为了研究硬质合金表面激光微织构工艺对膜-基结合性能的影响,利用光纤激光对硬质合金表面进行了微织构造型(不同微凹坑直径、深度及密度),并选用PVD工艺利用超高真空多功能的磁控溅射系统对硬质合金织构后的表面进行TiAlN涂层的沉积;采用HXD-1000TMSC/LCD 显微硬度计测定了涂层表面的显微硬度;应用X-350A X射线应力测定仪检测了基体织构后的表面残余应力以及涂层后试样截面的残余应力。研究结果表明: 硬质合金基体激光微织构处理对涂层表面的显微硬度具有一定的影响,其中织构密度对显微硬度的影响较大;硬质合金表面激光微织构会在基体上引入残余拉应力,凹坑间距对残余应力影响很小,而织构密度对残余应力的影响较大。

为了研究不同能量和波长的激光参数对刀具表面微织构的影响, 采用Nd∶YAG固体激光器不同参数(波长、能量)的激光烧蚀碳化钨(WC)硬质合金刀具表面, 利用X350A型应力测定仪器, 硬度测试仪以及光学显微镜, 从残余应力、显微硬度和微观形貌等方面分析了激光微织构造型工艺对其表面特性的影响。结果表明, 激光对WC硬质合金表面微织构后表面的残余应力和硬度影响较小, 而不同参数的激光冲击后微观形貌区别较大。

本文根据加载激光的工艺参数以及薄膜、基体的材料特性,建立了薄膜与基体的有限元模型,对高斯激光在加载在薄膜表面后的温度场进行有限元模拟,获得膜基系统中温度随时间的变化关系以及薄膜界面结合处的温升规律.并在此基础上根据薄膜和基体的热膨胀性能,进行薄膜和基体的应力场模拟,获得了膜基系统的应力场随时间的变化关系.模拟结果表明:在激光加载过程中,薄膜和基体中的温度场随着时间增加,由于热传导系数的差异在薄膜和基体之间产生温差.在膜基系统中产生的应力场主要集中在薄膜内部,膜基界面结合处产生的应力较大会导致薄膜的脱粘.模拟结果定性地反映了薄膜和基体中温度和热应力的变化规律,为分析激光划痕法的作用过程提供了一定的理论依据,对研究膜基系统失效进程具有重要意义.

采用少无废料激光板材切割技术,可以大幅度地提高材料利用率,缩短切割时间,提高生产效率.激光切割路径优化算法和板材的无搭边排样技术是少无废料激光板材切割的关键技术问题.文章研究了少无废料激光切割路径优化原则,在此基础上,研究了少无废料激光切割编程技巧,并结合纺机板材的激光切割实践,进行了少无废料激光板材切割技术研究,结果表明,采用少无废料激光切割技术,材料利用率可10%～30%,切割长度可减少5%～10%.

薄膜-基体界面结合性能是直接关系到膜基体系最终使用性能和可靠性的关键因素和首要指标.在分析界面结合强度划痕试验法和激光层裂法的研究与应用现状的基础上,提出了界面结合强度红外激光划痕和远紫外线激光划痕测量新方法,并分析了其技术优势.最后研究了激光划痕机理和相关的界面结合状态诊析技术.