1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东 青岛 266000
2 华中科技大学材料科学与工程学院,湖北 武汉430074
为了提高漆层与铝合金基体之间的结合力,往往需要进行毛化预处理。激光微织构加工技术具有环保、高效、毛化表面均匀可控等优点,而连续激光器输出的激光更加稳定、速度更快,研究连续激光微织构对漆层结合力的影响很有必要。通过控制激光功率、搭接率两个主要参量进行激光微织构加工,用激光共聚焦显微镜对微织构三维形貌进行观察并表征,用表面轮廓综合测量仪对表面粗糙度Ra、轮廓高度Rz进行测量,使用摩擦磨损试验机采用划痕法对涂层结合力进行测试,最终建立起微织构形貌、表面粗糙度和涂层结合力之间的联系。结果表明:激光功率对微织构形貌尺寸的影响比较明显;火山口和冠状形貌交错分布的微织构形貌有效地提高了漆层结合力;搭接率在0%~20%时结合力较高,平均可达36.41 N,提高54%左右;在划痕试验中,轮廓高度Rz与漆层结合力关系密切;特殊的起伏结构有效抑制了漆层大面积剥离过程。
激光技术 连续激光 微织构加工 结合力 laser technology continuous laser microwoven processing binding force
采用1080 nm连续激光器对Q235B碳钢上的锈蚀层进行清洗,研究了激光功率以及清洗速度对清洗后试样的表面宏观与微观形貌的影响,分析了不同工艺参数对粗糙度的影响规律,并对清洗后的试样表面进行截面金相观察、元素含量以及物相分析,并结合电化学分析以及硬度检测发现,在清洗速度恒为100 mm·s-1、激光功率为4 kW时,试样表面粗糙度最小为3.94 μm,Fe含量处于峰值,O含量处于谷值,激光清洗效果最好。当激光功率恒为7 kW、清洗速度由100 mm·s-1增至500 mm·s-1时,试样表面粗糙度先减小后增大,在清洗速度为400 mm·s-1时达到最小为3.68 μm,此时激光单次扫描就能完全清洗锈蚀层,其清洗效率为20.6 m2/h。清洗后的基材表面产生重熔层,这使得锈蚀层清洗后基材表面的耐腐蚀性有相应提高,且其硬度在激光功率为7 kW、清洗速度为100 mm·s-1时相比钢材本身提升接近4倍。在Ansys中建立连续矩形光斑激光清洗模型,并与实验结果对比分析,可以通过该模型为高功率连续激光清洗工艺参数提供选择和效果预估。
激光器与激光光学 连续激光 激光清洗 粗糙度 重熔层 耐腐蚀性 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314002
采用波长为1070 nm的连续激光对亚音速切向空气流下玻璃纤维增强树脂基复合材料(GFRP)的穿孔效应进行了研究。通过实验研究了功率密度(848~1556 W/cm2)和切向气流流速(0~1个马赫数)对穿孔形貌、穿孔点温度和穿孔时间的影响。结果表明:切向气流流速为0.5个马赫数(Ma)时靶材穿孔时间随功率密度的增加而减小,最大减小了46%;功率密度为848 W/cm2时穿孔时间随气流流速的增加呈先减小后增加的规律,与无气流(0 Ma)时相比,最大仅减小8%。激光功率密度的增加加速了热解气体的产生,使得孔隙压力升高,促进了靶材的剥蚀。切向空气流对作用过程的影响主要包括:降低树脂基体热解所产生的残炭含量,进而改变靶材吸收方式;产生切向剪切力,加速靶材的力学剥蚀;加速对流换热,降低靶材表面温度。当切向气流速度较小(≤0.4 Ma)时,切向气流的作用主要是促进树脂热解,降低残炭含量,转变靶材吸收方式;当切向空气流速较大(0.8~1.0 Ma)时,气流的冷却作用表现得较为明显。
激光光学 激光损伤 连续激光 玻璃纤维增强树脂基复合材料 切向空气流 穿孔效应 中国激光
2023, 50(14): 1401002
王梁 1,2,3姜柯 1,2,3范思远 1,2,3黄锦榜 1,2,3[ ... ]姚建华 1,2,3,*
1 浙江工业大学激光先进制造研究院,浙江 杭州 310023
2 浙江工业大学机械工程学院,浙江 杭州 310023
3 高端激光制造装备省部共建协同创新中心,浙江 杭州 310023
采用连续光纤激光器在氩气环境下对粗糙度为Ra=0.95 μm的低粗糙表面进行激光抛光实验,通过光学显微镜和激光共聚焦显微镜对单道激光抛光熔池截面、抛光前后三维表面形貌及表面轮廓进行分析。研究结果显示:在其他参数不变的条件下,随着扫描速度的提升,单道连续激光抛光熔池两侧的咬边现象逐渐加重。随着激光功率的提高,由于单道抛光熔池不稳定,熔池表面的起伏现象逐渐加剧。当扫描线间距为0.02 mm时,连续激光多道搭接之间未重熔区域具有较低表面起伏值,粗糙度可降低至Ra=0.45 μm。然而,激光单向扫描抛光后表面产生的波纹起伏会阻止粗糙度的进一步降低,采用正交扫描和未搭接区域回填扫描的策略,可对激光单向扫描抛光产生的波纹起伏进行重熔正交补偿,使粗糙度值由Ra=0.45 μm进一步降低至Ra=0.048 μm,较原始粗糙度下降95%。
激光技术 连续激光抛光 表面粗糙度 表面形貌 扫描策略 中国激光
2023, 50(12): 1202207
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041012
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏 南京210094
2 季华实验室,广东 佛山 528200
3 中国科学院苏州生物医学工程研究所,江苏 苏州 215163
4 北京华夏光谷光电技术有限公司,北京 100088
5 深圳技术大学中德智能制造学院,先进传感器产业化中心,广东 深圳 518118
激光融脂(laser lipolysis)技术处于较为初步的阶段,目前研究缺少适用人体的参数信息。在激光融脂过程中,温度作为一个重要的量却难以进行实时监控。结合多路光栅光纤测温系统,通过一系列的试验,研究1 064 nm Nd:YAG连续激光在离体猪脂肪样本中的穿透能力、温度分布,以及功率密度、辐照时间等对脂肪温升的影响,设计并验证持续融脂的试验方案。研究结果表明,连续1 064 nm Nd:YAG激光的脂肪透射能力在2 mm以内;其光热效应产生的热量分布也集中在径向、轴向5 mm以内的组织中。另外,温度分布与照射脂肪激光的功率密度、照射时间有着密切的联系;照射温度达到35 ℃后,一定时间内将温度控制在安全范围内的参数为:功率密度27.08 W/cm2,照射时间16 s,自然冷却9 s;功率密度40.62 W/cm2,照射时间9 s,自然冷却9 s。
激光安全 连续激光 离体脂肪 温度监控 laser safety continuous laser in vitro fat temperature monitoring
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
大气风场的测量在环境、航空、航天等领域具有重要的应用价值。目前对于近距离大气风场的报道较少, 而传统脉冲激光测风系统往往存在着低空盲区,不能满足对近距离低空风场的测量。采用连续激光 光源设计并建立了一套短距测风系统,实现了近距离风场信息的测量,与测风仪对比同时刻实验测量结果 误差不超过3%。对研制的连续激光测风系统结合适当的扫描方式进行组装,可以为短距风场的实际测量服务。
相干测风 连续激光 多普勒效应 短距风场 coherent wind measurement continuous laser Doppler effect short-range wind field 大气与环境光学学报
2020, 15(3): 174
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230031
相干激光雷达探测精度高,响应时间快,系统结构紧凑,近年来在测风领域已有长足的发展, 成为最先进的测风工具之一,具有良好的研究意义和应用前景。简要介绍了相干激光测风雷达的技术优势,从工作原理和具体应用 的区别上详细描述了分别以连续激光和脉冲激光作为光源的两类相干测风雷达,重点介绍了这两类技术的国内外发展历史及其最新 进展,并分别从光源波长的选用、激光工作的方式和应用平台的多样化等多方面简要总结了相干激光测风雷达的发展趋势。
大气光学 相干探测 测风 脉冲激光 连续激光 atmospheric optics coherent detection wind measurement pulsed laser continuous laser
中国石油大学(华东) 理学院, 山东 青岛 266580
热传导规律的研究在激光诱导薄膜材料改性等应用中有着重要的作用, 本文针对二氧化碳激光器辐照下的二氧化钛(TiO2)薄膜表面的热效应进行了理论仿真和实验研究。首先, 对具有粗糙上表面的TiO2薄膜, 利用有限元法构建了连续激光作用下的TiO2薄膜的立体模型并得到了其三维温度场分布。然后使用CO2激光器进行辐照实验, 分析了辐照时间和功率等参数对TiO2薄膜形貌、晶相以及颜色的影响。仿真表明, 连续激光辐照下TiO2薄膜的瞬态温度场呈高斯分布, 且与激光功率、光斑半径、辐照时间等因素有关。当表面温度小于分解温度时, 薄膜上表面最大平均温度与激光功率满足线性关系, 与光斑半径满足ExpAssoc非线性关系。实验结果表明, 激光辐照引起TiO2薄膜材料表面粗糙度降低且颜色变化。激光功率过小或辐照时间过短会导致有效作用面积小且不均匀, 反之会产生热形变 。结合仿真和实验可知使用功率为6 W, 半径为3 mm的连续激光辐照TiO2薄膜10 s时取得的处理效果最优。
连续激光 二氧化钛薄膜 传热规律 continuous laser titanium dioxide film heat transfer rule
脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
为了探究高功率连续激光作用下CCD的损伤特性随时间的演化规律, 根据其结构特点和工作原理, 建立了1.06 μm连续激光辐照CCD的六层结构热力耦合三维模型。综合考虑了微透镜聚焦和铝膜开口率等因素的影响, 通过改变CCD不同损伤阶段的激光辐照方式, 数值模拟分析了CCD多层结构的层层损伤机理, 研究了CCD各个损伤阶段的时间阈值, 并与实验结果进行了对比。结果表明, 微透镜聚焦光束阶段, 微透镜由于熔点较低, 发生熔融分解, CCD表现为点损伤; 微透镜熔融阶段, 失去聚光能力, 在应力损伤和熔融损伤共同作用下, 铝膜层熔融剥落, 表现为纵向亮线损伤; 铝膜层熔融剥落阶段, 激光直接辐照在硅电极上, 硅电极上表面熔融, 造成布线电路的损伤, 导致部分像元中的电荷无法转移, 出现横向暗线损伤; 最后, SiO2绝缘层受剪切应力而断裂, 使得硅电极和硅基底相互导通, 造成完全损伤。实验与仿真结果趋势一致, 误差较小, 相互验证。
连续激光 CCD探测器 损伤机理 损伤时间 continuous laser charge-coupled device damage mechanism damage time