激光快速成形纯钛与瓷的结合性能研究

评价了应用激光快速成形(LRF)技术制作纯钛与Noritake Ti-22钛瓷的结合性能.利用商用纯钛粉末、激光快速成形系统和优化的成形工艺参数,制作纯钛试样,测鼍了其热膨胀系数(CTE),根据ISO9693标准采用三点弯曲方法对钛瓷结合强度进行测试,并对瓷剥脱后的钛表面进行扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)分析.结果表明激光快速成形纯钛的热膨胀系数与铸造纯钛无统计学差异,且与Noritake Ti-22钛瓷匹配.激光快速成形纯钛与Ti-22钛瓷的分离类型为混合断裂,包括内聚型和粘附型.钛瓷结合强度大于ISO9693标准所要求的基本值(25MPa).激光快速成形技术有颦成为加工烤瓷熔附金属修复体的新技术.     

激光快速成形技术制造全口义齿钛基托

通过计算机辅助设计(CAD)的数字化基托模型,在自主研制的激光快速成形系统上,选取优化的激光快速成形工艺参数,制造了全口义齿钛基托。与传统方法相比,工艺简化,且成形后的全口义齿钛基托外形良好。该技术在钛基托制作中的成功应用为口腔纯钛修复体的高性能、自动化加工开辟了一种新方法,并且为今后该技术的口腔临床应用提供了依据。     

用于牙科植入体的激光快速成形纯钛性能研究

利用工业用纯钛粉末、激光快速成形(LRF)系统和优化的成形工艺参数,制成了纯钛的测试试样,根据国家标准GB/T 13810-1997和GB/T 16886.5-2002分别进行力学测试和细胞毒性实验。力学测试结果为抗拉强度475 MPa,屈服强度383 MPa,延伸率27%,弹性模量97.54 GPa,维氏显微硬度188.4-206.3;利用小鼠结缔组织成纤维细胞(L-929细胞)进行体外细胞毒性的研究,结果表明激光快速成形纯钛细胞毒性为0级。激光快速成形纯钛试样满足外科植入物纯钛板材室温力学性能国家标准和体外细胞毒性实验标准。     

激光参量对铝合金直接标识条码的影响

研究了不同激光参量组以及激光与铝合金相互作用产生物对条码等级的影响,寻找适合工业应用的最优激光参量组。实验采用Nd…YAG激光器作为加工源,通过调节搭配激光四参量实现3136种不同功率密度激光在铝合金表面标识二维码,并使用INTEGRA条码检测仪对标识条码进行分级。统计分析条码等级分布推得最优加工参量组为:有效矢量步长0.005～0.009mm,有效矢量步间延时29～43μs,Q驱频率7～10kHz,Q驱释放时间13～19μs。同时分析两组激光参量加工模块的扫描电镜(SEM)图片和能谱(EDS)数据,推知激光与铝合金相互作用的4个阶段,从微观上解释了激光参量与材质对条码等级的影响。     

YAG激光诱导组合脉冲放电对材料表面强化的研究

为了增加激光诱导放电坑强化层深度,同时考虑降低由于表面严重气化导致能量的损耗,研究了激光诱导组合脉冲放电的技术。采用多激光诱导放电的方法,通过在脉冲放电过程中增加脉冲激光个数,来增强通道后期激光诱导的能力;采用增加放电脉冲个数的方法,通过控制加工点的温度来控制放电能量的输入方式,减少能量的集中度,来增加强化层深度。结果表明,通过增加诱导激光脉冲个数,放电坑直径从原来的690μm降为652μm,强化层深度从85μm增加到100μm,通过将1个单脉冲改为一定间隔的3个子脉冲,放电坑直径降为653μm,强化层深度增加到92μm。该方案适合机械部件的表面强化加工。     

激光冲压钛合金板小曲率成形研究

为了探索钛合金板材激光冲击成形的新工艺这一目的,采用了激光冲击波技术对钛合金板料进行了激光冲击成形实验和仿真分析,取得了在激光波长为1．054μm、脉宽约23ns、能量约35J、有效光斑直径8mm、脉冲重复率0．5Hz条件下,钛合金板料变形的实验和仿真数据。实验和仿真结果均表明,对于钛合金这一类用传统的加工工艺难以成形的材料,采用激光冲击这一新颖先进的加工手段,只要控制好用于冲击的激光参数和冲击路径,就可以使板料发生事先设定的小曲率变形。这一实验和仿真结果对揭示在激光连续冲击条件下,激光加工参数、板料力学性能、约束边界、冲击路径等条件对板料小曲率成形深度、成形轮廓的影响是有帮助的。     

ZrO2-13%Al2O3陶瓷薄壁件激光近净成形实验

采用同轴送粉激光近净成形系统,在纯钛基体上进行激光近净成形(LENS)ZrO2-13%Al2O3(质量分数)复合陶瓷的基础实验研究。分析了激光功率和扫描速度对激光近净成形陶瓷薄壁宏观质量(宽高、表面平整性和宏观裂纹)的影响规律,获得致密、无宏观裂纹的陶瓷薄壁件。利用扫描电镜观察了成形件的微观组织,结合电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)分析了微观组织成分和ZrO2陶瓷激光加工前后相成分的变化。结果表明,激光功率和扫描速度对激光近净成形陶瓷单层高度和表面宏观质量具有重要影响,通过精确控制该两个参数能够获得良好的表面质量;不同的激光功率和扫描速度下,会产生横向和纵向两种不同的宏观裂纹;激光近净成形技术能够制备出致密并具有细小枝状晶组织的陶瓷;少量的Al2O3主要存在于晶界中,有利于抑制裂纹扩展。     

基于激光加工的自组装基底润湿性调控研究

表面张力自组装技术的一个重要前提就是利用润湿性分区结构将液滴限制在目标区域。提出一种采用微秒脉冲激光在复合基底表面上制造润湿性分区结构的方法。该方法可通过改变激光加工参数控制复合基底表面超疏水涂层的去除面积占比，进而调控加工区域的润湿性。建立去除面积占比的数学模型和仿真模型，研究加工参数对去除面积占比以及润湿性的影响。结果表明，加工区域的去除面积占比与加工速度和扫描线间距成反比。采用不同的加工参数制备了不同的润湿性分区结构并测量了其接触角。试验结果表明，随着加工速度从100 mm/s提高到9 000 mm/s,扫描线间距从20μm增加到150μm,加工区域的去除面积占比减小，接触角从5°以下逐步增大到127°;随着基底表面与激光焦平面之间距离的绝对值从0增加至3 mm,加工区域的接触角从5°以下增大到170°以上。进行了微芯片自组装试验，结果表明，利用该方法制备的润湿性分区结构可实现液滴限制和微芯片自组装。研究结果为制造润湿性可控的自组装基底提供了新思路。     

激光冲压TC4钛板小曲率成形研究

利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.064μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径8mm,脉冲的重复率0.5Hz.并用ABAQUS软件对激光冲压TC4板料成形进行了仿真分析,探讨了激光参数、板料性能、约束边界、冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律.通过此类激光冲击实验可优化激光冲击的相关参数,预测板料变形.     

铝合金外壳气密性封装的脉冲激光缝焊

利用手套箱激光缝焊机进行了用于电子器件和组件的铝合金外壳气密性封装的脉冲激光缝焊工艺试验研究,分析了材料内部元素含量、激光焊接工艺参数等因素对最终焊接结果的影响。通过优化缝焊工艺,获得了氦气漏气率小于1×10-9(Pa·m3)/s,焊缝成形美观的焊接样品。试验结果对电子器件和组件的铝合金外壳气密性脉冲激光缝焊工艺质量的提升具有一定的现实指导意义。     

激光冲击处理钛合金

介绍了激光冲击处理(LSP)的特点和应用情况，研究了激光冲击处理对钛合金表面轮廓、残余应力和疲劳性能的影响。结果表明，经激光冲击处理后效果十分明显，钛合金获得光斑大小的凹坑，凹陷值10～20 μm，残余应力最大可达-600 MPa以上，表面残余应力水平与高强度喷丸相当，但塑性变形程度明显大于喷丸;合适的激光参数和搭接率可以获得光滑平整的冲击区，双光束冲击处理涡轮叶片后有明显冲击痕迹和残余压应力，并且没有发现变形和裂纹。     

金属件的激光自由成型制造及影响因素研究

为了了解激光加工各参数对激光自由成型制造实体金属零件成型精度的影响,采用了正交设计的实验安排。采用速度前瞻型的CNC连续插补模式,解决了薄壁金属样件制造中截面轮廓路径上激光线能量过大的问题,制造了成型良好的激光自由成型金属样件。结果表明,扫描速度和激光功率是影响成型精度的两个主要因素,前者的影响更显著。     

激光熔覆制备钛基耐磨功能梯度材料

以Ti, 陶瓷粉末和镍基自熔合金粉末按一定比例配置的混合粉末作为预置合金涂层，采用CO2气体激光进行多层熔覆，在Ti600合金表面制备出摩擦磨损性能沿厚度方向呈梯度变化的钛基功能梯度材料(FGM)。利用扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观组织和成份。结果表明，采用合适的合金粉末成份和激光熔覆工艺参数，可以获得原位自生TiC增强颗粒弥散分布且其含量呈梯度变化的钛基功能梯度材料。熔覆层组织均匀细密，各熔覆层之间无明显界限，且与基体呈良好冶金结合。     

激光冲压TA2板小曲率成形研究

随着现代科学技术的飞速发展,对钛合金板材成形件的需求量日益广泛,由于采用传统的工艺成形钛合金比较困难,因而探索钛合金板材成形的新工艺和新技术具有十分重要的意义。笔者利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.054μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径为8mm,脉冲的重复率为0.5Hz。并用ABAQUS软件对激光冲压TA2 板料成形进行了仿真,探讨了激光参数、板料性能、约束边界冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律。     

激光快速成形Rene 80高温合金组织及裂纹形成机理

研究了激光快速成形(LRF)Rene 80高温合金厚壁件的凝固组织和裂纹的形成机理。结果表明,激光快速成形Rene 80高温合金的凝固组织为与沉积高度方向平行的定向凝固枝晶组织,由于凝固偏析,MC型碳化物和γ-γ′共晶组织分布于定向凝固组织的枝晶间区域。激光快速成形Rene 80高温合金厚壁件含有许多长度大于10mm,扩展方向与沉积高度方向平行的宏观裂纹。分析表明,这些裂纹为液化裂纹,其形成原因为:激光快速成形时,紧邻激光熔池的热影响区(HAZ)内沿晶界分布的低熔点γ-γ′共晶组织发生熔化,形成热影响区内沿晶界扩展的晶界液相,在热影响区冷却过程中,由于热影响区内固相的收缩应力作用,沿晶界扩展的固-液界面被撕开,从而导致液化裂纹的产生。     

选区激光烧结成型技术在鼻赝复体制作中的应用

探索了选区激光烧结(SLS)技术制作鼻赝复体蜡模型的可行性.通过结构光扫描、计算机辅助设计(CAD)制作患者的鼻赝复体数字化模型;应用特定工艺参数进行选区激光烧结,制作出鼻赝复体蜡型.经测量评价加工精度及临床试戴,蜡型具有良好的外形和精度,达到了临床应用的制作要求.将蜡型翻制成最终的硅橡胶赝复体,获得了满意的临床效果.该技术与临床常规方法相比,节约了时间和材料,简化了工艺步骤,实现了数字化、无模化制作,为颌面赝复体自动化加工制作开辟了一种新的方法.     

激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件,研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少,而β转变组织体积分数增加,且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明,经940 ℃/1 h,空冷热处理后,激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优;而当退火温度大于等于970 ℃时,其室温拉伸力学性能大幅度降低,拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明,室温拉伸断裂为脆性断裂。     

激光表面合金化提高钛合金高温抗氧化性能的研究

采用Ａｌ＋Ｎｂ对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ进行激光表面合金化处理，在适当的工艺参数下，得到了ＴｉＡｌ３＋ＴｉＡｌ＋少量Ａｌ的合金化层，在９００℃空气介质中的氧化试验结果表明，激光合金化层在氧化时能够形成致密、连续的α－Ａｌ２Ｏ３保护膜层，对基体起到了良好的抗氧化保护作用