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 山东科技大学机械电子工程学院, 青岛 266590
2 山东菏泽市曹县科技局, 菏泽 274499
本文构建了Co 质量分数分别为6%、8%、10%和12%的WC-Co/SiC/Diamond金刚石涂层硬质合金界面模型, 利用分子动力学方法模拟了不同沉积温度对其界面结合强度的影响, 从黏附功及键长分布两个方面进行具体分析。黏附功分析结果表明, 与其他三种Co含量界面模型相比, WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型在七个沉积温度下所包含的两种界面的黏附功值均为最高值, 并且在不同沉积温度下, WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型所包含的WC-6%Co/SiC界面、SiC/Diamond界面的黏附功分别在1 123、1 173 K时最大, 为2.468、5.394 J/m2。键长分布概率分析结果表明, 与其他三种Co含量界面模型相比, 在任一沉积温度下, WC-6%Co/SiC/Diamond界面模型各界面处键长分布范围的最大值较小, 且在1 123 K时在WC-6%Co基体上沉积SiC中间层, 在1 173 K时在SiC中间层上沉积Diamond涂层后, 该界面模型界面处的键长最短, 键能最大, 界面结合性能最好。
金刚石涂层硬质合金 沉积温度 Co含量 界面黏附功 界面结合性能 键长 diamond-coated cemented carbide WC-Co/SiC/Diamond WC-Co/SiC/Diamond deposition temperature Co content interface adhesion work interface bonding property bond length
中国建筑材料科学研究总院，绿色建筑材料国家重点实验室，北京 100024
本文通过熔融金属法在线制备镀锌石英光纤，并探究涂覆温度对镀锌石英光纤表面质量和力学性能的影响。通过图像处理软件统计镀层包覆率，通过扫描电子显微镜、偏反光显微镜和激光共聚焦显微镜分别测量镀层厚度、晶粒尺寸和粗糙度，发现随着涂覆温度的升高，镀层包覆率和镀层厚度均减小；镀层凝固时间延长，晶粒尺寸增大；镀层粗糙度逐渐增大。通过抗拉试验机测量镀锌石英光纤的最大拉断力，与裸光纤相比，提升了139%。
镀锌石英光纤 熔融金属法 涂覆温度 镀层包覆率 界面结合 抗拉性能 Zn coated silica fiber molten metal method coating temperature coating coverage rate interface combination tensile property
Bi2Te3基微型热电器件的尺寸越小, 界面结合强度及接触电阻对于器件力学性能、开路电压以及输出功率等的影响就越显著。因此开发成本低、工艺简单的热电单元制备技术, 并使n型Bi2Te3基块体材料与阻挡层间的界面兼具低接触电阻、高结合强度具有重要意义。本工作将n型Bi2Te3基热电材料薄片在混合酸溶液(pH~3)中进行表面处理, 随后进行化学镀Ni(5 μm), 再与Cu电极焊接制备得到热电单元。腐蚀后, n型Bi2Te3基热电材料表面大的沟壑与Ni阻挡层间形成锚固效应, 腐蚀6 min的材料结合强度高达15.88 MPa。大沟壑表面进一步腐蚀后出现的精细分支与Ni阻挡层间形成纳米孔洞, 显著增大了界面接触电阻, 腐蚀2 min的材料达到2.23 Ω?cm2。最终, 腐蚀4 min后镀Ni的n型Bi2Te3基热电片材与p型Bi2Te3基热电片材制备的微型热电器件在20 K温差(高温端306 K, 低温端286 K)下的输出功率高达3.43 mW, 相较于商用电镀镀层制备的同尺寸器件提升了31.92%。本工作将为微型热电器件的性能优化提供支撑。
Bi2Te3 界面结合强度 界面接触电阻 镍阻挡层 微型热电器件 Bi2Te3 interface bonding strength interface contact resistance Ni barrier layer micro thermoelectric device
1 大连理工大学 高性能精密制造全国重点实验室，辽宁大连6024
2 大连理工大学 辽宁省微纳米系统重点实验室，辽宁大连11604
在利用微电铸工艺制作惯性开关的过程中，经常会出现由于界面结合强度低而引起的铸层翘起问题。微电铸层与基板的界面结合强度低会降低微开关的制作成品率、延长制作周期、增加制作成本。针对这一问题，本文从界面钝化膜的角度，采用了“电解活化去除钝化膜”和“引入Cu过渡层”的方法。为探究钝化膜对界面结合强度的影响，通过Materials Studio软件对不同钝化膜去除率模型的界面结合能进行仿真计算，计算结果表明钝化膜去除率越高越有利于界面结合强度的提高，在完全去除钝化膜后界面结合强度提高了197%；为探究过渡金属对界面结合强度的影响，分别以Cu，Cr，Ti作为过渡层，与不锈钢基板和镍铸层建立结合层体系，计算体系的结合能，计算结果表明Cu与基板、Cu与铸层的结合能最高，与未引入过渡金属相比，引入Cu后界面结合强度提高了81%。在仿真研究结果的基础上，开展了电解活化实验，通过电解活化法去除了基板表面的钝化膜，实验结果表明：电解活化区域铸层的界面结合强度明显高于未活化区域铸层的界面结合强度；同时开展了铜过渡层实验，对比了有无Cu过渡层的界面结合强度，实验结果表明：引入Cu后，铸层的界面结合强度明显提高。在上述仿真和实验结果的基础上，制作出尺寸为23 mm×20 mm、总高度为900 μm的微惯性开关。
微惯性开关 微电铸 界面结合强度 分子动力学 电解活化 micro inertial switch micro electroforming interface bonding strength molecular dynamics electrolytic activation 光学 精密工程
2023, 31(10): 1464
1 西安交通大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710049
2 宁夏工商职业技术学院，宁夏 银川 750021
为研究激光熔覆修复过程中稀释率的主要影响因素及其对修复性能的影响，在300M钢表面对12Cr17Ni2B新型不锈钢粉末进行激光熔覆试验。为了使粉末充分熔化并减小基体热影响区的软化程度，调整粉焦高于基体表面。分别探索扫描速度及粉末吸热率（激光功率与送粉速率之比）对稀释率的影响，结果表明：两种工艺参数均可以显著改变稀释率的大小，扫描速度会显著改变熔覆层的面积，粉末吸热率会显著改变熔合区的面积。为了明晰稀释率对修复性能的影响，采用粉末吸热率为自变量的工艺调控稀释率，并分析稀释率对修复性能的影响；结果表明：稀释率对修复件界面结合强度的影响不大，但对热影响区的软化程度有一定影响，基体对熔覆层的稀释有利于熔合区硬度的提高，但过大的稀释率会导致熔合区开裂。
激光技术 激光熔覆 单因素试验 稀释率 300M钢 界面结合强度 激光与光电子学进展
2021, 58(23): 2314005
苏州大学机电工程学院激光加工中心, 江苏 苏州 215021
农机刀具易于磨损的特点, 采用激光再制造的方法对农耕刀具表面制备NiCr＋WC涂层, 并对涂层和涂层与基材的界面显微组织进行了分析, 最后通过Abaqus对再制造层及其界面的温度场进行了模拟。实验结果表明, 通过激光再制造方法可以成功制备出与基材呈良好冶金结合的耐磨强化涂层, 通过SEM观察发现涂层的WC与NiCr合金形成了良好的复合材料, 涂层中晶粒细化, 硬质颗粒WC均匀分布在NiCr合金基体上, 形成了良好的结合界面, 模拟结果与实验结果的温度场分布具有一致性。
农机刀具钢 NiCr＋WC涂层 激光再制造 界面结合 显微组织 farm tools steel NiCr＋WC layer laser remanufacturing interfacial bonding microstructure
北京有色金属研究总院 国家有色金属复合材料工程技术研究中心,北京 100088
为满足某装置用阀门密封面材料不能含有钴的要求,通过激光熔覆两种无钴镍基合金粉末,在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出具有梯度硬度分布的较厚涂层,分析了涂层的微观组织、硬度及界面结合强度。结果表明,采用硬度较低的镍基合金涂层作为过渡层,解决了具有较高硬度镍基合金涂层的开裂问题;涂层与基体及两种镍基合金涂层之间界面连续过渡,硬度呈梯度变化,涂层表面硬度达HRC47;涂层与基体界面为完全冶金结合,其界面结合强度大于565MPa;经弯曲及热震试验后,涂层未出现开裂及剥落现象,说明涂层具有良好的抗热震性能。
激光技术 激光熔覆 无钴镍基合金涂层 微观组织 硬度 界面结合强度 laser technique laser cladding cobalt-free nickel-based alloy coating microstructure hardness interface bonding strength
北京有色金属研究总院 国家有色金属复合材料工程技术研究中心,北京 100088
采用同轴送粉激光熔化沉积方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面制备出420不锈钢的多层涂层及薄壁样,着重分析了沉积涂层的微观组织、硬度、界面结合情况及抗腐蚀性能。结果表明,激光熔化沉积的420不锈钢为单相α马氏体,沉积材料内部组织致密均匀,沉积材料的硬度在47-51HRC;沉积涂层与基体为完全冶金结合,沿沉积高度方向沉积材料的拉伸强度及界面的结合强度均大于基体材料的强度,界面结合强度达790MPa;与基体材料相比,所沉积420不锈钢的自腐蚀电位低、极化电阻小,抗腐蚀性稍差,该涂层可用于低腐蚀环境下0Cr18Ni10Ti不锈钢表面的强化及420不锈钢零件的修复。
激光熔化沉积 420不锈钢 微观组织 界面结合强度 耐蚀性 laser direct deposition 420 stainless steel microstructure interface bonding strength corrosion resistance
建立了膜-基界面结合强度的红外激光准静态划痕的检测新方法。采用红外激光对膜层样品进行连续划痕,通过摄像机,获得膜-基界面的划痕图像,经过Matlab预处理后准备调用; 同时采用红外热像仪实时在线检测样品表面的受热状态。信号检测系统检测薄膜表面温度和划痕图像等参数,返回信号处理系统进行分析和处理。从而实现对膜-基界面结合强度的检测。
激光技术 界面结合强度 图像处理 红外热像
