1 沈阳航空航天大学机电工程学院，辽宁 沈阳 110136
2 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，辽宁 沈阳 110136
在对K4169合金母材进行修复前采用不同的工艺进行热处理，以获取两类不同的显微组织，然后对比分析了母材的显微组织分和力学性能，并系统研究了修复试样热影响区液化裂纹的敏感性和产生机制。研究结果显示：在均匀化固溶时效条件下，母材主要由Laves相、δ相以及碳化物组成，修复试样母材与热影响区的平均显微硬度分别为220 HV和210 HV，修复试样的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为870.7 MPa、618.9 MPa和7.7%，断裂位置位于母材。在均匀化热等静压固溶时效条件下，母材主要由δ相以及碳化物组成；修复试样中存在裂纹，裂纹分布在母材一侧，横截面上裂纹的平均长度可达0.68 mm，最大裂纹长度为0.72 mm；热影响区液化裂纹的发生与母材的组织成分、晶粒度密切相关。相较之下，均匀化热等静压固溶时效合金修复试样母材与热影响区的平均硬度都较低，分别为210 HV和200 HV，Laves相和δ相的含量对母材和热影响区的显微硬度均有影响，抗拉强度和屈服强度分别降低了20.3%和38.4%，但延伸率有所升高，断裂位置在热影响区。两种试样都未断在修复区，这是因为修复区的晶粒更细，产生了细晶强化作用。
激光技术 激光沉积修复 K4169合金 修复前热处理 开裂机理 力学性能 中国激光
2024, 51(10): 1002322
1 中国航发北京航空材料研究院，北京 100095
2 航发优材（镇江）增材制造有限公司，江苏 镇江 212132
3 江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013
采用搅拌摩擦辅助激光定向能量沉积方法制备了AlSi10Mg合金块体，采用后续冷轧处理进一步提高了AlSi10Mg合金的强度，系统讨论了AlSi10Mg合金在加工过程中的组织演化，分析了其强韧性的演变机理。研究结果表明：在激光沉积态AlSi10Mg合金中，Si原子的固溶强化效果非常显著，合金的硬度高达109 HV，受气孔缺陷影响，激光沉积AlSi10Mg合金的强度低于200 MPa。搅拌摩擦加工可以细化激光沉积AlSi10Mg合金的柱状α-Al相和共晶相，形成等轴的α-Al晶粒和Si颗粒，α-Al基体中的Si原子脱溶析出，其硬度降低至75 HV，强度接近200 MPa，延伸率最高达到40%。轧制后，AlSi10Mg合金中的位错密度大幅增加，当变形量增加到68%时，AlSi10Mg合金α-Al晶粒被剧烈细化，合金的硬度被提高至116 HV，其强度可超过400 MPa，合金中的局部硬化区域导致其塑性变形能力下降，延伸率逐渐降低至25%。
激光技术 搅拌摩擦辅助激光沉积 AlSi10Mg合金 固溶强化 位错强化 韧性 中国激光
2024, 51(16): 1602308
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
以Ti6Al4V沉积层为基体，研究基体表面预处理对超音速激光沉积涂层/基体界面结合的影响。试验前，基体表面经过三种不同方式的预处理，分别为抛光、打磨和喷砂。利用X射线衍射仪和表面轮廓仪对基体表面的物相组成和粗糙度进行了分析，利用光学显微镜对涂层/基体界面结合进行了分析，利用单颗粒撞击有限元模型对颗粒与不同表面粗糙度基体的结合情况进行了分析。研究结果表明，打磨处理的基体由于表面生成氧化钛陶瓷相，涂层发生脱落。抛光处理的基体较喷砂处理的基体有更低的表面粗糙度，其涂层/基体界面结合更紧密。数值模拟表明，基体表面的起伏特征在颗粒/基体界面处促成温度和应变的不均匀分布，阻碍颗粒与基体间的紧密结合。
超音速激光沉积 钛合金 表面预处理 界面结合 有限元分析 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114004
1 中国民航大学航空工程学院，天津 300300
2 天津工业大学激光技术研究所，天津 300387
为提升NiCu合金的硬度，改善其耐磨性，采用圆环摆动激光定向能沉积了NiCu和掺有30%（质量分数）WC的NiCu（NiCu/30%WC）复合材料。研究了圆环摆动激光和WC颗粒对NiCu合金的物相成分、微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响规律和强化机制。圆环摆动激光的搅拌作用增强了熔池对流，使WC颗粒在沉积层中均匀分布，减少了柱状枝晶的生成；同时WC颗粒及其分解后形成的碳化物阻碍晶粒生长，促进了沉积层晶粒的细化。NiCu/30%WC复合材料在细晶强化和弥散强化的共同作用下，硬度比NiCu合金提升了19%。摩擦磨损实验结果表明，未熔WC颗粒能够阻碍对磨球对NiCu合金基体的磨损，WC颗粒以及枝晶间的碳化物形成了弥散强化效应，使磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损，磨损量减少了56%。
激光技术 激光沉积 合金 组织 摩擦磨损 中国激光
2023, 50(20): 2002103
1 中国科学院物理研究所, 北京 100190
2 松山湖材料实验室, 东莞 523808
超导薄膜不仅在超导应用方面扮演着举足轻重的角色, 而且是超导机理研究的良好载体, 是连接超导应用和机理的桥梁。脉冲激光沉积(PLD)是最常用的超导薄膜制备技术之一。本文综述了PLD技术制备铜氧化物、铁基、氮化物、钛氧化物等超导薄膜的研究进展, 并介绍了与高温超导薄膜应用相关的两种PLD新技术: 超导带材和大面积薄膜制备。最后, 本文介绍了基于材料基因工程的高通量组合薄膜技术在高温超导研究上的典型成功案例。继续发展和使用该实验技术, 构建与高温超导相关的高维相图和定量规律, 有望实现机理研究实验上从量变到质变的全面突破。
超导薄膜 脉冲激光沉积 超导机理 超导应用 高温超导 高通量组合薄膜 superconducting film pulsed laser deposition mechanism of superconductivity application of superconductor high-Tc superconductor high-throughput combinatorial film
1 沈阳航空航天大学机电工程学院，辽宁 沈阳 110136
2 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所，辽宁 沈阳 110035
翘曲变形与开裂是激光沉积制造大型整体结构的瓶颈，限制了该技术的发展。为解决这一难题，笔者基于表面形貌监测系统提出了一种翘曲变形原位检测及开裂预测新算法。通过坐标系校准、滤波降噪、曲面重构等实现了原位检测与数据预处理，采用旋转切片和平行切片两种方案求取切片与重构表面的交线，计算交线的翘曲角与翘曲角变化量，根据翘曲阈值与开裂阈值判定翘曲变形并预测开裂。设定的阈值与制件尺寸呈反比关系，与翘曲度呈正比关系。实验结果表明：翘曲样件X向的最大翘曲角为3.98°，且该方向所有交线的翘曲角均超出了翘曲阈值（3.27°），判定发生翘曲变形；薄壁件开裂影响区内翘曲角的最大值在第46~51层呈连续正增长趋势，翘曲角变化量为1.58°，且80%的交线的翘曲角变化量超出了开裂阈值（1.53°），判定即将发生开裂，继续沉积至第55层时出现开裂。通过实验证实了所提算法检测翘曲与预测开裂的有效性，对激光沉积制造技术的发展具有重要意义。
激光技术 激光沉积制造 翘曲检测 开裂预测 原位监测 中国激光
2023, 50(16): 1602105
红外与激光工程
2023, 52(5): 20220731
1 沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
2 辽宁省激光表面工程技术重点实验室，辽宁 沈阳 110870
采用GH4169合金粉末对GH738合金进行激光沉积修复研究，分析了沉积态和时效热处理态试样的显微组织特征、显微硬度分布及摩擦磨损性能。研究表明：沉积态试样的修复区底部组织为柱状枝晶，修复区中心和修复区顶部组织由柱状枝晶和等轴枝晶组成，修复区枝晶间分布着富含Nb元素的Laves相；相比于基体，热影响区中的γ′相数量减少并呈现粗化趋势，MC碳化物发生分解生成M23C6碳化物。时效热处理后，修复区组织形成了新的晶界，部分Laves相发生碎化，γ′和γ″强化相析出且分布均匀。沉积态试样修复区的平均硬度约为291 HV，热处理态试样修复区的平均硬度约为461 HV，热处理态试样修复区的平均硬度要高于基体。热处理态试样修复区的平均摩擦系数约为0.40，基体的平均摩擦系数约为0.51，修复区的耐磨性能优于基体。修复区的磨损机理为磨粒磨损，基体的磨损机理为磨粒磨损和黏着磨损。
激光技术 GH4169合金 GH738合金 激光沉积修复 显微组织 时效热处理 中国激光
2023, 50(12): 1202209
1 沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁 沈阳 110850
2 沈阳航空航天大学机电工程学院，辽宁 沈阳 110136
采用激光沉积制造技术制备了Ti65钛合金试样，并对其进行了退火热处理，分析了试样不同截面/方向的显微组织和力学性能。结果表明：激光沉积Ti65试样沿沉积方向形成了粗大的柱状晶和平行分布的层带结构，层带中的α板条粗化明显；垂直于沉积方向的截面呈等轴晶结构；不同截面的显微组织均为片层组织。退火后，不同截面的晶界断续，α板条粗化，显微组织均为网篮组织，显微组织的各向异性不明显。沉积态试样沿沉积方向和垂直于沉积方向的抗拉强度分别为1015 MPa和1055 MPa，伸长率分别为11.4%和8.4%；退火后，沿沉积方向和垂直于沉积方向的抗拉强度分别为1025 MPa和1079 MPa，伸长率分别为12.7%和10.5%。沉积态试样沿沉积方向的显微硬度比垂直于沉积方向低约20 HV0.2；退火后，不同方向的显微硬度接近并约为400 HV0.2。退火后激光沉积Ti65综合力学性能的各向异性趋于弱化。
激光技术 激光沉积 Ti65 显微组织 热处理 力学性能
Author Affiliations
Abstract
School of Physics and Electronic Information, Yantai University, Shandong 264005, China
Perovskite-structured barium strontium titanate (Ba1-xSrxTiO3, x = 0.1–0.9) films have been epitaxially fabricated by using a pulsed-laser deposition technique. The third-order nonlinear optical properties were studied through a z-scan method, allowing the resolution of the nonlinear refractive and absorptive contributions to the responses. Although all the samples show almost the same value of nonlinear absorption coefficient, the extracted nonlinear refractive index of the sample of x = 0.3 is apparently larger than that of other samples. Dependency of the nonlinear optical properties on the Ba/Sr ratio is discussed in terms of the crystal phase transformation and metal-oxygen bond length of the selected materials.
nonlinear optical properties thin films phase transformation pulsed-laser deposition Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041601
