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激光熔覆修复2A50-T6航空铝合金的组织与力学性能研究

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中国激光 2024年第16期51卷 78-89页

作者：王箫扬童照鹏任旭东江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

采用激光熔覆技术对2A50-T6航空铝合金进行了损伤修复,探究了激光工艺参数对显微组织和力学性能的影响规律,重点分析了修复区域气孔等冶金缺陷的形成及其对抗拉强度的影响机制。结果表明,熔覆层中的气孔主要由溶解气体形成的冶金气孔和... 详细信息

采用激光熔覆技术对2A50-T6航空铝合金进行了损伤修复,探究了激光工艺参数对显微组织和力学性能的影响规律,重点分析了修复区域气孔等冶金缺陷的形成及其对抗拉强度的影响机制。结果表明,熔覆层中的气孔主要由溶解气体形成的冶金气孔和金属蒸气喷射引发的工艺气孔组成。激光工艺参数是影响致密度的主要因素,最佳工艺参数为2000 W激光功率、12 mm/s扫描速度、0.8 g/min送粉速度和1.6 mm光斑直径。熔覆层主要由α-Al与Al-Si共晶构成,包含少量的Mg2Si增强相。熔覆层仅有极少量的气孔,致密性达99.96%。激光熔覆修复铝合金的抗拉强度达到基体的93.18%。

关键词： 2A50-T6铝合金激光熔覆修复显微组织气孔缺陷力学性能

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激光烧蚀压印制备疏水铝箔表面的耐久性

光学精密工程 2024年第10期32卷 1481-1495页

作者：沈宗宝孟康楠施政付佳辉李品江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

提出了一种激光烧蚀压印技术制备具有多级微结构的疏水铝箔表面。该技术利用激光直接辐照在工件表面,利用烧蚀诱导的冲击压印获得一级微结构,同时利用烧蚀诱导的融化材料的流动获得二级微结构。为了检验耐久性,对疏水铝箔工件进行了酸... 详细信息

提出了一种激光烧蚀压印技术制备具有多级微结构的疏水铝箔表面。该技术利用激光直接辐照在工件表面,利用烧蚀诱导的冲击压印获得一级微结构,同时利用烧蚀诱导的融化材料的流动获得二级微结构。为了检验耐久性,对疏水铝箔工件进行了酸碱腐蚀实验和不同环境存储实验。实验结果表明,酸碱腐蚀会破坏工件表面的微观形貌和低表面能,因此工件接触角随着腐蚀时间增长而降低。其中碱腐蚀工件时反应比酸腐蚀剧烈得多,工件表面形貌受损也更大,工件表面在碱腐蚀16 h后就达到了超亲水状态(25°),而酸腐蚀24 h后也依然表现为疏水性(97°)。再次进行时效处理后,工件依然能在三周后达到稳定的疏水状态,但疏水性能比腐蚀前要差,且酸腐蚀工件的最终疏水性(120°)比碱腐蚀工件(105°)要好。不同存储环境对工件表面形貌几乎没有影响。存储在空气中的工件接触角无明显变化,存储在盐水中的工件丧失疏水性(87°),存储在纯水中的工件表现比盐水稍好(96°)。再次进行时效处理后,纯水存储的工件接触角可以恢复到135°左右,而盐水存储的工件仅能恢复到120°。激光烧蚀压印制备的疏水铝箔基本能够满足应对复杂环境的要求。

关键词：激光烧蚀压印疏水性酸碱腐蚀多级微结构存储环境

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小孔内表面磁力研磨加工技术研究进展

表面技术 2024年第6期53卷 28-44页

作者：张博李富柱郭玉琴王匀申坤伦狄智成江苏大学机械工程学院江苏镇江212000

磁力研磨加工是提高小孔内表面质量的一种重要光整技术,利用该技术能高效提升小孔类零部件在极端环境下的使役性能。针对小孔内表面的磁力研磨光整加工,按其发展历程对磁力研磨加工技术进行总结,归纳了磁性磨粒研磨、磁针磁力研磨、液... 详细信息

磁力研磨加工是提高小孔内表面质量的一种重要光整技术,利用该技术能高效提升小孔类零部件在极端环境下的使役性能。针对小孔内表面的磁力研磨光整加工,按其发展历程对磁力研磨加工技术进行总结,归纳了磁性磨粒研磨、磁针磁力研磨、液体磁性磨具研磨、超声辅助磁力研磨和电解磁力复合研磨等加工方法的技术特点,并分析评述了其局限性。对磁力研磨加工过程中材料去除机理进行了研究,材料主要以微量切削与挤压、塑性变形磨损、腐蚀磨损、电化学磨损等方式去除,材料种类不同,去除机理也不同。其中,硬脆性材料主要以脆性断裂、塑性变形和粉末化的形式去除;塑性材料在经历滑擦阶段、耕犁阶段和材料去除阶段后主要以切屑的形式去除。此外,还对磁力研磨加工过程中的材料去除模型进行了研究,对单颗磁性磨粒材料去除模型和“磁力刷”材料去除模型进行了分析讨论。最后,对磁力研磨加工技术今后的研究发展给出了建议并进行了展望。

关键词：小孔内表面磁力研磨加工材料去除机理材料去除模型

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圆振荡激光束提高激光弯曲成形效率

光学精密工程 2024年第6期32卷 806-821页

作者：沈宗宝韩曜阳孟康楠李品江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

激光弯曲成形技术常用的激光类型是点激光,在温度梯度机理的作用下单次成形角度有上限,在3°左右。为了增大点激光单次成形角度,提高成形效率,本文以不锈钢304板为对象,通过试验对比探索了将圆振荡模式应用于激光弯曲成形中以提高弯曲... 详细信息

激光弯曲成形技术常用的激光类型是点激光,在温度梯度机理的作用下单次成形角度有上限,在3°左右。为了增大点激光单次成形角度,提高成形效率,本文以不锈钢304板为对象,通过试验对比探索了将圆振荡模式应用于激光弯曲成形中以提高弯曲角方法的可行性;并且借助于三维视觉传感器测量板件在圆振荡激光束弯曲成形过程中的动态响应,从余热效应、吸收率等角度分析其弯曲成形机理。对比试验结果显示,在激光能量密度较高的情况下,圆振荡模式确实可以明显提高工件的弯曲角,增长率在60%左右。同时,三维视觉传感器的测量结果显示出了板件在成形过程中的复杂形变与角度变化过程:板件在长度与宽度方向上均产生了塑性变形,长宽形变比约为10∶1;单次扫描成形板件弯曲角增长过程呈现不同的增长曲线;多次扫描成形弯曲角分布不均衡。此外,板件厚度也逐渐增加,热影响区微观晶粒得到细化。为进一步理解圆振荡激光束弯曲成形过程与机理提供了试验支撑。

关键词：激光弯曲成形圆振荡激光束不锈钢304 变形机理

激光定向能量沉积IN718/316L异质金属结构界面组织及力学性能研究

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机械工程学报 2024年第1期60卷 179-189页

作者：徐刚罗开玉鲁金忠江苏科技大学机械工程学院镇江212100 江苏大学机械工程学院镇江212013

针对IN718镍基合金和316L不锈钢异质金属连接形成的明显界面导致构件整体强度低的问题,采用激光定向能量沉积(Laser directed energy deposition, LDED)工艺制备了IN718和316L直接连接和梯度连接构件。采用扫描电子显微镜(Scanning elec... 详细信息

针对IN718镍基合金和316L不锈钢异质金属连接形成的明显界面导致构件整体强度低的问题,采用激光定向能量沉积(Laser directed energy deposition, LDED)工艺制备了IN718和316L直接连接和梯度连接构件。采用扫描电子显微镜(Scanning electronmicroscope,SEM)和电子背散射衍射(Electron backscattered diffraction,EBSD)观测了异质金属直接连接和梯度连接构件的界面处微观组织分布。此外,采用数字图像相关法(Digital image correlation, DIC)原位拉伸技术研究了IN718/316L异质金属直接连接和梯度连接构件的整体强度,以及拉伸过程中界面处的应变规律。结果表明,IN718/316L直接连接构件存在明显界面,界面处微观组织分布存在较大差异;从IN718端至316L端,Fe等元素含量明显升高, Ni和Nb等元素含量明显降低。IN718/316L梯度连接构件无明显的连接界面,沿梯度方向,微观组织由胞状晶向柱状树枝晶转变。抗拉强度与直接连接构件相比提高了约28.77%。采用异质金属梯度连接可有效消除异质金属间的明显界面,实现元素分布渐变,明显提升异质金属的抗拉强度。

关键词：激光定向能量沉积 IN718/316L 功能梯度材料拉伸性能显微组织

金属材料激光增材制造路径规划研究现状与展望

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材料导报 2024年第4期38卷 149-154页

作者：柴媛欣邢飞李殿起史建军苗立国卞宏友闫成鑫沈阳工业大学机械工程学院南京中科煜宸激光技术有限公司

激光增材制造技术可成形任意复杂形状零件，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、医疗器具等领域。激光增材制造技术根据粉末提供方式的差异可分为粉末床预置铺粉的选区激光熔化技术和送粉器同步送粉的激光定向能量沉积技术。路径规划是激... 详细信息

激光增材制造技术可成形任意复杂形状零件，广泛应用于航空航天、汽车、船舶、医疗器具等领域。激光增材制造技术根据粉末提供方式的差异可分为粉末床预置铺粉的选区激光熔化技术和送粉器同步送粉的激光定向能量沉积技术。路径规划是激光增材制造过程中的重要步骤，当采用不同的路径策略时，即使硬件设备和工艺参数保持一致，零件的成形质量以及力学性能也会存在较大差异。目前，众多学者针对不同目标的路径规划策略展开了广泛的研究。本文总结了激光增材制造技术路径规划的研究现状，分析了两类目标的路径规划策略，即提高成形质量以及力学性能。最后对未来激光增材制造路径规划的研究进行了展望，为其进一步研究提供了方向。

关键词：激光增材制造路径规划成形质量力学性能

超声辅助激光喷丸对IN718镍基合金表面完整性的影响

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光学学报 2024年第11期44卷 123-132页

作者：孟宪凯陈韦宇王春燕程子龙姚喆赫王锟宋福阳林珂江苏大学先进制造与现代装备技术工程研究院江苏镇江212013 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

以IN718镍基合金为对象,采用超声辅助激光喷丸(ULSP)工艺对其表面进行强化处理。然后,利用透射电子显微镜测量晶粒、位错等微观组织特征。使用扫描共聚焦显微镜测试材料表面形貌,分析ULSP对表面粗糙度的影响规律。依次使用显微硬度计和... 详细信息

以IN718镍基合金为对象,采用超声辅助激光喷丸(ULSP)工艺对其表面进行强化处理。然后,利用透射电子显微镜测量晶粒、位错等微观组织特征。使用扫描共聚焦显微镜测试材料表面形貌,分析ULSP对表面粗糙度的影响规律。依次使用显微硬度计和X射线衍射应力测定仪对试样表面的显微硬度与残余应力进行测量,揭示ULSP的表面强化机理。结果表明,由于激光冲击波与超声冲击波组合作用下会出现晶粒细化、位错增殖与γ''相硬化效应,可在较低表面粗糙度(Ra=2.19μm)情况下,利用ULSP将IN718镍基合金表面硬度和残余压应力分别提高至377.5 HV与344.6 MPa,相对传统激光喷丸分别增加了10.4%与31.4%,为延长IN718镍基合金使用寿命提供一种有效手段。

关键词：激光光学超声辅助激光喷丸 IN718镍基合金晶粒细化位错密度残余应力

激光电沉积复合制备定域微纳结构及其超疏水性能研究

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表面技术 2024年第13期53卷 64-74,95页

作者：孙诗成张朝阳吴予澄杨帅张嘉蓓顾少警晏恒峰江苏大学机械工程学院江苏镇江212013 常州英诺激光科技有限公司江苏常州213161

目的实现金属超疏水表面特定微纳结构的定域制备。方法利用激光电沉积复合工艺(LECP)制备出由Cu微米锥和Ni纳米锥所组成的定域微纳结构。首先,依次使用800目和2000目砂纸机械抛光纯铜表面,皮秒激光刻蚀纯铜表面,获得周期性的微米锥结构... 详细信息

目的实现金属超疏水表面特定微纳结构的定域制备。方法利用激光电沉积复合工艺(LECP)制备出由Cu微米锥和Ni纳米锥所组成的定域微纳结构。首先,依次使用800目和2000目砂纸机械抛光纯铜表面,皮秒激光刻蚀纯铜表面,获得周期性的微米锥结构,并电解去除熔融产物。在电沉积加工过程中引入激光辐照,进而控制Ni纳米锥结构的定域生长。分别将机械抛光、激光刻蚀、激光刻蚀后电沉积(常温、60℃)、LECP所制备的微纳结构表面进行化学改性处理,对所得样品的表面形貌、化学成分、疏水性能、自清洁、延迟结冰和耐腐蚀性能进行对比分析。结果与激光刻蚀后电沉积相比,LECP能够定域制备Ni纳米锥结构。LECP定域制备的微纳结构表面经化学改性后实现了超疏水,其接触角为163°±2°,滚动角为1°±0.5°。与未加工微纳结构的表面相比,LECP制备样品表面水滴结冰时间延长近5倍,腐蚀电流密度减小了2个数量级。结论本研究通过LECP实现了表面微纳结构的定域制备,为超疏水表面的应用提供了一种新的技术手段。

关键词：微纳结构超疏水表面定域加工复合工艺激光电沉积

强流脉冲电子束辐照对低压等离子喷涂 MCrAlY涂层组织与性能的影响

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金属学报 2024年第4期60卷 495-508页

作者：蔡杰高杰花银群叶云霞关庆丰张小锋江苏大学先进制造与现代装备技术工程研究院镇江212013 江苏大学机械工程学院镇江212013 江苏大学材料科学与工程学院镇江212013 广东省科学院新材料研究所广州510650

为提高热障涂层黏结层高温抗氧化性能,本工作利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对低压等离子喷涂(LPPS)制备的NiCrAlY黏结层表面进行辐照改性处理,并揭示辐照改性效应对涂层抗氧化行为的影响。对比研究了HCPEB改性前后NiCrAlY涂层微观组织... 详细信息

为提高热障涂层黏结层高温抗氧化性能,本工作利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对低压等离子喷涂(LPPS)制备的NiCrAlY黏结层表面进行辐照改性处理,并揭示辐照改性效应对涂层抗氧化行为的影响。对比研究了HCPEB改性前后NiCrAlY涂层微观组织演变行为、1150℃静态氧化性能以及热生长氧化物(TGO)残余应力分布。微观分析结果表明,LPPS喷涂态涂层表面粗糙、存在较多未熔大颗粒;HCPEB改性态涂层表面平整光滑,形成厚约12μm的致密重熔层,其内部形成丰富的变形结构以及Y-Al富集纳米分散颗粒。1150℃静态氧化实验及TGO残余应力测试结果表明,喷涂态涂层氧化150 h后氧化膜出现脱落、内氧化严重,应力陡然下降。相比之下,HCPEB改性态涂层在整个氧化周期内表面氧化膜均能稳态生长,未出现剥落迹象,其TGO应力以稳定且缓慢的趋势增加。结果表明,HCPEB辐照改性技术可以有效提高MCrAlY涂层的抗高温氧化性能。

关键词：低压等离子喷涂(LPPS) 强流脉冲电子束(HCPEB) NiCrAlY涂层微观组织抗高温氧化性能