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激光增材制造铍铝合金的缺陷和组织

稀有金属与硬质合金 2024年第4期52卷 69-77页

作者：代彦明谢垚王东新李军义张鹏李春生张健康西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司稀有金属特种材料国家重点实验室宁夏石嘴山753000 北京工业大学材料科学与工程学院教育部先进功能材料重点实验室北京100124

采用激光选区熔化技术制备了铍铝合金,分析了在低激光功率、高激光功率以及逐层单向线扫描和67°层间交错扫描两种扫描策略下铍铝合金中的成形缺陷、显微组织和硬度。结果表明:铍铝合金中的成形缺陷主要有气孔、微孔、热裂纹和熔合不良... 详细信息

采用激光选区熔化技术制备了铍铝合金,分析了在低激光功率、高激光功率以及逐层单向线扫描和67°层间交错扫描两种扫描策略下铍铝合金中的成形缺陷、显微组织和硬度。结果表明:铍铝合金中的成形缺陷主要有气孔、微孔、热裂纹和熔合不良。气孔尺寸较小且数量很少,对合金性能影响不大;微孔可以通过采用67°层间交错扫描和提高激光功率的方式消除;热裂纹主要是由熔池凝固末期熔池中心的柱状组织间长通道中液膜受其周围前一层熔池的拉应力引起,并在后期逐层沉积过程外延生长扩展,热裂纹的开口宽度随着能量密度增加而增大;熔合不良是熔池被周围新扫描熔池高搭接率重熔时受多次热循环影响,其边缘铍铝两相扩散向稳态转变,铍相枝晶长大和铝相扩散引起显微空隙所致。增材制造铍铝合金的显微组织中主要包含铝相、铍相和一部分亚稳态组织,其中铍相与亚稳态组织共同引起合金中较大的残余应力;合金中铍相基面(0001)取向虽然有一定的择优分布,但也表现出随机性,铝相(100)方向沿熔池扫描方向则存在明显的择优取向,使合金组织呈现各向异性。另外,通过沿熔池扫描方向测试硬度得知,铍铝合金因组织细小及存在大量的亚稳态组织而表现出更高的显微硬度。

关键词：激光选区熔化铍铝合金缺陷激光功率层间交错扫描

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扫描电镜原位激光加热与高温成像研究

电子显微学报 2024年第2期43卷 200-207页

作者：柴松吕俊霞李隆玉张跃飞张泽北京工业大学材料与制造学部北京100124 浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027

扫描电子显微镜(SEM)原位研究材料高温组织与力学性能是近年来材料领域关注的一个重要方向,在扫描电子显微镜内进行原位加热实验可以直接揭示材料微观组织、力学性能与温度之间的关系。然而传统的电流加热方式在样品温度超过800℃时金... 详细信息

扫描电子显微镜(SEM)原位研究材料高温组织与力学性能是近年来材料领域关注的一个重要方向,在扫描电子显微镜内进行原位加热实验可以直接揭示材料微观组织、力学性能与温度之间的关系。然而传统的电流加热方式在样品温度超过800℃时金属材料会释放出大量热电子,无法获得高质量图像。本研究开发了一种与SEM联用的激光加热台,该加热台使用激光作为加热源,可以对材料进行快速加热以及高分辨原位结构表征。本文详细介绍了激光加热台的设计原理并对加热台温度场进行有限元仿真模拟及分析,以镍基单晶高温合金为例,实现了1370℃原位高温成像,验证了该装置的主要功能。

关键词：扫描电子显微镜激光加热台高温成像原位表征

SiC_p/Al复合材料纳秒脉冲光纤激光刻蚀

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中国激光 2017年第1期44卷 146-151页

作者：张寰臻黄婷肖荣诗北京工业大学激光工程研究院高功率及超快激光先进制造实验室北京100124 河北工程大学数理科学与工程学院河北邯郸056038

研究了在高压辅助气体作用下运用纳秒脉冲激光刻蚀SiC陶瓷颗粒增强Al基复合材料的可行性。结果表明,刻蚀深度随激光能量的增加而增大。由于刻蚀过程中发生了复杂的冶金反应,在刻蚀表面很难观察到独立的SiC颗粒。重凝层内Al、Si、C、O元... 详细信息

研究了在高压辅助气体作用下运用纳秒脉冲激光刻蚀SiC陶瓷颗粒增强Al基复合材料的可行性。结果表明,刻蚀深度随激光能量的增加而增大。由于刻蚀过程中发生了复杂的冶金反应,在刻蚀表面很难观察到独立的SiC颗粒。重凝层内Al、Si、C、O元素空间分布相对均匀,其厚度和表面粗糙度随激光能量的增加而增加,并呈饱和趋势。高压同轴气体的机械作用是材料蚀除的主要机制。

关键词：激光刻蚀复合材料铝合金碳化硅

通过强化TRIP效应实现低温下Si添加亚稳态高熵合金的优异强度-延展性协同(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：李战江侯毅熙陈丽陈庆鑫陈俊锋常发戴品强唐群华莆田学院机电工程学院北京工业大学材料与制造学院先进材料微观结构与性能北京市重点实验室福州大学材料科学与工程学院福建省先进材料加工与应用重点实验室福建理工大学材料科学与工程学院

现有的相变诱导塑性效应(TRIP)为缓解强度-延展性权衡提供了显著的解决方案。本文研究了通过选择性激光熔融法制备的(Fe50Mn30Co10Cr10)100-xSix(x=0， 2)亚稳高熵合金的低温拉伸行为。结果表明，Si的加入会导致晶格畸变和层错能值的降... 详细信息

现有的相变诱导塑性效应(TRIP)为缓解强度-延展性权衡提供了显著的解决方案。本文研究了通过选择性激光熔融法制备的(Fe50Mn30Co10Cr10)100-xSix(x=0， 2)亚稳高熵合金的低温拉伸行为。结果表明，Si的加入会导致晶格畸变和层错能值的降低，尤其是在77K时。这极大地促进了Si2-HEA的TRIP。Si2-HEAs的屈服强度、抗拉强度和延展性分别为505.2MPa、1364.1MPa和19%，比Si0合金分别高43%、53%和58%。TRIP是位错滑移之外的主要变形模式，在强化过程中起着关键作用。强化和持续的TRIP保持了变形过程中的动态应变分布。这种超高应变硬化大大提高了强度和延展性。

关键词： Fe Mn Co Cr 高熵合金选区激光熔化 77K Si添加 TRIP效应

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激光粉末床融合含铒铝合金研究进展

材料开发与应用 2024年第1期39卷 94-104页

作者：毕舰镭魏午翟玉妍裴瑜文胜平荣莉黄晖聂祚仁北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室北京100124

近年来增材制造铝合金技术得到迅速发展,尤其是激光粉末床融合技术(LPBF)在部分构件上实现了应用验证。在LPBF技术中,常通过添加微量元素,如稀土铒(Er)元素等,来改善合金的成形性和力学性能。本研究从Er在铝合金中的作用机理出发,系统... 详细信息

近年来增材制造铝合金技术得到迅速发展,尤其是激光粉末床融合技术(LPBF)在部分构件上实现了应用验证。在LPBF技术中,常通过添加微量元素,如稀土铒(Er)元素等,来改善合金的成形性和力学性能。本研究从Er在铝合金中的作用机理出发,系统性概述Er元素在LPBF特殊热环境中的演变机制以及时效响应。总结在LPBF工艺下,Er元素在Al-Si、Al-Mg和Al-Zn-Mg-Cu合金中的存在形式和应用,对比不同含铒铝合金的力学性能,并对LPBF含铒铝合金的发展进行了展望。

关键词：激光粉末床融合技术铝合金微合金化 Er Zr

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液浮粉末床激光增材制造过程温度研究

电加工与模具 2024年第4期 55-60页

作者：孙一卓张磊林峰梁啸宇清华大学机械工程系生物制造中心生物制造与快速成形技术北京市重点实验室清洁高效透平动力装备全国重点实验室先进成形制造教育部重点实验室北京100084

在激光粉末床增材制造技术中,由于激光的高功率密度和粉末床的低导热性,生产的成形件内存在由快速交变的温度梯度导致的残余应力。使用液浮技术,即用熔融的金属锡代替下层粉末,可实现降低成形件应力和细化晶粒的效果。在考虑温度相关物... 详细信息

在激光粉末床增材制造技术中,由于激光的高功率密度和粉末床的低导热性,生产的成形件内存在由快速交变的温度梯度导致的残余应力。使用液浮技术,即用熔融的金属锡代替下层粉末,可实现降低成形件应力和细化晶粒的效果。在考虑温度相关物性参数,对熔池进行简化的条件下,对有液浮情况建立瞬态介观模型,与粉末床情况下进行对比。结果表明:液浮情况下降低温度梯度,可使冷却速度加快约10%。在液浮成形件组织中发现平均尺寸5μm的晶粒,明显小于传统LPBF技术获得组织,验证了冷却速度计算结果。

关键词：液浮粉末床温度梯度冷却速度数值模拟

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长波红外量子级联激光器的高效率光纤合束

光学学报 2024年第8期44卷 139-149页

作者：张梦王欣杨苏辉李宝李卓张金英高彦泽北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学学精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学信息光子技术工业和信息化部重点实验室北京100081 中国电子科技集团第十一研究所北京100015

长波红外量子级联激光器(QCL)具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率(1~3 W)是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤,使得... 详细信息

长波红外量子级联激光器(QCL)具有波长设计灵活、体积小、寿命长等优点。目前单横模QCL较低的输出功率(1~3 W)是限制其应用的主要因素。光纤功率合束技术是提升输出功率的有效手段。然而由于长波红外波段缺少低传输损耗的玻璃光纤,使得高效率长波红外光纤功率合束的实现难度很大。本文研究了基于低损耗单模空芯光纤的长波红外激光功率合束技术。针对基横模长波红外QCL有源区尺寸大、发散角大的特点,设计了大数值孔径扩展光源双非球面准直镜,有效提高了单模光纤耦合效率。设计制备了无端面损耗的长波红外单模光纤束,光纤传输效率高达91.2%,实现了7.6~7.8μm波段QCL的高效率合束。当4个长波红外QCL的输出总功率为2.27 W时,采用所设计的光纤耦合光学系统及制备的4×1单模空芯光纤合束器获得了1.5 W的连续输出,总合束效率为66%。此外,测量得到单根单模长波红外光纤耦合输出光的光束质量因子M~2为1.2,光强分布和光束质量因子均优于QCL的直接输出激光,说明空芯单模光纤具有一定的非高斯光束模式净化作用。合束光束的传输质量因子为2.6,依然具有较好的光束质量。本文所研究的光纤合束方式对QCL的输出波长、偏振态均不敏感,且具有良好的可扩展性。实验结果表明,此方式可有效解决长波红外QCL单元器件输出功率偏低的问题。

关键词：长波红外量子级联激光器光纤合束耦合效率空芯光纤

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空化水喷丸表面改性技术研究进展综述

航空制造技术 2024年第9期67卷 51-61页

作者：罗健鑫王彦菊崔敏超姚倡锋沙爱学张定华西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室西安710072 中国航发北京航空材料研究院应用评价中心北京100095

空化水喷丸是一种利用空化现象产生的巨大能量冲击材料表面,对零件进行强化的表面改性技术。因其对诸多金属材料都具有强化作用,而被广泛应用于改善零件的表面状态,形成残余压应力层,延长零件的疲劳寿命。主要从基本原理、试验设备和研... 详细信息

空化水喷丸是一种利用空化现象产生的巨大能量冲击材料表面,对零件进行强化的表面改性技术。因其对诸多金属材料都具有强化作用,而被广泛应用于改善零件的表面状态,形成残余压应力层,延长零件的疲劳寿命。主要从基本原理、试验设备和研究现状3个方面对水射流空化喷丸(WJCP)、超声空化喷丸(UCP)和激光空化喷丸(LCP)进行了介绍,并从理论和试验等方面总结了不同类型金属材料进行空化水喷丸后其残余压应力、粗糙度和疲劳寿命等方面的变化情况。在上述研究内容的基础上,结合空化水喷丸技术的优势,对空化水喷丸今后的发展方向和应用前景进行了展望。研究表明,空化水喷丸技术作为一种新型的表面强化技术,具有独特的优势和广阔的发展前景。

关键词：空化现象喷丸水射流空化超声空化激光空化

火箭撬试验长直轨道测量控制网的建立及精度分析

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电子测量与仪器学报 2024年

作者：张昊熊芝赵子越钟陈小鹏李春森翟中生湖北工业大学机械工程学院湖北省现代制造质量工程重点实验室航空工业北京长城计量测试技术研究所

火箭撬试验在航空航天、兵器、电子、核武器研制中具有重要的试验价值，为了建立轨道测量控制网、实现火箭撬试验中时空位置参数的测量，本文提出了一种基于边角混合交汇平差模型的组合测量方法。首先，构建了基于全站仪测角信息与激光... 详细信息

火箭撬试验在航空航天、兵器、电子、核武器研制中具有重要的试验价值，为了建立轨道测量控制网、实现火箭撬试验中时空位置参数的测量，本文提出了一种基于边角混合交汇平差模型的组合测量方法。首先，构建了基于全站仪测角信息与激光跟踪仪测距信息的混合交汇平差模型，定义了构建测量误差矩阵的原则，并采用非线性最小二乘法对全局坐标进行了最优估计；其次，采用蒙特卡洛法对测量设备布局和混合交汇平差模型的精度进行了仿真分析，仿真结果表明，测量设备布设在测量范围内的中间位置，可使整体位置标坐标测量误差达到最小，进一步减小平差模型中初始值误差，提高模型解算精度；最后，在某火箭撬试验场地进行了实验验证，在669米的测量范围内，整个轨道测量控制网的位置标距离标准差为0.19mm，验证了长直导轨测量中边角混合平差模型的可行性，该方法对全量程测量任务具有重要参考价值。

关键词：火箭撬试验轨道测量控制网平差模型最小二乘激光跟踪仪全站仪