为提高铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能指标,研究了宽带激光表面改性功率对摩擦材料微观组织及性能的影响。采用扫描电镜、X射线衍射仪对微观组织进行了表征,采用硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对性能进行了测试。结果表明:在扫描速度150mm/min条件下,当激光功率低于1300W时,α-Cu的相对含量没有太大变动,随着激光功率的增加,摩擦材料中α-Cu聚合体边缘溶解加剧,大块聚合态α-Cu细小化,铜基粉末冶金层密度、硬度逐渐增加,耐磨性增强,摩擦系数提高。当激光功率超过1300W后,α-Cu的相对含量开始减少。α-Cu在有液相存在的条件下开始聚合生长变大。铜基粉末冶金层密度、硬度较快降低,磨损开始加剧,摩擦系数变大。

为提高铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能指标, 用宽带激光束对其进行了激光表面改性处理。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪对微观组织进行了表征, 并用硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对性能进行了测试, 结果表明, 宽带激光表面改性处理后, 铜基粉末冶金层的微观结构和性能发生了明显变化。聚合生长状态的α-Cu产生边缘溶解, 大块聚合态α-Cu细小化。在α-Cu内部形成了大量的纳米晶。激光表面改性处理后Cu基粉末冶金摩擦材料层密度提高了6%, 硬度提高12.7%, 耐磨性能提高45％, 摩擦系数提高1％。

利用DC025扩散冷却板条(SLAB)激光器系统地研究了激光焊接三明治金刚石锯片的焊接缺陷和焊接工艺。结果表明焊接缺陷主要表现为焊缝中大量的气孔和较多的铜，降低了焊缝强度。气孔来源于基体里黏接剂、油污与粉末冶金刀头的共同作用，采用正面熔透1/2，反面完全熔透的焊接方式和提高焊接速度来减少气孔缺陷。铜来源于基体里铜板的熔化，当激光偏向刀头时，铜的含量降低。350 mm三明治锯片合适的焊接参数为激光偏移量0～+0.20 mm，正面焊接线能量为25～40 J/mm，且激光功率低于1000 W；反面焊接线能量为80～150 J/mm，且激光功率高于1500 W；此时焊缝铜的质量分数为0.2%～1.1%，焊接气孔较少，焊缝抗弯强度满足EN13236安全标准。

针对薄壁金刚石钻头的激光焊接应用，采用德国LSM240全自动激光焊接系统进行单面焊接试验，建立了粉末冶金材料激光焊接工艺优化的误差反向传播人工神经网络模型，应用该模型研究了激光焊接工艺参数对气孔率和焊缝强度等焊接质量因素的影响，并对薄壁金刚石钻头激光焊接进行了工艺参数优化处理，获得了无气孔缺陷的优质焊接接头。结果表明，气孔率同激光功率、焊接速度之间具有幂函数关系；焊缝强度同激光功率、焊接速度之间具有高斯函数关系。

通过对烧结温度的变化过程、产物相的形成与转变、致密化行为、硬度特征等细致的研究和分析,揭示了Cu-Al系粉末材料激光反应烧结的特性.结果表明,在激光输出功率800W、持续作用时间为16s的情况下,反应向试样的纵深方向发展,表现出剧烈、快速的蔓延燃烧特征,相的形成是在激光加热与反应阶段的短暂时间内完成.由于激光加热比常规电炉加热速度快,烧结试样均产生收缩,在Cu75Al25试样中出现了亚稳态马氏体(M)型Cu3Al相.

利用CO2连续激光对预涂石墨和硅混合粉末的Ti-6Al-4V合金进行了熔敷处理。金相分析发现熔敷层内形成了大量的化合物,X射线衍射分析证实形成的化合物主要为SiC,Ti5Si3和TiC等。电子探针分析表明熔敷层内的初晶化合物主要由SiC和TiC组成,共晶化合物则主要是Ti5Si3。熔敷层与金属基体呈良好的冶金结合,其硬度可达2000 Hv0.1,摩擦系数约为0.3,而基体的硬度约为320 Hv0.1,摩擦系数约0.55。可见熔敷层较基体的硬度大为提高,且其耐磨性能较好。激光工艺参数的改变影响着熔敷层的组织和性能,调整工艺参数可获得无气孔和裂纹的熔敷层。

建立了侧向送粉激光熔覆粉末颗粒温升的数学模型,该模型可以考虑激光束的功率分布。推导了考虑激光束直径大于粉斑直径和小于粉斑直径两种情况下,粉末颗粒在光束辐照下的温升与其在光束下运动时间的关系式。通过算例,给出了在不同激光功率下粉末颗粒的温升随其与激光束相互作用时间的关系曲线以及不同颗粒直径条件下粉末颗粒温度随相互作用时间的关系曲线。采用微距摄影技术对粉末颗粒到达熔池表面的状态进行实验观测,并采用图像分割技术中的迭代阈值选取方法,对所获得的灰度图进行处理从而得到了粉末颗粒到达熔池的温度。计算结果与实验分析获得了相同的结论,从而验证了模型的正确性。

采用LSM240型全自动CO2激光焊接机焊接粉末材料,研究不同粉末材料产生等离子体所需的临界激光功率.粉末配方为:Fe粉+15%羟基Fe粉,Co粉,Ni粉+15%羟基Ni粉三种试样.研究结果表明,Fe,Co,Ni三种试样在CO2激光作用下产生金属蒸气时的临界激光功率密度IC为ICFe＞ICCo＞ICNi;等离子体得以有效控制的下限临界气流量QS为QFeS＜QCoS＜QNiS.

焊接气孔是粉末冶金材料激光焊接的主要缺陷.简要分析了粉末冶金材料激光焊接中气孔的产生机理,着重研究了焊接速度与活性气体对气孔形成的影响关系.结果表明,在一定的激光功率下,提高焊接速度可减少金属蒸气的形成,从而降低气孔数;通过混合N2,O2作活性气体可改善熔化金属流动,防止气孔产生.

对华工激光开发的激光焊接系统的稳定性进行了实验研究.结果发现,该系统稳定性相当好,适合焊接105mm～500mm锯片和68mm,82mm的钻头.