激光制造中金属熔池光谱检测系统设计及波长校准

针对激光制造过程中的高温金属熔池光谱特征分析,提出采用CCD光栅检测光谱技术检测其分布.检测了钨灯、钠灯、氘灯和汞灯的光谱曲线,得到了其在对应特征波长处光强随波长的分布,根据检测结果对系统进行了波长校准.结果表明,系统有比较高的波长准确度,对连续光谱、线光谱均能实现较稳定的检测.结合激光制造的实际情况,避开强激光反射的影响,该系统将能用于激光制造过程中的熔池光谱检测,为进一步分析激光熔池动态信息提供新的技术手段.     

激光热处理光束优化系统

激光束的光强分布以及光斑形状对激光热处理硬化层性能影响极大,一般要求光强均布的矩形光斑或宽带光斑;但是光强均布的激光束不一定产生均匀的硬化层,目前的激光热处理光束优化装置得到的是中间厚,两边薄的月牙形分布硬化层.为了改善激光热处理硬化层分布的均匀性,在分析国内外激光热处理光束优化系统研究现状及存在问题的基础上,提出了光束优化系统的两种方案,激光扫描环形光斑和线形光斑.建立了两种光斑温度场的数学模型,模拟了温度场分布.从理论上说明了两种方案能够改善激光热处理硬化层分布均匀性.     

等离子体增强的磁控溅射TiSiN薄膜结构与耐蚀性

针对磁控溅射固有磁场强度随时间衰减的问题,采用外加磁场增强真空室内等离子密度的方法,在AZ31基体上反应溅射沉积了厚度约2μm的TiSiN薄膜.应用XRD、SEM研究了等离子体增强的磁控溅射方法所制备薄膜的物相组成、结构、表面形貌,利用电化学工作站研究了等离子体增强的磁控溅射薄膜在3.5％NaCl溶液中的腐蚀行为,并与未增强等离子体制备的薄膜做了对比.结果表明:等离子体增强后,薄膜的择优取向发生改变,薄膜致密度更高,薄膜表面粗糙度、缺陷以及晶粒尺寸有所减小,且薄膜在NaCl溶液中的抗腐蚀能力更好,等离子体增强技术对于提高薄膜质量和性能效果显著.     

AZ31表面混合碳源制备DLC薄膜的结构和性能

为了提高镁合金的耐蚀性和耐磨性,扩大镁合金的应用,节能减排,保护环境,采用绿色环保的磁控溅射技术在AZ31表面制备了强保护性的DLC薄膜。采用X射线小角掠入射研究薄膜的物相结构,借助扫描电镜观察薄膜表面形貌、横截面形貌和腐蚀形貌,采用纳米压痕仪测试薄膜的力学性能,分别采用电化学工作站和摩擦磨损试验机研究薄膜的耐蚀性和耐磨性,膜基的结合性能采用划痕试验评估。结果表明,薄膜为无定形碳结构,随着活性气体流量的增加,薄膜结构由非晶向纳米晶转变。薄膜与基体结合良好,结合力19~25 N。薄膜表面具有弥散分布的不规则颗粒,且表面粗糙度受活性气体流量影响明显。薄膜厚度1.15~1.18μm,活性气体流量对薄膜厚度影响很小。随着活性气体流量的增加,DLC薄膜的硬度和杨氏模量增大,其最大值分别为17.35 GPa和94 GPa;摩擦系数和磨损率降低,其最小值分别为0.103和6.45×10^(-10)mm^(3)/(N·m)。活性乙炔流量5 mL/min时,薄膜的耐蚀性能最好,活性乙炔流量10 mL/min时,薄膜的耐磨性能最好。     

有限元法在温度场模拟与测量中的应用

建立微弧沉积加工的物理模型与温度场的数学模型,利用有限元法模拟微弧沉积加工的电热过程,并对温度场模拟结果进行理论分析,揭示微弧沉积加工的放电机理,为合理选择加工参数及温度的测量提供了理论依据。     

铜表面Ni-Cr合金激光复合熔覆技术的研究

为了提高铜板表面的耐磨性,利用激光复合熔覆的方法在铜板表面熔覆Ni-Co-Cr合金。采用常规激光熔覆技术,很难在铜板表面形成具有良好冶金结合的熔覆层。我们使用微弧沉积的方法在铜板表面形成一薄层,再采用激光熔覆的方法来制备一定厚度的熔覆层。对样本进行微观组织分析和耐磨性对比试验,从显微组织中可以看出,微弧沉积层和基体材料形成紧密的冶金结合,显微组织照片表面,熔覆层组织变得更加紧密,熔覆层的晶粒主要由细化晶粒γ-Ni、Cr7C3 and CrB构成。熔覆区域的显微硬度可达650HV～850HV,远远高于铜基材的硬度,熔覆层具有良好的表面粗糙度。实验结果表明,采用激光电弧复合熔覆的方法能够在厚铜板表面形成与基体冶金结合的Ni-Cr合金熔覆层。     

AZ31表面混合碳源制备DLC薄膜的结构和性能

为了提高镁合金的耐蚀性和耐磨性,扩大镁合金的应用,节能减排,保护环境,采用绿色环保的磁控溅射技术在AZ31表面制备了强保护性的DLC薄膜。采用X射线小角掠入射研究薄膜的物相结构,借助扫描电镜观察薄膜表面形貌、横截面形貌和腐蚀形貌,采用纳米压痕仪测试薄膜的力学性能,分别采用电化学工作站和摩擦磨损试验机研究薄膜的耐蚀性和耐磨性,膜基的结合性能采用划痕试验评估。结果表明,薄膜为无定形碳结构,随着活性气体流量的增加,薄膜结构由非晶向纳米晶转变。薄膜与基体结合良好,结合力19~25 N。薄膜表面具有弥散分布的不规则颗粒,且表面粗糙度受活性气体流量影响明显。薄膜厚度1.15~1.18μm,活性气体流量对薄膜厚度影响很小。随着活性气体流量的增加,DLC薄膜的硬度和杨氏模量增大,其最大值分别为17.35 GPa和94 GPa;摩擦系数和磨损率降低,其最小值分别为0.103和6.45×10^-10mm³/(N·m)。活性乙炔流量5 mL/min时,薄膜的耐蚀性能最好,活性乙炔流量10 mL/min时,薄膜的耐磨性能最好。