1 国网陕西省电力公司电力科学研究院, 陕西 西安 710100
2 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 陕西 西安 710049
针对变压器油中溶解气体傅里叶红外光谱在线分析应用中, 气室与光谱仪之间气隙中气体的带来的干扰, 以及基线漂移与畸变问题, 提出一种基于双气室切换分时扫描的新型气体吸收光谱补偿方法。 在传统单气室测量的基础上, 增加一个与测量气室的结构、 尺寸等参数基本相同的背景气室, 背景气室充满氮气, 而测量气室通入待测样气, 通过工控机实现双气室的切换控制。 但是, 采用常规的吸光度计算公式处理的光谱在波数1 100~1 200 cm-1范围存在不明吸收峰, 且存在严重的基线漂移现象, 说明该计算方法已不适用于双气室切换。 因此, 为了消除双气室间参数无法一致的不利影响, 特别是窗片的滤光特性的差异, 提出了一种适用于双气室的新型气体吸收吸光度光谱计算方法; 实验发现漂移量由近0.3降为0.005左右, 证明其可以消除不明吸收峰和基线漂移。 最后, 于陕西某变电站的变压器中, 取得油样, 经脱气处理后, 获得相应的气体样本, 分别采用常规单气室扫描方法(组别1), 提出的双气室补偿方法(组别2), 以及气相色谱法(组别3)进行实验。 结果表明, 组别1的甲烷的浓度分析结果总是大于组别2。 同时, 组别1的二氧化碳浓度总是大于组别2的二氧化碳浓度, 而造成这样分析结果的明显差异极可能是由于光谱仪与气室间气隙中空气的影响; 且从总体上看, 相比于组别1, 组别2的分析结果更接近于气相色谱法的分析结果。 综上所述, 所提出的基于双气室切换分时扫描的新型气体吸收光谱补偿方法可以有效的解决光谱基线漂移与畸变问题, 获得较为理想的光谱, 在气体分析上可以消除气室与光谱仪的间隙干扰气的影响, 获得更为准确地分析结果。
傅里叶红外光谱 光谱基线漂移与畸变 变压器油中溶解气体 在线分析 干扰 Fourier infrared spectroscopy Spectral baseline drift and distortion Dissolved gas analysis in oil On-line analysis Interference 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3438
1 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室, 陕西 西安 710049
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
3 南华大学机械工程学院, 湖南 衡阳 421000
采用电极感应气雾化方法制备新型高强度双相钢粉末。设计了以雾化压力、熔炼功率和气体加热温度为变量的正交试验方案, 在不同条件下制备得到高强度双相钢粉末。利用扫描电镜(SEM)、激光粒度分析仪、氮氧分析仪和霍尔流速计对不同条件下所获粉末进行测试分析, 得到了雾化压力、熔炼功率和气体加热温度对粉末的表面形貌、球形度、粒度分布、氧氮含量和流动性的影响规律。结果表明优化工艺下制备的高强度双相钢粉末综合质量良好。最优工艺下粉末氧含量约44 ppm, 氮含量约655 ppm, 粉末平均粒径不超过100 μm, 粉末流动性优于14 s/50 g。利用该粉末在2 205双相不锈钢基体表面进行激光增材试验, 所制备的熔覆体材料沿扫描方向的抗拉强度约910 MPa, 延伸率约30%, 横截面维氏显微硬度为300 HV～360 HV。
电极感应气雾化 正交试验设计 高强度双相钢粉末 粉末质量 力学性能 EIGA orthogonal experimental design intensive duplex steel powder powder quality mechanical properties
针对激光熔覆层易形成非平衡组织以及其内部的残余应力易导致熔覆层变形、开裂等问题,采用回火热处理来改善420马氏体不锈钢熔覆层的综合性能,研究了回火温度对熔覆层显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明:原始熔覆层主要由马氏体、奥氏体和M23C6碳化物组成,经200 ℃和400 ℃回火后,试样中新生成了逆转变奥氏体;回火温度对试样的力学性能有一定影响,低温(100 ℃、200 ℃)和中温(400 ℃)回火态试样的抗拉强度(约为1800 MPa)和显微硬度(约为530 HV)与原始态试样相当;随着回火温度升高,试样的延伸率逐渐增大,但高温(600 ℃)回火态试样的强度和硬度显著下降,其延伸率略有降低;400 ℃回火态试样的综合力学性能最佳,但其耐腐蚀性能较原始态试样和市售420马氏体不锈钢420MSS略有下降。
激光技术 回火热处理 激光熔覆 马氏体不锈钢 组织性能 中国激光
2019, 46(12): 1202001
1 南华大学 机械工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 南华大学 电气工程学院, 湖南 衡阳 421001
3 超快微纳技术与激光先进制造湖南省重点实验室, 湖南 衡阳 421001
为提高医用TC4钛合金表面熔覆羟基磷灰石(HA)涂层的植入稳定性和生物活性, 采用激光熔覆方法制备出不同含硅量的CaP生物陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征了熔覆层组织形貌和物相组成。结果表明: 添加SiO2(1wt.%、3wt.%)后形成Ca2SiO4相, 熔覆层中部组织细化。通过电化学腐蚀和体外SBF浸泡实验研究了SiO2含量对涂层耐腐蚀性和生物活性的影响。电化学腐蚀结果表明: 随着SiO2含量的增大, 涂层表面腐蚀电流密度逐渐减小; 体外SBF浸泡结果表明: 添加SiO2可以加快涂层表面类骨磷灰石的形成, 其中, 添加SiO2为1wt.%时涂层表面类骨磷灰石呈均匀分布。因此, 低含量SiO2可以提高生物陶瓷涂层的耐腐蚀性和生物活性。
激光熔覆 TC4钛合金 SiO2-HA涂层 耐腐蚀性能 生物活性 laser cladding TC4 titanium alloy SiO2-HA coating corrosion resistance bioactivity 红外与激光工程
2019, 48(6): 0606007
为了获得高强度、高韧性、耐蚀性好的铁基合金涂层,在Q235基体上激光熔覆了含微量硼元素的低碳、低合金马氏体/铁素体双相不锈钢(M/Fss)合金粉末。研究结果表明,所制备的激光熔覆层表面具有金属光泽,内部无夹杂、气孔等缺陷。熔覆层由马氏体、铁素体、主要沿枝晶间呈均匀不连续分布的硼碳化物M(B,C)和少量在枝晶内析出的M23(B,C)6组成(M为Fe、Cr等)。熔覆层力学性能优异,平均显微硬度为431.9 HV,抗拉强度为1352 MPa,延伸率为12.3%,且耐腐蚀性能优于1Cr13马氏体不锈钢。这一新型的M/Fss涂层可广泛应用于同时对力学性能和耐蚀性能要求高的工作环境下的铁基材料表面改性或再制造。
激光技术 激光熔覆 马氏体/铁素体双相不锈钢 微量硼元素 显微组织 高性能 中国激光
2018, 45(12): 1202012
1 南华大学 机械工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 南华大学 电气工程学院, 湖南 衡阳 421001
采用5 kW横流CO2激光器对表面预涂覆HA和SiO2混合粉末的TC4钛合金激光熔覆获得低含硅量生物陶瓷涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)分析熔覆层的显微组织与物相成分, 通过模拟体液(SBF)浸泡实验初步探讨涂层的生物活性, 并通过电化学腐蚀中的动电位扫描实验研究涂层在SBF中的腐蚀行为。实验结果表明, 低含硅量生物陶瓷涂层与基体呈冶金结合, 在SBF中熔覆层的腐蚀电位与基材相比提高了84.4 mV, 腐蚀电流密度下降了约6倍, 在SBF中浸泡7天后熔覆层表面沉积了大量的类骨磷灰石, 熔覆层表现出良好的耐腐蚀性和生物相容性。
激光熔覆 TC4钛合金 含硅生物陶瓷涂层 生物活性 耐腐蚀性能 laser cladding TC4 titanium alloy SiO2-HA coating bioactivity corrosion resistance 红外与激光工程
2018, 47(3): 0306003
在304L不锈钢表面，利用激光熔覆技术制备了添加石墨的Fe基非晶复合涂层，并研究了石墨的添加对涂层组织和性能的影响。结果表明，未添加石墨的涂层主要由α-Fe、含硼相(Fe23B6、CrB)和γ-(Ni,Cr,Fe)物相组成，非晶相体积分数为35.9%；而加入石墨的涂层新生成了含碳相(Fe3C、Cr7C3)，且涂层中的非晶体积分数增加至41.6%。未添加石墨的涂层结合区弥散分布着不规则颗粒相，熔覆层形貌呈稻穗状；添加石墨后的涂层结合区组织呈胞状树枝晶形貌，熔覆层形貌则为分布有深灰色近球状颗粒的针状组织。添加石墨前后的试样熔覆层平均显微硬度值分别为792.2 HV和968.7 HV。
激光技术 Fe基非晶涂层 石墨 微观组织 显微硬度 激光与光电子学进展
2017, 54(6): 061405
1 南华大学机械工程学院, 湖南 衡阳 421001
2 华南理工大学材料科学与工程学院, 广东 广州 510640
为提高AZ80 镁合金的表面性能，在低温流水冷却条件下采用预置粉末激光熔覆法在镁合金表面制备Al63Cu27Zn10 (原子数分数，%)涂层。利用X 射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站对熔覆层和基体的微观组织与性能进行了表征和分析。结果表明：熔覆层组织均匀致密，与基体呈良好冶金结合，熔覆层主要由α-Mg，二元相Al17Mg12、AlMg、Al3Mg2，三元相Mg32Al47Cu7、AlMg2Zn、MgAl2O4和非晶相组成。熔覆层的显微硬度为375~683 HV，是基体(92 HV)的4~7 倍，熔覆层相对耐磨性为基体的3.2 倍，电极电位提高了389.5 mV，腐蚀电流降低了两个数量级。经激光熔覆Al63Cu27Zn10 (原子数分数，%)涂层后，AZ80 镁合金基体的耐磨耐蚀性能得到较大改善。
激光技术 激光熔覆 AZ80镁合金 Al63Cu27Zn10涂层 组织性能 中国激光
2015, 42(10): 1003005
对304 不锈钢基材表面制备的激光熔覆层进行了高频微锻造处理。通过光学显微镜和X 射线衍射仪分别研究了高频微锻造处理前后激光熔覆层的显微组织和相组成，利用显微维氏硬度计和电化学工作站分别对其进行了显微硬度测试和耐腐蚀性能测试。结果表明：经过高频微锻造处理后，激光熔覆层中的枝晶组织得到破碎，晶粒变细，但相组成无明显变化；微锻造作用区的显微硬度明显提高，影响深度为0.65 mm，表层硬度提高了约30%，高频微锻造处理对激光熔覆层的硬度影响程度随着距表层距离的增加而下降；激光熔覆层的耐腐蚀性能经微锻造处理后得到改善，为原始的2 倍。
激光技术 激光熔覆 高频微锻造 显微组织 显微硬度 电化学腐蚀 激光与光电子学进展
2015, 52(12): 121401
南华大学机械工程学院金属材料与微制造研究所，湖南 衡阳 421001
在快速水冷的条件下采用CO2连续激光器对ZM61镁合金表面进行了激光熔凝处理。利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析熔凝层的微观组织及其物相成分信息，采用显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站分别测试了熔凝层的显微硬度、耐磨性能和耐蚀性能。研究结果表明：在水冷条件下，经激光快速扫描得到的熔凝层组织主要呈规则分布的柱状树枝晶，有明显的细晶强化效果；基材的物相主要由α-Mg和枝晶间网状的及枝晶内颗粒状的金属间化合物Mg7Zn3二元相组成，激光熔凝处理后，Mg7Zn3发生部分分解生成Mg2Zn3；熔凝层的显微硬度相对于基材有了明显的提高，硬度峰值达120.4 HV，接近于基材的两倍；激光熔凝试样的磨损量是基材的59.8%，耐磨性得到改善；熔凝层的腐蚀电位（-1.4455 V）低于基材的腐蚀电位（-1.4262 V），耐蚀性能略有降低。
激光光学 ZM61镁合金 激光表面熔凝 微观组织 耐磨性能 耐蚀性能 光学学报
2015, 35(s2): s216003
