中国工程物理研究院 核物理与化学研究所，四川 绵阳 621999
铝合金是国内外研究堆的主要结构材料，在前期300#研究堆主要结构材料铝合金辐照性能研究的基础上，通过离子辐照研究6061-Al合金的微观结构损伤和引起的硬度变化，以开展较高辐照剂量下6061-Al合金损伤效应的前期探索。结果表明，经过自离子辐照后，6061-Al合金中产生了夹角为72°的位错环等缺陷，随着辐照剂量从0.218×1016 cm−2增加到4.367×1016 cm−2，缺陷密度明显增加，但选区电子衍射表明合金保持了很好的晶体结构，并没有发生非晶化。纳米压痕测试表明，不同辐照剂量下，样品中产生了不同程度的硬化，且微观硬度随着辐照剂量的增加而增加，当剂量增加到2.183×1016和4.367×1016 cm−2时，辐照硬化达到饱和，约为11%。研究结果可为初步预测较高中子辐照剂量下6061-Al合金结构和性能的变化提供数据支撑。
6061-Al合金 离子辐照 位错环 辐照硬化 缺陷 6061-Al alloy ion irradiation dislocation loop irradiation hardening defect 强激光与粒子束
2022, 34(5): 056008
利用选区激光熔化技术制备了高强铝合金TiB2/AlSi10Mg试样, 研究了不同的工艺参数激光体能量密度E对于成形试样的致密度、显微组织的影响规律, 并用光学显微镜、扫描电子显微镜对结果进行了表征。分析了不同参数下试样的显微硬度和拉伸性能, 并研究了不同的热处理制度处理后TiB2/AlSi10Mg试样拉伸性能的变化。研究发现, 随着E的增加, 试样上的缺陷越来越少, 致密度逐渐提高, 在E=71.5 J/mm3时, 试样上只存在很少的缺陷, 颗粒团聚现象消失且分布均匀。在该参数下, 试样横截面上的显微硬度在达到了138.9 HV0.5。由于TiB2陶瓷相的加入, SLM成形铝合金的强度能够达到420 MPa, 延伸率为6.13%, 较SLM成形纯AlSi10Mg相比, 强度提升了13.5%, 延伸率提升了50%。热处理温度和热处理时间对SLM成形试验件的拉伸性能也有影响, 对于本试验中, 较为优化的热处理温度为T=170 ℃, 热处理时间t=10 h。
选区激光熔化 高强铝合金 显微组织 拉伸性能 SLM high-strength Al alloy Microstructure tensile property
1 沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院, 沈阳 110136
2 广东省焊接技术研究所(广东省中乌研究院) 广东省现代焊接技术重点实验室,广州 510650
为了研究工艺参量对激光-MIG复合焊接的焊缝成形和组织特征及性能的影响, 针对6mm的A7N01铝合金板, 采用不同的激光功率、焊接速率和坡口形式, 进行了激光-MIG复合焊接试验, 观察焊缝成形及接头微观组织, 并对其性能进行测试。采用Y型30°坡口, 在激光功率3.0kW、焊接速率1.0m/min的参量下进行激光-MIG复合焊接时, 焊缝表面成形良好, 底部成形连续; 接头平均抗拉强度为271MPa, 达到母材的60%; 焊缝中心硬度为85.4HV, 达到母材的78%。结果表明, 随着激光功率的提高, 焊缝熔深呈线性增大; 焊接速率越大、焊缝熔宽和熔深越小, 余高略有增加; 焊接接头对不同坡口形式的适应性良好; 接头中热影响区晶粒粗化, 硬度降低, 熔合区晶粒为树枝晶, 易产生工艺类氢气孔, 焊缝中心晶粒为等轴晶。该研究有利于获得成形良好的A7N01铝合金激光-MIG复合焊接头。
激光技术 激光-MIG复合焊接 A7N01铝合金 焊缝成形 力学性能 laser technique laser-MIG hybrid welding A7N01 Al alloy weld formation mechanical properties
以球形镁铝合金(Al12Mg17)颗粒为原料, 在空气中直接燃烧合成氮化铝(AlN)晶体。实验样品堆积在直径为 1 cm的区域内, 使用乙烷火焰点燃。使用高速摄像仪记录燃烧合成过程。借助XRD和SEM对原料和产物的组成及结构进行分析, 并使用TG-DSC分析合金的热力学性质。结果表明: 镁铝合金中的铝可以全部转化为AlN晶体。合金的点火温度约为494.4 ℃, 一旦点燃, 不需要外界热源的持续加热, 样品可持续燃烧。燃烧开始后, 合金颗粒中镁快速汽化, 与空气中氧发生优先反应, 并耗掉颗粒周围的氧气, 使氮气进入液态铝表层, 生成氮化铝。燃烧产物有明显分层, 检测结果表明上层产物为白色氧化镁, 下层产物为黑色氮化铝晶体。合成过程中, 镁对氮化铝的形成起着积极的促进作用。
AlN 镁铝合金 燃烧 AlN Mg-Al alloy combustion
1 哈尔滨工业大学(威海)山东省特种焊接技术重点实验室, 山东 威海 264209
2 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 哈尔滨 黑龙江 150001
利用波长为1070 nm,最高输出功率为6 kW的连续式光纤激光器,采用激光点焊技术,对TC4钛合金/5052铝合金异种金属连接进行工艺特性研究。结果表明,相同离焦量条件下,激光功率较小时,焊接过程中钛/铝接头会形成双熔池,焊后下部铝合金出现缩孔,并有气孔和裂纹产生;增大激光功率,钛熔化量增加,液相钛流入焊缝形成钉扎状结构,边缘处钛铝相互扩散反应,生成近钛侧的TiAl2相和近铝侧的TiAl3相;未流入熔合区的钛/铝界面生成TiAl3金属间化合物层,且随激光功率的增加,钛-铝反应层增厚。当离焦量小于+50 mm时,接头强度随激光功率的增大先增大后减小,最大断裂载荷不足3000 N;采用+50 mm离焦量时,随激光功率的变化,接头强度出现两个峰值,失效位置分别位于接头界面及铝合金母材处,断裂形式为准解理断裂和韧性断裂,最大断裂载荷达到3571 N。
激光器 激光焊接 钛合金 铝合金 异种材料 激光与光电子学进展
2019, 56(3): 031403
华中科技大学武汉光电国家实验室, 湖北 武汉 430074
随着轻量化、结构功能一体化的强劲需求, 高强铝合金复杂精密零件在航天航空等领域应用广泛, 但因其焊接性能和铸造性能差, 传统加工方法难以制备。激光选区熔化成形(SLM)技术是制备该类零件的最有前景的新方法。高强铝合金对激光吸收率低、热导率高、易氧化、含大量易烧损合金元素, 有很强的热裂倾向, 成形难度极大, 因此目前其SLM成形技术远落后于其他材料。但是由于其广阔的应用前景, 近几年发展迅速。总结了国内外高强铝合金激光选区熔化成形的研究现状、发展趋势及存在的主要问题。
激光技术 激光选区熔化 高强铝合金 热裂纹 异质形核 激光与光电子学进展
2018, 55(1): 011402
中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
采用飞秒激光诱导击穿光谱(fs-LIBS)技术研究了铜铝合金溅射薄膜的时间分辨等离子体光谱特性。测量了0~1000 ns延时和100~1000 ns门宽条件下薄膜的激光诱导击穿光谱(LIBS)，分析了Al I 396.2 nm 谱线的Stark展宽情况，采用定标曲线和自由定标方法对铜铝合金溅射薄膜进行了定量成分分析，并比较了其与靶材成分之间的差异。结合同步瞬态反射率测试对薄膜进行了深度剖析，单脉冲平均取样深度约为90 nm。
光谱学 铜铝合金 溅射薄膜 飞秒激光诱导击穿光谱 定量分析
湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
对1.4 mm 厚的DP590 双相钢和1.2 mm 厚的6016 铝合金平板试件进行添加Sn-5%Zr(质量分数，下同)粉末的激光搭接焊试验，利用卧式金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X 射线衍射仪(XRD)、背散射电子衍射技术(EBSD)和微机控制的电子万能试验机等研究了添加Sn-5%Zr粉末对焊缝微观形貌、焊接区域金相组织、断口形貌、主要物相、相的分布及含量、晶粒大小与接头力学性能的影响，采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了添加Sn-5%Zr粉末后新形成物相FeSn、Fe3Sn 和Fe3Al、FeAl、Fe2Al5等Fe-Al金属间化合物的模量。结果表明，添加Sn-5%Zr粉末钢/铝接头平均剪切强度为37.90 MPa，与未添加粉末相比，剪切强度提高，新形成ZrAl3 化合物细化了钢/铝界面Fe-Al金属间化合物的晶粒尺寸，Sn抑制Al向焊缝熔池内扩散，减少Fe-Al金属间化合物层厚度，新形成物相FeSn，Fe3Sn具有较好的延性，Sn-5%Zr 粉末改变了界面层Fe-Al 金属间化合物脆性相与延性相的比例，添加粉末增加焊缝熔宽，提高焊合率，因而添加Sn-5%Zr粉末改善了焊接接头的力学性能。
光学制造 激光技术 钢/铝异种金属 金属间化合物 添加粉末
针对激光冲击强化铝合金焊缝过程中存在多场耦合导致残余应力变化幅度大、实时表征难的问题，采用ABAQUS非线性有限元软件建立了激光冲击强化7075-T6铝合金板材焊接件的有限元模型，模拟计算焊缝在激光冲击强化前后的残余应力场分布，重点分析了激光冲击强化对焊缝的横、纵向残余应力场的影响规律，并对焊缝的激光冲击强化工艺参数进行优化。研究结果表明，焊缝表面为残余拉应力场并且分布不均，激光冲击强化使得焊缝的拉应力状态转变为高幅压应力状态；优化激光冲击强化工艺参数(如激光能量、激光光斑尺寸、搭接率)，可以明显改善焊缝区域和热影响区的残余应力分布；当激光光斑搭接率为50%至70%时，残余应力分布趋于均匀，可以有效消除“残余应力洞”现象。
光学制造 激光冲击强化 7075-T6铝合金 焊接件 残余应力 数值模拟
为了研究保护气体对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊的焊缝成形和熔深等的影响，采用不同流量的He和Ar混合保护气体在5052铝合金板上进行激光-熔化极电弧复合焊工艺试验的方法，进行了理论分析和实验验证，取得了焊缝成形、熔深、焊接电压等数据。结果表明，复合焊时采用单He气会造成熔化极惰性气体保护焊的电弧电压增大，电弧稳定性变差，从而影响铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护焊复合焊的熔深，少量的Ar气加入有利于改善焊缝表面质量和稳定电弧，提高焊缝熔深的效果，当V(Ar)∶V(He)=5∶25时，熔深最大，但He气中加入大量的Ar气会降低焊缝熔深，甚至抑制激光深熔焊接；当采用纯Ar气作为保护气体时，虽然焊缝成形美观，但焊缝熔深很小。这一结果对铝合金CO2激光-熔化极惰性气体保护电弧复合焊焊缝成形质量分析具有较好的理论和工艺指导意义。
激光技术 保护气体 激光焊 熔化极惰性气体保护焊 复合焊 铝合金 laser technique protective gases laser welding metal intertia gas hybrid welding Al alloy
