基于Brook理论的激光熔覆过程中纳米Al_2O_3+13%TiO_2陶瓷颗粒生长研究

为了研究激光高能量密度下纳米颗粒的生长情况,从而为优化工艺参数提供参考,在Brook晶粒生长经典理论基础上,结合有限元软件Ansys数值模拟的激光熔覆温度场,计算了激光熔覆等离子体喷涂预置纳米Al2O3+13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层过程中纳米颗粒尺寸变化,并讨论了纳米颗粒初始尺寸及不同熔覆区域对其生长的影响。同时,对等离子体喷涂纳米涂层进行了激光熔覆试验。结果表明,纳米颗粒在激光熔覆试验中生长情况的总体趋势与理论计算结果基本一致,说明基于Brook理论的晶粒生长理论对了解纳米颗粒在激光熔覆过程中的生长有一定的理论指导意义。     

La_2O_3对激光熔覆镍基纳米Al_2O_3复合涂层组织和性能的影响

采用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备了不同La2O3含量的镍基纳米Al2O3复合涂层。通过扫描电镜观察分析了熔覆层的微观组织结构,并对熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能进行了测试。试验结果表明,加入1.5wt%稀土La2O3时,熔覆层组织显著细化,由细小的等轴树枝晶和共晶组织组成,熔覆涂层的显微硬度在651.4HV0.2至732.4HV0.2之间,耐磨性能显著提高。     

半导体/介质纳米颗粒镶嵌材料的超快激光光谱学

报道了近年来半导体 /介质纳米颗粒镶嵌材料中超快过程的激光光谱学的主要测量方法和技术、探测结果、机理分析和我们的一些见解。     

Al_2O_3-WO_3材料的激光合成研究

采用大功率ＣＯ２激光器合成出了Ａｌ２Ｏ３－ＷＯ３陶瓷材料。测量其阻－温特性表明合成样品具有线性的ＮＴＣ热敏电阻特性，微观分析结果证明激光合成样品由Ａｌ２Ｏ３、ＷＯ３、Ａｌ２（ＷＯ４）３、ＡｌｘＷＯ３四相组成，而起导电作用的是ＡｌｘＷＯ３这一非平衡反应产物。常规烧结工艺合成Ａｌ２Ｏ３－ＷＯ３陶瓷材料所得试样没有线性的ＮＴＣ热敏电阻特性。     

镁合金激光熔凝层显微组织分析

采用激光熔凝技术处理镁合金,系统分析了激光熔凝处理后熔凝层组织变化特征。研究结果表明,激光熔凝处理后,熔凝层相组成仍为α-Mg和β-Mg17Al12,其中β相含量较原始镁合金有所提高。熔凝层组织呈明显的树枝晶形貌特征,较原始镁合金晶粒显著细化,且沿熔凝层深度增加,枝晶尺寸逐渐增大。透射电镜分析进一步证明了熔凝层由密排六方结构的α-Mg和体心立方结构的β-Mg17Al12组成,其中β相呈板条状、短柱状和六棱柱状多种形态析出。另外,当激光功率从2 kW增加到5 kW时,熔凝层中β含量和枝晶尺寸均增加,且枝晶长度方向的增加幅度约为宽度方向上增加幅度的10倍。在枝晶细化和沉淀强化综合作用下,熔凝层的耐磨性较原始镁合金有显著提高。     

γ-TiAl金属间化合物合金激光表面合金化制备Al_2O_3/TiAl耐磨复合材料涂层研究

以镍包Ａｌ_２Ｏ_３粉末为原料对γ－ＴｉＡｌ金属间化合物合金进行激光表面合金化,制得无裂纹、表面光滑、内部组织致密、厚度可达１．０ｍｍ、以快速凝固Ａｌ_２Ｏ_３硬质相为增强相的“原位”耐磨复合材料合金层,通过预热及缓冷可以消除涂层开裂现象。涂层与基体的结合为完全冶金结合,激光表面合金化后ＴｉＡｌ合金硬度及在滑动磨损及磨料磨损条件下耐磨性均大幅度提高。     

激光合成Al_2O_3-WO_3陶瓷材料的显微分析

用Ｘ射线衍射等技术分析了激光合成Ａｌ２Ｏ３－ＷＯ３陶瓷材料，结果表明在激光合成样品中形成柱状晶，而常规工艺和Ｎ２气氛中烧结样品不含有柱状晶，柱状晶的成分主要是Ａｌ２Ｏ３。进一步的分析表明Ａｌ２Ｏ３－ＷＯ３陶瓷合成样品的导电相是ＡｌｘＷＯ３。     

激光合成Al_2O_3-WO_3线性热敏材料

应用大功率CO_2激光器非平衡态高温、快速合成陶瓷新工艺,合成了Al_2O_3-WO_3系线性NTC热敏材料。并从激光合成工艺、材料组成、热老化、材料的抗氧化性及耐酸碱性等方面对合成陶瓷材料进行了试验。     

粉末分布对激光近净成形Al_2O_3陶瓷薄壁件表面形貌的影响

采用同轴送粉激光近净成形系统,研究同轴送粉粉末分布特征,开展氧化铝(Al2O3)陶瓷薄壁件成形实验,结合粉末分布密度函数分析光斑直径和激光功率对激光近净成形Al2O3陶瓷薄壁件表面形貌的影响。结果表明,同轴送粉粉末成双重高斯分布,激光光斑大小影响光束直接辐照粉末量,进而影响薄壁件表面形貌,光斑大小与光束直接辐照粉末量成高斯积分函数;增大激光功率可减弱高斯分布粉末对激光能量分布的影响,有利于获得较好的表面形貌,但激光功率过大会导致薄壁件表面形貌变差;采用合理的工艺参数成形的Al2O3陶瓷件相对密度可达99.72%。     

等离子喷涂Al_2O_3陶瓷涂层的激光重熔处理

用Ｘ 射线衍射、扫描电镜和显微硬度研究了等离子喷涂Ａｌ２Ｏ３ 陶瓷涂层激光重熔处理后陶瓷熔化层的组织结构及硬度变化特征。激光重熔区亚稳相γ－ Ａｌ２Ｏ３ 转变成为稳定相α－ Ａｌ２Ｏ３;陶瓷熔化层致密、无孔隙,但存在裂纹;熔化层硬度有较大提高,且随激光能量密度的增大而增大,而与涂层设计几乎无关。此外,激光重熔能较大地提高Ａｌ２Ｏ３ 陶瓷涂层的耐磨性。     

扫描速度对激光快速熔凝钢组织与物相的影响

用TEM（透射电子显微镜）和XRD（X射线衍射）对H13，40Cr等材料的激光快速熔凝组织的观察分析，表明扫描速度大时熔区中以极条马氏体为主，其亚结构为位错，马氏体板条上弥散分布着碳化物的细小颗粒；当扫描速度较小时，熔区中则以片状马氏体为主，其亚结构是李晶。     

激光重熔对Fe-C合金快速凝固共晶生长的数值模拟

本文通过数值模拟，计算出了Ｆｅ－Ｃ合金的共晶共生区，并以此作为实际加工中激光处理参数优化选择的手段。数学模型从计算物体表面温度场三维分布入手，考虑到激光空间Ｇａｕｓｓ分布特性，得到物体表面温度梯度分布。结合枝晶分布ＫＧＴ模型以及共晶分布经修正的ＴＭＫ模型，得到一个完整的从激光重熔到共晶生长的计算模型，并计算了微观结构和共晶生长的范围。     

凝固条件对γ-Ni/Mo2Ni3Si合金凝固组织的影响

设计并采用激光熔炼工艺制备出镍基固溶体γ增韧的Mo_2Ni_3Si三元金属硅化物合金。差式扫描量热分析(DSC)及高温金相实验表明,该合金共晶温度约1287℃,液相线温度约1355℃。研究了该Mo_2Ni_3Si合金在炉冷、水冷及激光表面熔凝条件下的凝固组织。结果表明,在炉冷及水冷条件下,随着凝固冷却速度的提高,合金中Mo_2Ni_3Si初生枝晶体积分数降低、二次枝晶臂间距减小,但激光表面快速熔凝合金中Mo_2Ni_3Si初生枝晶体积分数急剧增加(62％)。激光表面快速熔凝γ/Mo_2Ni_3Si合金由于组织细小,且基体γ相被Mo及Si元素过饱和固溶,具有最优异的力学性能(显微硬度600HV);炉冷Mo_2Ni_3Si合金凝固组织初生枝晶上分布着许多显微裂纹,且显微组织为粗大的二相组织,力学性能较差。     

激光熔覆ZrO_2／Ni合金复合涂层的凝固组织与分层机制

用激光束在４Ｃｒ１３钢基体上熔覆ＺｒＯ２与Ｎｉ合金的混合粉末，形成了分层结构的复合涂层，即表面为致密的ＺｒＯ２陶瓷层．介于陶瓷层与基体之间的是Ｎｉ基合金过渡层。组织分析表明，ＺｒＯ２层的上部为等轴晶，中下部为柱状晶，主要由ｔ＇－ＺｒＯ２相及少量沿ｔ＇晶界分布的ｍ－ＺｒＯ２相组成；Ｎｉ合金结合带呈现出树枝晶及其晶间共晶的单一凝固组织。该复合涂层的分层机制可解释为互不混溶的ＺｒＯ２与Ｎｉ合金熔珠在界面张力和浮力作用下发生离析重排，再各自重新凝固。     

Cr3C2对激光熔覆钴基合金涂层组织与性能的影响

采用5kW CO2连续激光在低碳钢表面激光熔覆了钴基合金涂层(Co60)及添加25％Cr3C2(质量分数)的钴基合金复合涂层(Cr3C2／Co)，对比研究了Cr3C2对熔覆涂层的组织、显微硬度及耐腐蚀磨损性能的影响。结果表明，在本试验条件下可得到熔覆质量良好的Co60及Cr3C2／Co涂层。Co60涂层组织主要由大量初生枝晶γ固溶体及其间的共晶组织γ与(Cr，Fe)7C3组成。Cr3C2／Co涂层组织主要由未熔Cr3C2，大量杆状和块状的富Cr碳化物及其间的非常细小的枝晶及其共晶体组成，主要组成相为γ-Co，Cr7C3，Cr23C6和未熔Cr3C2颗粒。添加的Cr3C2改变了Co60涂层的凝固特征，使Co60涂层的亚共晶结晶方式转变为Cr3C2／Co涂层的过共晶结晶方式。未熔Cr3C2粒子起到了非自发形核作用，在其周围形成了许多富Cr碳化物，并细化了涂层枝晶组织。Cr3C2/Co涂层的显微硬度以及在不同腐蚀介质中的耐磨性比Co60涂层都有明显提高。     

激光超高温度梯度快速定向凝固研究

研究了激光重熔工艺参数对三种不同成分的Cu Mn合金重熔区微观组织生长方向的影响。结果表明 ,熔池中微观组织的生长方向强烈地受激光工艺参数 (激光输出功率和扫描速度 )和合金成分的影响。通过选择合适的工艺参数 ,实现了与Bridgman法类似的超高温度梯度快速定向凝固 ,其温度梯度可高达 10 6 K m ,速度可高达 2 4mm s。利用激光表面熔凝技术实现超高温度梯度快速定向凝固的关键在于 :1)在激光熔池内获得与激光扫描速度方向一致的温度梯度 ;2 )根据合金凝固特性选择适当的激光工艺参数以获得胞晶组织。     

DD2单晶合金激光表面熔凝处理的组织特征及微观偏析行为

利用激光快速熔凝技术对DD2单晶合金在超高温度梯度和快速凝固条件下的组织形态和元素的微观偏析行为进行了研究。实验结果表明激光重熔后微观组织较铸态组织显著细化 ,枝晶间析出相被抑制 ,合金元素的微观偏析行为大为改善。     

石油化学阀门激光熔覆层凝固组织控制的研究

用5kW横流CW CO2激光器在1Cr18Ni9Ti与Cr18Ni12Mo3Ti阀门零件上熔覆NiCrFeBSi合金，得到了厚2～3.5mm、表面平整光滑和组织细密的合金熔覆区，并结合熔覆试验分析探讨了激光熔覆层快速凝固过程中的凝固组织及组织控制方法。