组织表面附着水膜层对脉冲CO_2激光骨硬组织消融的影响

评估组织表面附着水膜层对激光骨硬组织消融效果的影响。以新鲜离体牛胫骨组织为实验样品,置于速度为12 mm/s的一维电动平移台上,分别在有附着和无附着水膜层情况下使用脉冲CO2激光进行垂直照射,来回扫描5次。激光波长10.64μm,脉冲频率60 Hz,能量密度范围18~84 J/cm2,光斑直径400μm,水膜层厚度0.4 mm。辐照后,利用体视显微镜和扫描电镜(SEM)观察消融凹槽表面形貌改变和微结构变化,利用光学相干层析成像(OCT)技术测量消融凹槽深度。结果表明,组织表面附着水膜层可减少激光骨消融过程产生的碳化和热损伤,有利于清洁消融凹槽,且辐射曝光量为50 J/cm2和70 J/cm2时附着水膜层可提高消融速率。     

动态聚焦条件对脉冲CO2激光骨硬组织消融的影响

激光辐照生物组织消融过程中由于工作距离的变化引起的离焦现象对消融效果具有重要影响。以新鲜离体牛胫骨组织为实验样品,置于一维电动平移台上,移动速度为5.5mm/s;脉冲CO2激光(10.64μm)平行光束经一可移动聚焦透镜后垂直辐照样品表面,光斑直径为200μm。实验时通过移动聚焦透镜位置改变焦点位置,实现消融过程动态聚焦。激光辐照功率为6W,脉冲频率为420Hz,水喷雾协同工作,喷水速度为5.5mL/min。辐照后,利用扫描电镜观察消融凹槽微结构,用光学相干层析成像(OCT)技术测量消融凹槽深度。结果表明,动态聚焦条件可显著提高消融速率,消融深度随等效脉冲数增加而增加,消融速率呈减小趋势;在动态聚焦条件下获得的消融凹槽的表面形貌和微结构较离焦条件下更不规则。     

磁场辅助激光沉积涂层微观组织与性能研究

为了改善激光沉积过程中，涂层出现气孔、裂纹与基材结合不良等缺陷，采用旋转磁场辅助激光沉积的方法，在304奥氏体不锈钢制备了Fe106+镍包碳化钨（质量分数为0.05）复合涂层。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光共聚焦扫描显微镜等表征手段进行了组织结构和物相分析，通过硬度计、摩擦磨损试验机对其耐磨性进行测定。结果表明，旋转磁场可以抑制熔池流动，促进了涂层组织细晶强化和匀质效应；磁场强度为70mT时涂层显微硬度是无磁场涂层的1.16倍；相同的磨损条件下，磁场强度为70mT的涂层比无磁场涂层失重降低了64.2%，耐磨性得到明显改善。利用磁场辅助激光沉积对改善激光沉积缺陷是有帮助的。     

GH909合金激光焊接接头的微观组织特征

采用光纤激光器对2 mm厚GH909合金进行焊接实验,探究了焊缝横截面宏/微观成形、外延生长组织演变和接头典型位置的晶体分布特征。研究结果表明：GH909合金焊缝呈典型的沙漏形,焊缝区晶粒尺寸明显大于母材和热影响区的晶粒尺寸;典型的柱状晶析出在焊缝中部和下部,少量等轴晶在焊缝顶部形成;平面生长的针状晶优先在上部近焊缝区形成,并通过竞争淘汰转变为稳定生长的细长柱状树枝晶,与此同时,中部近缝区发生胞状晶、胞状树枝晶向柱状树枝晶的转变;迁移晶界出现在热影响区,焊缝中靠近熔合线的位置存在外延生长和非外延生长两种生长模式;焊缝中部晶粒呈现为典型的非连续生长特征,晶粒宽度由小变大,但立即被新晶粒代替;焊缝上部晶粒的生长方向一致,呈现聚集特征,连续生长的γ柱状晶最终形成贯穿的巨大晶粒。     

不同离焦条件对骨硬组织激光消融的影响

评估了不同离焦辐照条件对脉冲CO2激光骨硬组织消融的影响。实验样品为新鲜离体牛胫骨组织,置于由计算机自动控制的一维电动平移台上。调节工作距离,分别在光束聚焦平面前后光斑尺寸约为510μm处进行非接触式垂直照射。脉冲CO2激光波长为10.64μm,脉冲频率为60 Hz,能量密度范围5~45 J/cm2。平移台移动速度为20 mm/s,重复扫描6次。肉眼和显微镜观察组织样品形态学变化,常规组织病理切片处理,苏木精-伊红(HE)染色,共焦扫描显微镜观察并摄取图像。运用测量软件测量骨样品消融凹陷的几何尺寸,获得切口宽度、深度和切口截面积随辐射曝光量的变化关系。结果表明,脉冲CO2激光可以应用于骨头等硬组织的切割,不同的离焦辐照条件对组织消融效果具有重要影响;在临床上,为获得窄且深的消融切口和高的消融率,可以稍微将光束聚焦在组织表面下方。     

激光选区熔化Ti-1023合金微观组织及力学性能研究

采用真空电弧熔炼（VAM）和激光选区熔化（SLM）技术制备了Ti-1023合金试样,并对其组织性能进行了测试分析。结果表明：SLM快速冷却条件抑制了β→α的相变过程,形成了全β相组织,而VAM试样由α+β双相组织构成。虽然SLM样品缺少高硬度α相,但快速冷却条件带来的高密度位错阻碍了位错运动,使得其屈服强度与VAM试样相近。α/β相界面会阻碍位错滑移,从而导致塑性降低,而SLM试样全β相组织可避免α/β界面的产生,并在变形中产生了应力诱导马氏体相变,使得断裂延伸率提升至VAM试样的5倍以上。     

锰青铜表面激光熔覆镍基合金的微观组织

用Rofin-Sinar CW025 YAG激光设备,采用同步送粉的方式进行自熔性Ni-Cr-B-Si合金粉末的激光熔覆,获得了无气孔和裂纹缺陷的熔覆层.借助扫描电子显微镜(SEM,LEO 1450)、能谱仪(EDS),X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相分析.研究结果表明,激光熔覆层与C86300铜合金基体实现了良好的冶金结合,激光熔覆层组织主要是γNi,Cr7C3,Ni2B,Ni3B以及少量CrB2和Cr3Si,并且实现了主要元素(Cr,Fe,Ni,Cu和Zn)从基体到熔覆层的梯度分布.     

金刚石锯片激光焊接的微观组织与性能研究

从金刚石锯片的激光焊接接头的微观结构,分析了焊接接头的各区域的显微组织分布、基板组织状态及后处理对焊接性能的影响,研究了提高焊接性能的主要途径。     

金属材料的激光增材制造微观组织结构特征及其影响因素

激光增材制造(LAM)涉及了复杂的热作用加工过程,在该工艺下制备的多层结构成形件也具有复杂的微观组织结构特征.而成形件的微观组织结构特征决定了其机械性能,优化微观组织结构特征是进一步实现机械性能的精确调控的关键所在.本文综述了LAM多层结构成形件的微观组织结构特征,总结了其微观组织结构特征演变的影响因素,为实现LAM多...     

激光熔覆氧化物陶瓷涂层的微观组织

本文以制作Al_2O_3,Co,Ni底釉混合物的涂层为例,研究了激光熔覆氧化物涂层的微观组织特征。熔覆形成的涂层是由接近基材表面的Fe-Si-O薄层、粗大等轴晶粒层和细小枝晶组织层构成。从形核结晶理论出发,基于氧化物材料的较低的导热性能,解释了这种微观组织的形成原因。     

激光直接烧结FGH95合金的微观组织与性能

基于直接激光金属烧结成形技术,以FGH95镍基高温合金粉末为研究对象,讨论了烧结工艺参数对制件微观组织、体积密度及显微硬度的影响。制件微观组织结构由等轴晶和枝状晶组成,在较高的激光功率、较低的扫描速度和较小的扫描间距时,等轴晶数量减少,尺寸增加,而枝状晶数量多且晶粒细微。制件的体积密度随着激光功率的提高而增大,随着扫描速率和扫描间距的增大而减小;随着激光功率和扫描速度的提高,制件的显微硬度呈先降后升趋势;随着扫描间距的增大,制件的显微硬度呈递增趋势,在到达最大值时有明显的回落。采用激光功率为900 W,扫描速度为0.8 m/min,扫描间距为0.6 mm以及粉层厚度为0.9 mm的参数组合,可获得表面平整、体积密度高、晶粒均匀细小和无明显微观缺陷的制件,其显微硬度可达到477 HV。     

激光对焊TC4接头微观组织及显微硬度研究

激光焊接作为一种飞机上钛合金部件的新型焊接方式而受到国内外广泛关注。本文采用不同功率激光对焊TC4接头,应用体式显微镜、扫描电镜,X射线衍射仪和硬度仪研究了不同工艺参数下各部位的微宏观形貌和显微硬度。结果表明,随激光功率增大,试件逐渐焊透,熔池内物相由等轴树枝晶转变为大β晶粒内的片状α/α′相;等轴树枝晶尺寸增加,α/α′/片层厚度减小;焊接接头的硬度沿测试线的波动随功率增大而增加,激光功率为550W时硬度分布最为均匀。     

铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究

为了研究激光成形方式对成形轮廓和微观组织的影响,采用厚度为40μm和80μm的T2铜箔进行激光冲击微胀形和微拉深实验。同时使用ABAQUS有限元仿真对实验进行模拟,研究不同变形方式下箔材位移和残余应力场。结果表明,激光冲击微胀形后铜箔变形区域出现颈缩,激光作用区域内变形机制主要为位错滑移、变形扭曲晶粒和机械孪晶;箔材上表面（激光冲击表面）为残余拉应力,最大值约为372.3MPa,箔材下表面（背向激光冲击面）为残余压应力,最大值约为-218.7MPa;而对于微拉深,箔材成形轮廓过渡圆滑,厚度分布均匀,光斑作用区域内出现大量位错露头和一些机械孪晶,箔材上表面为残余压应力,最大值约为-365.6MPa,箔材下表面为残余拉应力,最大值约为203MPa。这一结果对激光冲击箔材成形控制是有帮助的。     

TiNi合金/纯镍/不锈钢激光微焊接熔化区的微观组织

以纯镍丝为填充材料,采用精密脉冲激光实现了厚度为0.2 mm的TiNi形状记忆合金/不锈钢异种材料的焊接,研究了熔化区（焊缝和熔合区）的组织形貌和微观结构。结果表明,焊缝中心晶粒呈外延连续生长的特征。连续生长的枝晶可以跨越3~5个脉冲激光形成的鱼鳞纹,长度可以达到约200 μm。焊缝与两侧母材的熔合区呈现完全不同的形貌,在不锈钢母材与焊缝的接合界面,枝晶沿着不锈钢母材的熔合线生长,在枝晶间有二次晶轴;在TiNi合金与焊缝的熔合区,有一层宽度约为5 μm的过渡层将焊缝与母材隔开。     

AZ91D变形镁合金激光焊接头的微观组织与机械性能

对6.3mm厚AZ91D变形镁合金进行CO2激光对接焊试验,激光功率为3500 W,焊接速度为2.5m/min,离焦量为+2mm,氩气流量为10L/min,并采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能拉伸试验机考察接头的微观组织、拉伸性能和接头的断口形貌。结果表明:在此工艺参数下,接头焊缝成形良好;焊缝区由细小的α-Mg等轴晶基体组织和沿晶界分布的β-Mg17Al12组成,但存在微观气孔和微裂纹等缺陷;部分熔化区宽度很窄,为5080μm,靠近焊缝区一侧晶粒局部熔化,靠近母材一侧晶粒未熔化;接头抗拉强度(UTS)为232 MPa,延伸率约为6%,分别为母材的90%和25%;接头在焊缝区断裂,断口形貌表明为韧脆混合断裂。     

激光熔覆灰铸铁制动盘Fe-Ni-Cr梯度复合涂层微观组织及高温摩擦磨损性能研究

激光熔覆是解决灰铸铁制动盘磨损失效的一种可靠办法,但灰铸铁中存在的片状石墨会影响涂层的质量,降低涂层与基体的结合强度。本研究团队在灰铸铁制动盘表面熔覆了Fe-Ni-Cr复合涂层,并对涂层的相组成、显微组织、硬度及耐磨性能进行了分析。结果表明:涂层中的物相主要为Fe₅C₂和Fe₃C,而且这些物相呈阶梯状分布;涂层与基体结合良好,且熔覆区晶体的生长形态由柱状晶逐渐转变为胞状晶、枝状晶和等轴晶;在晶粒细化的作用下,涂层硬度略有波动,其平均硬度为468 HV0.3;涂层的耐磨性优于基体;随着试验温度由100℃升高到300℃,涂层的磨损量逐渐减少,涂层的磨损机理逐渐从以磨粒磨损为主转变为以黏着磨损和氧化磨损为主;当试验温度为300℃时,涂层的磨损量最小。     

组织光透明技术在骨透明化中的生物医学成像应用与展望

近年来组织光透明技术的飞速发展,为现代骨科临床基础研究带来了新的契机.组织光透明技术主要通过多种物理、化学手段,降低组织的光散射和光吸收,使光能在组织中更好地传播,从而增加光学成像的深度和对比度.结合多种荧光标记策略,实现更深层、更高分辨的骨组织及三维空间微结构信息,为突破骨这种高散射组织及骨疾病的分子影像学研究带来新...     

激光选区熔化AlMgScZr合金微观组织与电化学腐蚀性能研究

采用激光选区熔化(SLM)技术成形了AlMgScZr合金,分析了不同扫描速度下制备的合金的微观组织及其在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的动电位极化曲线和电化学阻抗谱,研究了SLM成形AlMgScZr合金的微观组织对其电化学腐蚀性能的影响。结果表明,在质量分数为3.5%的NaCl溶液中,SLM成形的AlMgScZr合金表现出明显的钝化行为。合金中的孔隙降低了表面钝化膜的稳定性,从而降低了合金的抗电化学腐蚀性能。由于熔池边界处高数量密度的Al₃(Sc,Zr)颗粒可以作为微阴极促进Al基体的溶解,熔池边界发生了严重的腐蚀。此外,随着扫描速度的增大,AlMgScZr合金的晶粒尺寸逐渐减小、小角度晶界逐渐增多。晶粒尺寸的减小导致晶界密度和晶界处的活性原子数量逐渐增多,提高了钝化膜的生长速度,同时,小角度晶界的增多提高了晶界的稳定性,从而改善了合金的抗电化学腐蚀性能。     

高强铝合金的激光焊接头组织及力学性能

采用CO2激光器对高强铝合金2519-T87进行焊接,研究了其激光焊接头组织和力学性能特征,并与熔化极气体保护焊(MIG)焊接头的组织和力学性能进行了对比。实验结果表明,激光焊焊缝组织细小,晶界共晶相呈短棒状均匀分布,时效后焊缝中有大量细小θ′相均匀析出,且熔合线附近没有形成等轴晶区,而熔化极气体保护焊焊缝组织晶粒粗大,晶界共晶相呈长条网络状分布,时效后焊缝中的θ′相尺寸大,数量少,且分布不均匀,熔合线附近还存在一个较宽的等轴晶区。焊后时效激光焊接头抗拉强度可达到母材的74%,并且随着焊接速度的增加,接头抗拉强度随之增加,而熔化极气体保护焊焊接头抗拉强度仅仅只有母材的61%,且激光焊接头的热影响区(HAZ)中没有明显的软化区。