化钛合金激光清洗机理与工艺

钛合金在高温环境中表面会发生严重氧化,影响后续的加工与使用,采用激光清洗技术去除氧化层,通过高速摄像设备分析氧化层的去除机理,研究激光清洗、机械打磨以及酸洗工艺对试样表面宏观形貌、微观形貌、化学成分、平整性以及显微硬度的影响.结果 表明,氧化层的激光去除机理以烧蚀作用为主,通过选择合适的工艺参数清洗后,试样表面氧化物基...     

激光清洗FV520B钢表面氧化色工艺参数对表面粗糙度的影响

采用波长为1064 nm的脉冲光纤激光器对FV520B合金钢表面的高温氧化色层进行清洗,以激光功率、脉冲频率、清洗次数和基体原始粗糙度作为变量,考察各参数对试样表面氧化色清除效果及清洗后表面粗糙度的影响规律.研究结果表明:对于200#砂纸打磨的预处理样品(粗糙度约为0.503 μm),当清洗激光功率为40～120W时,...     

激光选区熔化TC4钛合金工艺参数对成形件表面质量的影响

采用正交试验,研究在选区激光熔化快速成形的过程中,激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明,4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距;对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距;对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为：激光功率200 W,扫描速度600 m/s,铺粉厚度0.04 mm,扫描间距0.06 mm。     

高强钢表面海洋生物膜层纳秒脉冲激光清洗质量与脱附行为分析

金属材料在海洋环境下服役时表面会产生海洋生物污损,严重影响材料的服役寿命,必须对其进行定期清理。以30Cr3高强钢表面海洋生物膜层为清洗对象,采用纳秒脉冲激光清洗海洋生物膜层,对比分析海洋生物膜层激光清洗前后的宏观形貌、微观形貌、元素组成与表面粗糙度,通过高速摄像设备观察清洗过程中的脱附行为,探究不同激光能量密度对海洋生物膜层激光清洗质量与脱附行为的影响。结果表明：黄海海域中浸泡的高强钢表面海洋生物膜层包含主要由有机成分构成的胞外聚合物(EPS)层和主要由石灰质构成的表面硬质附着物两种组分,在不损伤基材的前提下,纳秒脉冲激光清洗高强钢表面海洋生物膜层的效果随激光能量密度的增大而增强,采用9.95 J/cm²的激光能量密度清洗效果最佳,清洗后表面无海洋生物膜层成分残留,表面粗糙度S_a=17.31μm,较清洗前下降约47.8%,其中,EPS层主要通过烧蚀分解去除,而表面硬质附着物主要通过热弹性振动从表面剥落去除。     

光斑搭接率对GH3030合金表面积碳及氧化物清洗质量的影响

采用200 W的纳秒脉冲光纤激光器对GH3030镍基高温合金表面积碳及氧化物进行了激光清洗实验研究,分析了激光光斑搭接率对清洗表面形貌、元素成分、相组成、表面粗糙度以及显微硬度的影响。结果表明：随着激光光斑搭接率从58.33%增大至70.83%,碳元素和氧元素含量均呈现先降低后升高的趋势,镍元素含量则先升高后降低,表面粗糙度先减小后增加。当光斑搭接率为66.67%时,碳元素和氧元素含量均下降到最低值,分别为5.01 wt%和1.40 wt%。同时,镍元素含量达到峰值,为72.96 wt%,表面粗糙度Ra减小至0.229μm,Rz减至1.47μm。改变激光光斑搭接率不会对GH3030高温合金的表面显微硬度产生显著影响。     

5083铝合金阳极氧化膜激光清洗工艺研究

采用纳秒脉冲光纤激光器对5083铝合金阳极氧化膜进行清洗,对清洗试样的表面形貌、表面粗糙度、元素组成和含量、清洗率及清洗机制等进行分析。研究表明,脉冲频率影响扫描振镜方向的光斑搭接率,激光行进速度影响清洗方向的光斑搭接率,在过高的激光能量下清除氧化膜时会造成基体二次氧化。工艺参数对表面粗糙度的影响规律不同,表面粗糙度随单脉冲能量的增加先增大后减小,随脉冲频率的增加出现两次先减小后增大,随激光行进速度的增加先增大后减小再增大。当单脉冲能量为100 mJ、脉冲频率为9.67 kHz、扫描振镜速度为4000 mm/s、激光行进速度为6.5 mm/s时,5.27μm厚的氧化膜几乎被清洗干净,表面粗糙度为Sa=0.608μm,优于机械打磨表面粗糙度（1.18μm）,清洗率达97.14%,与参数优化前相比清洗率提升了2.43%。激光清除5083铝合金氧化膜的机制为热烧蚀、弹性振动剥离和孔洞爆破。     

增材制造TC4钛合金在激光抛光前后的电化学腐蚀性能

对表面已进行喷砂处理的增材制造TC4钛合金在氩气环境下进行激光抛光实验,通过极化曲线测试研究了抛光前、后钛合金的耐蚀性,并结合表面粗糙度、晶粒尺寸、表面残余应力以及显微组织分析了激光抛光对TC4钛合金耐蚀性的影响。研究结果表明:抛光钛合金的自腐蚀电位与自腐蚀电流密度均大于未抛光钛合金,说明抛光钛合金相比于原始钛合金的被腐蚀倾向更小,但其一旦受到腐蚀,腐蚀速率会略大于原始钛合金。自腐蚀电位的升高源于钛合金表面粗糙度的降低,自腐蚀电流密度的增大则是因为表面晶粒的细化以及残余拉应力的存在。     

激光诱导Ti-6Al-4V钛合金表面着色研究

针对目前关于激光着色的呈色机理解释尚未形成统一定论,还存在些模糊的问题,拟进一步研究呈色机理。为此,本文基于Nd∶YAG纳秒激光器在钛合金表面进行激光着色试验,在不同扫描速度下得到了黄色、橙色、蓝色样本;利用构建的空气-氧化膜-钛合金基底的三层结构模型,从反射率及颜色参数两个方面分别对实验样本与理论模型的结果进行了对比,验证了不同颜色的形成是由于干涉作用引起的,而最外层氧化膜的厚度决定了干涉的效果;从着色机理方面对不同颜色样本的着色效果及三维微观形貌进行了分析;对钛合金激光着色加工,具有一定的指导意义。     

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.     

激光重熔对TC4钛合金表面激光原位熔覆层微观组织与性能的影响

为了进一步提高激光原位熔覆层的质量,利用激光重熔方法对TC4钛合金表面激光原位熔覆层进行了处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别对比研究了熔层的显微组织、相分布和显微硬度。结果表明,适当工艺参数的激光重熔处理可以消除位于原位熔覆层底部的大气孔,可以使熔层中的陶瓷相分布更均匀,从而提高熔层的组织致密性;激光重熔处理后熔层硬度值的梯度变化减弱,熔层的平均显微硬度与质量的稳定性均得到提高。     

镍基高温合金光束耦合纳秒激光铣削表面成型质量研究

激光铣削具有材料适应性广、激光能量密度可调控以及无机械力等特点,可用于难加工材料镍基高温合金的材料去除加工。本团队采用光束整形的多激光束耦合纳秒激光开展了DZ411镍基高温合金微铣削表面的工艺研究,分析了扫描次数N、扫描速度v、扫描间距s、脉冲频率f以及激光功率P等工艺参数对铣削表面形貌、表面粗糙度、铣削效率以及表面元素分布等的影响机制。结果表明：多光束耦合激光对材料的去除机制主要是汽化与重熔,在加工表面形成了凸起与凹坑等周期性多尺度特征;当N=10、v=100 mm/s、s=25μm、P=15 W、f=10 kHz时,面槽底部的粗糙度R_a最大(51.75μm),铣削效率也达到最大值(1.87 mm³/min);随着扫描间距s由15μm增大到35μm或激光功率P由5 W增大到15 W,铣削效率逐渐增大;激光铣削过程中材料发生了复杂的物理化学变化,加工表面的凸起结构中可能包含多种金属氧化物和金属间化合物。本研究工作可以拓展激光加工的工艺类型,为新型激光铣削参数优化提供工艺支撑。     

金刚石膜电化学清洗硅片表面有机沾污的研究

采用金刚石膜电极的电化学方式在专用水基清洗剂中不断产生强氧化剂过氧焦磷酸根离子(P2O4-8),并将此方式作为金刚石膜电化学清洗工艺步骤的第一步,用于氧化去除硅片表面的有机沾污.通过与RCA清洗进行对比实验,并应用X射线光电子谱和原子力显微镜进行清洗效果的检测,结果表明,本清洗工艺处理后的硅片表面有机碳含量更少,微粗糙度小,明显优于现有的RCA清洗工艺.     

金刚石膜电化学清洗硅片表面有机沾污的研究

采用金刚石膜电极的电化学方式在专用水基清洗剂中不断产生强氧化剂过氧焦磷酸根离子(P2O4-8),并将此方式作为金刚石膜电化学清洗工艺步骤的第一步,用于氧化去除硅片表面的有机沾污.通过与RCA清洗进行对比实验,并应用X射线光电子谱和原子力显微镜进行清洗效果的检测,结果表明,本清洗工艺处理后的硅片表面有机碳含量更少,微粗糙度小,明显优于现有的RCA清洗工艺.     

送粉式激光增材制造TC4钛合金熔覆层组织及电化学腐蚀行为的研究

采用激光增材制造(LDM)技术在TC4钛合金基体表面制备了TC4钛合金熔覆层,研究了不同扫描速率下制备的熔覆层的组织、显微硬度以及其在H_2SO_4溶液中的抗电化学腐蚀性能。结果表明:熔覆层的主要物相为α-Ti,且在β晶界附近生成了细针状α′马氏体,组织呈正交状网篮结构;随着扫描速率增大,熔覆层的平均显微硬度先增大后减小,腐蚀电流密度先降低后升高,电荷转移电阻先增大后减小,即其耐蚀性先增强后减弱;当扫描速率为10 mm/s时,熔覆层具有最大的平均显微硬度(390 HV)、最小的腐蚀电流密度(1.2337μA·cm^-2)、最大的电荷转移电阻(11500Ω·cm^-2),此时的熔覆层具有较好的抗电化学腐蚀性能。     

激光表面合金化提高钛合金高温抗氧化性能的研究

采用Ａｌ＋Ｎｂ对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ进行激光表面合金化处理，在适当的工艺参数下，得到了ＴｉＡｌ３＋ＴｉＡｌ＋少量Ａｌ的合金化层，在９００℃空气介质中的氧化试验结果表明，激光合金化层在氧化时能够形成致密、连续的α－Ａｌ２Ｏ３保护膜层，对基体起到了良好的抗氧化保护作用