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深振荡磁控溅射放电等离子体脉冲特性研究

物理学报 2024年

作者：高剑英李玉阁雷明凯大连理工大学材料科学与工程学院表面工程实验室

深振荡脉冲磁控溅射（Deep Oscillation Magnetron Sputtering， DOMS）以一系列微脉冲振荡波形的形式向靶提供能量，提供高密度等离子体的同时能够实现完全消除电弧放电和提高靶材原子离化率，实现高质量薄膜的沉积制备。针对DOMS微脉... 详细信息

深振荡脉冲磁控溅射（Deep Oscillation Magnetron Sputtering， DOMS）以一系列微脉冲振荡波形的形式向靶提供能量，提供高密度等离子体的同时能够实现完全消除电弧放电和提高靶材原子离化率，实现高质量薄膜的沉积制备。针对DOMS微脉冲放电形式拓宽放电参数空间，提高工艺灵活性的特点，建立脉冲等离子体整体模型，测量充电电压DCint= 300-380 V和微脉冲开启时间τon= 2-6 μs的Cr靶放电电压电流，将电压电流波形作为模型输入条件，获得DOMS放电等离子体参数随时间变化规律。充电电压300 V，等离子体峰值密度由τon= 2 μs的1.34×1018m-3增加至τon= 3 μs的2.64×1018m-3，τon由3 μs增加至6 μs时，等离子体峰值密度基本不变。靶材离化率随τon变化趋呈现相近趋势，由τon= 2 μs的12%增加至τon= 3 μs的20%，τon进一步增加至6 μs，离化率基本保持不变。固定τon= 6 μs，DCint由300 V升高至380 V，等离子体峰值密度由2.67×1018m-3增加到3.90×1018m-3，金属离化率由21%增加至28%。DOMS放电具有高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）典型的金属自溅射现象，峰值自溅射参数Πpeak随功率密度线性增加，表明峰值功率密度是调控DOMS放电中金属自溅射的主要参数。Πpeak最高达到0.20，金属自溅射程度远高于常规脉冲直流磁控溅射，等离子体密度和沉积通量中金属离化率提高，原子沉积带来的阴影效应减轻，是DOMS沉积薄膜质量提高的原因。

关键词：深振荡磁控溅射磁控等离子体整体模型 Cr靶金属自溅射

Cu含量对激光选区熔化CoCrMoCu合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

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表面技术 2024年第7期53卷 126-135页

作者：岳术俊史文玲解凤宝潘超闫星辰北京市春立正达医疗器械股份有限公司北京100021 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510651 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室广州510651

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%... 详细信息

目的阐明不同Cu含量对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备的CoCrMoCu合金微观组织的影响及其在表面摩擦磨损和腐蚀性能使役行为方面的作用。方法采用CoCrMo合金粉和纯Cu粉通过行星球磨机进行机械混合,制备了Cu质量分数为2%、4%、6%的CoCrMo/Cu混合粉末,并通过SLM技术制备相应的试样。对不同Cu含量的SLM CoCrMoCu的相组成、微观结构、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能进行检测和分析。结果Cu含量对SLM CoCrMoCu的相组成和微观组织没有明显影响,在不同Cu含量的试样中,试样的微观组织均主要为胞状等轴晶。在力学性能方面,随着Cu含量的升高,试样的硬度先提升后降低,在含2%Cu的情况下达到最大值(429.2HV0.2),在含6%Cu的情况下达到最小值(367.7HV0.2)。CoCrMoCu的摩擦因数和磨损率随着Cu含量的升高而降低,在4%时摩擦因数和磨损率达到最低(2.7×10^(-5)mm^(3)/(N·m)),摩擦磨损性能最好。随着Cu质量分数进一步增加到6%,由于硬度降低,磨损性能下降,试样表面出现沟壑,影响Cu自润滑层的附着,磨损机制由黏着磨损向磨粒磨损转变,导致摩擦因数和磨损率增加。在腐蚀性能方面,腐蚀电位随着Cu含量的升高而升高,而腐蚀电流随着Cu含量的升高呈现先下降后上升的趋势,在4%时达到最佳的腐蚀性能。结论Cu的引入在一定范围内(2%~4%)可以有效提高CoCrMoCu合金的硬度和腐蚀性能。结合Cu的自润滑效应和类钝化效应,实现CoCrMo合金耐磨性能和腐蚀性能的协同提升。

关键词：激光选区熔化 CoCrMoCu 摩擦磨损性能微观组织自润滑医用金属

M8激光雷达回波的非接触式发射率三维分布测量方法

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红外与激光工程 2024年第4期53卷 157-171页

作者：李荣华邓源薛豪鹏周心晨赵明硕大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 大连市先进机器人感知与控制技术创新中心辽宁大连116028

针对目前发射率测量方法只是对某一单一物质进行接触式测量,难以获得复杂目标的发射率三维分布问题,提出一种基于M8激光雷达回波的非接触式发射率三维分布测量方法。首先基于激光雷达传输距离方程分析回波强度特性,通过M8激光雷达对95%... 详细信息

针对目前发射率测量方法只是对某一单一物质进行接触式测量,难以获得复杂目标的发射率三维分布问题,提出一种基于M8激光雷达回波的非接触式发射率三维分布测量方法。首先基于激光雷达传输距离方程分析回波强度特性,通过M8激光雷达对95%标准漫反射板进行扫描,叠加多帧单线点云,得到具有反射光谱特性的雷达强度三维点云像;运用分段多项式模型拟合距离-强度及入射角-强度之间的关系,基于得到的分段多项式模型校正距离和入射角度影响下的回波强度,使不同距离与入射角情况下所测回波强度能够真实地反映目标的反射光谱特性,校正结果显示,标准漫反射板回波强度变异系数分别从0.2676和0.3438降低到了0.0420和0.0412,回波强度一致性分别提高了84.31%和88.02%,使雷达所测得强度值能直接反映目标材料的反射光谱特性,验证了强度校正模型的有效性;最后基于得到的分段多项式校正模型对带有反射率真值贴片的缩比卫星模型雷达强度三维点云像进行强度校正,利用校正后的回波强度的反射光谱特性,计算出目标表面的反射率,运用反射法进一步推导其发射率,得到缩比卫星模型发射率的三维分布,三组卫星模型表面贴片的发射率平均偏差均分别能控制在3.33%、4.84%和4.44%。为目标识别、低空可探测技术等提供技术支持。

关键词：激光雷达发射率反射率回波强度回波强度校正

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蓝光激光熔覆纯铜覆层的组织及性能

材料导报 2024年第17期38卷 220-226页

作者：宁晨红高硕洪郑江鹏王枭杨军红苏允海刘敏闫星辰沈阳工业大学材料科学与工程学院沈阳110870 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 广东粤港澳大湾区硬科技创新研究院广州510700

纯铜材料对红外波段的激光吸收率较低,难以进行传统红外激光熔覆,因此限制了纯铜材料在表面防护领域的应用。本研究采用蓝光激光熔覆技术制备纯铜涂层,通过理论计算结合实验验证获得了其制备工艺参数。随后对纯铜熔覆层的微观组织、显... 详细信息

纯铜材料对红外波段的激光吸收率较低,难以进行传统红外激光熔覆,因此限制了纯铜材料在表面防护领域的应用。本研究采用蓝光激光熔覆技术制备纯铜涂层,通过理论计算结合实验验证获得了其制备工艺参数。随后对纯铜熔覆层的微观组织、显微硬度和摩擦磨损行为进行分析,并结合XRD和EDS研究了蓝光激光熔覆制备的纯铜涂层的元素分布和物相组成。结果表明:采用蓝光激光熔覆技术制备的纯铜材料具有较大的工艺窗口,可获得成形良好的熔覆层。蓝光激光熔覆后,熔覆界面处出现了明显的金属间化合物相NiCu_(4)以及FeCu_(4)。纯铜熔覆层的显微硬度小于基体材料,并且在结合界面存在明显的硬度变化过渡区域,因此涂层和基体之间的稀释区较大。在室温干摩擦磨损条件下,熔覆层的磨损行为以粘着磨损为主,磨粒磨损为辅,并且存在明显的氧化磨损。

关键词：激光熔覆蓝光激光纯铜微观组织力学性能

经跟腱旁入路切开复位内固定治疗后踝夹心形骨折

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中国组织工程研究 2024年第6期28卷 934-938页

作者：郑加法宋秀锋李宏志周锦明关盛溢于鹤大连市第二人民医院骨科辽宁省大连市116011

背景:踝关节骨折直视下精准复位已经成为足踝外科医生的共识,如何充分显露后踝的游离或压缩骨折块,仍然是具有挑战性的难题之一。目的:探讨经跟腱旁入路切开复位内固定治疗后踝夹心形骨折的临床疗效。方法:回顾性分析2020年1-12月大连... 详细信息

背景:踝关节骨折直视下精准复位已经成为足踝外科医生的共识,如何充分显露后踝的游离或压缩骨折块,仍然是具有挑战性的难题之一。目的:探讨经跟腱旁入路切开复位内固定治疗后踝夹心形骨折的临床疗效。方法:回顾性分析2020年1-12月大连市第二人民医院收治的26例后踝夹心形骨折患者的临床资料,均采用经跟腱旁入路切开复位内固定治疗,其中经跟腱外侧入路21例,经跟腱内侧入路5例;男19例,女7例;年龄24-69岁,平均38.6岁。记录手术时间,观察术后并发症情况;通过Burwell-Charnley影像学标准评价骨折复位情况;记录术前、术后3个月及末次随访时目测类比评分、踝关节跖屈及背伸活动度和美国足踝外科协会踝-后足功能评分,评估临床效果。结果与结论:(1)26例患者均获随访,随访时间13-18个月,平均14.6个月;手术时间52-85 min,平均64.2 min;(2)1例患者术后外踝切口部分皮缘坏死,通过换药后完全愈合;其余患者手术切口均Ⅰ期愈合;(3)Burwell-Charnley影像学标准评价:24例解剖复位,2例复位良好,优良率为100%;(4)末次随访时目测类比评分为(1.19±0.40)分,较术前(6.81±0.80)分明显下降(P协会踝-后足功能评分为(89.31±3.62)分,较术前(46.00±5.45)分明显升高(P<0.01);其中优23例,良3例,优良率为100%;(5)提示经跟腱旁入路切开复位内固定治疗后踝夹心形骨折手术时间短,骨折复位良好,并发症少,关节活动度及功能恢复满意。

关键词：踝损伤后踝夹心形骨折骨折固定术内固定手术入路

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激光选区熔化适配型铝合金的研究及应用现状

中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2491-2510页

作者：常成郭一帆卓伟伟简光建周俊郝晓虎崔泽琴刘敏闫星辰广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广州510650 成都国营锦江机器厂成都610043 太原理工大学材料科学与工程学院太原030024 山西浙大新材料与化工研究院太原030024

使用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备的铝合金构件具有形状复杂、晶粒细小、力学性能优异等特点,在航天航空、轨道交通等领域有着广泛应用。然而,目前可用于SLM成形的铝合金材料仍面临着可打印种类有限、成形过程易... 详细信息

使用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备的铝合金构件具有形状复杂、晶粒细小、力学性能优异等特点,在航天航空、轨道交通等领域有着广泛应用。然而,目前可用于SLM成形的铝合金材料仍面临着可打印种类有限、成形过程易产生冶金缺陷等问题,严重制约了SLM高性能铝合金的发展。本文基于承力构件的实际需求,综述了目前适配于SLM技术的铸造铝合金、稀土改性铝合金及铝基复合材料的研究现状,重点从适用于SLM技术的材料设计角度出发,概述所制备材料的独特微观组织及力学性能,并就SLM铝合金部件的国内外应用现状进行总结,点出现阶段SLM铝合金原材料仍多采用传统铸造材料为主的局限性,适于SLM技术的新材料、新产品在标准化以及规模化等方面仍需进一步细化和拓展。

关键词：激光选区熔化技术铝合金适配性行业标准工程应用

激光选区熔化CoCrMo合金的组织研究及生物应用

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材料导报 2024年第17期38卷 200-205页

作者：陶宏伟禹庭曹明轩吴仲恒蔡召兵刘敏闫星辰五邑大学智能制造学部广东江门529000 广东省科学院新材料研究所广东省现代表面工程技术重点实验室现代材料表面工程技术国家工程实验室广州510650 广州博仕动物医院广州510030 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术是一种可快速制备具有复杂结构件的近净成形方法,由于极高的空间制造自由度,其在个性化定制医疗中有着极为广阔的应用前景。本研究关注了激光能量密度对CoCrMo合金微观组织及成形性能的影... 详细信息

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术是一种可快速制备具有复杂结构件的近净成形方法,由于极高的空间制造自由度,其在个性化定制医疗中有着极为广阔的应用前景。本研究关注了激光能量密度对CoCrMo合金微观组织及成形性能的影响,从致密度、微观组织及力学强度等方面对SLM CoCrMo材料进行了体系性探究,分析了能量密度对CoCrMo合金组织及缺陷的作用机制,得到了孔隙率低(0.18%)、晶粒组织细小(0.31μm)且力学性能优异(拉伸强度1157 MPa、显微硬度421.53HV_(0.1))的CoCrMo合金成形最优参数(激光功率165 W、扫描速度1050 mm/s)。从患者对生物型膝关节植入体的需求出发,探究了一种骨接触面具有骨小梁结构的生物型全膝关节植入体的设计方法,并对优化后的膝关节假体模型开展了大动物原位膝关节置换实验。术后影像学检查发现3D打印膝关节假体不仅可对原有患病关节部位进行精准替代,更能促进实验犬尽快恢复原本的行走姿态,无脱位和其他并发症的发生。本研究报道的个性化定制方法为临床用3D打印生物型全膝关节的置换提供了强有力的理论基础和数据支撑。

关键词：激光选区熔化 CoCrMo合金微观组织力学性能生物应用

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复合型叶序微流道混合性能的数值模拟

化工进展 2024年

作者：张伟业朱晓武罗永皓王志沈阳工业大学材料科学与工程学院广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室温州大学机电工程学院

微混合技术以其样品体积小消耗少、混合效率高、利于集成化等特点，在微化工、生物医药以及新能源等领域有着广阔的应用前景。目前研究中所采用的微混合器设计，通常无法兼顾设计复杂度与混合效率，并且基于应用导向缺乏相关的机理研究... 详细信息

微混合技术以其样品体积小消耗少、混合效率高、利于集成化等特点，在微化工、生物医药以及新能源等领域有着广阔的应用前景。目前研究中所采用的微混合器设计，通常无法兼顾设计复杂度与混合效率，并且基于应用导向缺乏相关的机理研究。采用数值模拟的方法能够细化混合过程，有助于对结果的机理性分析。本文建立了一种互生-轮生内向复合叶序微通道模型，通过微通道内流速场、压力场与粒子分布的模拟结果，分析结构元件的引流与阻流效应，并讨论其角度、间距以及循环密度对微通道中流体流型与混合效果的影响。结果表明，流体速度矢量对不同流体的流型以及相互扩散起到关键作用，是混合效果的决定性判据。其中元件角度主要影响流体速度矢量的方向差，元件间距决定了相邻作用区域的流场耦合程度，元件循环密度则主要影响流体速度矢量方向的变化幅度，最终得出当夹角为45°、间距为2 mm、循环密度为4时，混合效果能够达到98％。

关键词：微混合流道复合叶序结构设计数值模拟流态分析

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激光辅助冷喷涂研究现状与展望

热加工工艺 2024年

作者：刁鹏源王方褚欣谢迎春周俊邓春明刘敏龙雨广西大学机械工程学院激光智能制造与精密加工研究所广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室

激光辅助冷喷涂技术（LACS）作为一种新兴的冷喷涂技术（CS），是在CS的基础上引入激光头和红外线测温仪，通过控制激光加热温度软化基板与粉末，从而形成更高性能涂层的工艺。它既保留了CS的优点，如不存在熔化凝固引起的冶金过程，可... 详细信息

激光辅助冷喷涂技术（LACS）作为一种新兴的冷喷涂技术（CS），是在CS的基础上引入激光头和红外线测温仪，通过控制激光加热温度软化基板与粉末，从而形成更高性能涂层的工艺。它既保留了CS的优点，如不存在熔化凝固引起的冶金过程，可保持原始粉末成分不变；又扩大了颗粒和基体材料的选择范围，提高了沉积层的性能。本文介绍了LACS的技术原理与主要工艺参数，综述了国内外各科研机构的研究现状，最后对未来LACS的发展进行了展望。

关键词：激光辅助冷喷涂激光头微观结构力学性能