常州大学机械与轨道交通学院金属3D打印实验室，江苏 常州 213164
以激光粉末床熔融（L-PBF）增材制造的316L不锈钢作为研究对象，重点研究了0°和60°两个不同成型方向对打印件显微组织和力学性能的影响，并利用原位电子背散射衍射（EBSD）技术研究了L-PBF 316L不锈钢在拉伸变形过程中组织和晶粒取向的演变过程。研究结果表明：L-PBF增材制造316L不锈钢的显微组织存在孔洞缺陷，在60°成型方向上还存在着鱼鳞状微熔池。成型方向为60°时制件的抗拉强度更高，为（645.61±15.50）MPa，0°成型方向上制件的伸长率更好，为（13.75±0.1）%。在原位拉伸过程中，随着变形量的增加，在0°成型方向上制件表现出更为显著的变化。小角度晶界的占比（体积分数）由38.1%增加到71.6%，α-Fe-BCC占比（体积分数）由0.17%增加到2.21%，平均晶粒尺寸由4.3 μm减小到1.4 μm，且晶粒内部在拉伸过程中出现了滑移带。在拉伸过程中，当成型方向为0°时，制件晶粒取向由初始的<101>∥Z1逐渐转变为<001>∥X1和<111>∥X1，而当成型方向为60°时，制件初始的<111>∥Z1晶粒取向逐渐转变为<111>∥X1。
激光技术 激光粉末床熔融增材制造 原位电子背散射衍射 成型方向 中国激光
2024, 51(12): 1202303
1 河北工业大学化工学院, 天津 300130
2 中国科学院过程工程研究所, 湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室, 北京 100190
3 宁波诺丁汉大学浙江省有机废弃物转化及过程强化技术重点实验室, 浙江 宁波 315100
磷石膏是湿法磷酸过程形成的固体副产物。 磷石膏中含有磷、 氟、 硅等有害杂质组分, 极大影响磷石膏制品的质量和性能, 巨量磷石膏堆存严重威胁生态环境和生命安全。 确定磷石膏中杂质物相的赋存状态, 为磷石膏除杂净化和综合利用提供理论指导, 非常重要。 以低温干燥后的磷石膏为研究对象, 利用X射线荧光光谱(XRF)分析确定磷石膏中杂质元素的组成, 结果表明, 磷石膏中的杂质元素含量较高的有P, Si, F和Al, 含量较低的有Ba, Fe和Mg等。 因二水硫酸钙物相强峰对杂质物相峰有较强遮蔽作用, X射线衍射光谱(XRD)分析不能确定磷石膏杂质的物相。 利用扫描电子显微镜对磷石膏进行电子背散射衍射(EBSD)分析, 根据被检样品衬度的区别探明磷石膏的杂质物相, 利用X射线能谱分析(EDS)成分确定杂质物相组成; 利用X射线光电子能谱(XPS)对硫酸钙晶体表面以及混合杂质物相作进一步分析。 EBSD分析结果表明, 磷石膏中杂质物相主要包括二氧化硅、 氟硅酸钠、 氟硅酸钾、 氟磷酸钙、 氟化钙、 硫酸钡、 硫化铁、 三氧化二铝等, 此外还有硅、 铝、 磷、 氟等杂质混合组成的复盐物相, 其中二氧化硅、 硫酸钡、 硫化铁、 氟磷酸钙和三氧化二铝为独立赋存物相, 氟硅酸钠和氟硅酸钾的物相则混合分布在硫酸钙晶体之间, 氟化钙杂质与硅、 铝、 磷、 氟杂质复盐物相结合赋存。 XPS分析结果表明, 磷石膏中还存在硅酸钙、 氟化铝、 氟化镁、 硫酸铝、 磷酸铝、 磷酸钙、 磷酸氢钙和磷酸二氢钙等物相, 其中磷酸钙、 磷酸氢钙、 磷酸二氢钙和氟磷酸钙四种物相的特征峰位分布极为接近。 采用EBSD-XPS组合分析方法, 不仅确定了磷石膏中杂质的物相, 还阐明了杂质物相与硫酸钙晶体之间的构效关系。 该研究为磷石膏杂质物相分析提供新途径, 为磷石膏除杂净化及其综合利用提供坚实的理论依据。
电子背散射衍射 X射线光电子能谱 磷石膏 杂质 Electron backscatter diffraction X-ray photoelectron spectroscopy Phosphogypsum Impurity
1 中国航发北京航空材料研究院, 北京 100095
2 航空材料检测与评价北京市重点实验室, 北京 100095
3 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室, 北京 100095
4 南昌航空大学 无损检测技术教育部重点实验室, 江西 南昌 330063
针对金属中微小缺陷在超声检测时回波信号较弱, 利用时域回波信号对微小缺陷试块进行C扫描成像时图像噪声较大且信噪比较低的问题, 借鉴医学超声影像领域中的背散射积分诊断技术, 提出了一种通过计算缺陷回波信号的功率谱(PSD)和频域背散射积分(IBS)来表征微小缺陷的方法。在使用IBS对试块进行成像后发现成像的信噪比较时域成像有显著的提高, 但图像出现了明显的网格化。对此提出了使用频域背散射补偿积分(IBSC)和频域背散射全宽带积分(IBSF)成像的两种改进降噪方法。实验结果表明, 这两种改进的成像方法均能在保持成像具有较高信噪比的条件下抑制图像的网格化, 但IBSC的计算量远小于IBSF, 更适用于金属中微小缺陷的成像检测。
微小缺陷 C扫描成像 功率谱 背散射积分 信噪比 micro defects C-scan imaging power spectrum integrated backscattering signal to noise ratio
1 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
2 沈阳飞机工业(集团)有限公司, 辽宁 沈阳 110034
为探明激光沉积制造TC4合金拉伸性能各向异性产生的机制,对不同取样角度的试样进行拉伸性能测试,并采用电子背散射衍射技术对成形件的晶体取向进行分析。结果表明:90°试样(拉伸试样的长轴方向与水平方向夹角为90°)的延伸率比45°试样高32%,抗拉强度和屈服强度分别低9%和8%;90°试样中的主要织构所对应的Schmid因子值最高,为0.485,外加拉伸应力σ与滑移方向分切应力τ之间的夹角θ为38°,试样首先开动的滑移系为柱面滑移系;45°试样的Schmid因子值最低,为0.415,θ为28°,试样首先开动的滑移系是锥面滑移系;90°试样中小角度晶界的占比最小,为1%,45°试样中小角度晶界的占比最高,为29.2%;90°试样具有最优的塑性,而45°试样具有最高的强度。
激光技术 电子背散射衍射技术 拉伸性能 各向异性 Schmid因子 取向差
围绕车辆贩运违禁品的精确、快速查缉需求，开展了小型化、低辐射的飞点扫描X射线背散射系统研究。设计了小型化飞点扫描X射线背散射系统的斩波机构、背散射探测器。利用研制的系统开展了X射线背散射成像实验，研究了X射线能量、功率对系统成像对比度和信噪比的影响。实验表明，系统成像分辨率约为2 mm，能够准确检测出隐藏在陶瓷物品中的毒品模拟物。小型化飞点扫描X射线背散射系统的研究可为车辆安检难题和降低检测中的辐射危害提供参考。
X射线背散射 飞点扫描 斩波轮 闪烁体 X-ray backscatter flying-spot scanning ripple wheel scintillator
1 浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
2 重庆西南计算机有限责任公司, 重庆 400060
为了能有效识别金属材料超声检测信号中的微小缺陷回波, 使用递归分析方法对检测信号进行分析。通过对超声波背散射信号进行建模, 说明其组成要素。在超声检测信号中, 缺陷回波信号会对系统的递归特性产生影响。使用递归分析对含0.8 mm平底孔人工模拟缺陷的直径为120 mm低碳钢棒材试块实验采集的背散射信号和无缺陷背散射信号进行了研究。截取试块检测信号中的背散射信号部分, 通过合理的参数选择对其进行递归分析并绘制递归图。通过与实验采集的无缺陷信号的递归图进行对比, 发现缺陷信号会在递归图中产生明显的白色交叉条纹带。使用递归定量分析进一步研究了含缺陷背散射信号的递归特征量, 结果表明捕获时间(TT)、确定率(DET)与递归熵(ENTR)这三项特征量对缺陷信号比较敏感, 在缺陷位置处均会出现明显的峰值。
金属材料 背散射信号 递归分析 递归图 递归定量分析 metallic material backscattered signal recurrence analysis recurrence plot recurrence quantification analysis
北京工业大学激光工程研究院高功率激光先进制造实验室, 北京 100124
不同晶面单晶硅的物理性能和化学性能的微小差异会对微纳加工结果产生明显影响。利用电子背散射衍射(EBSD)技术,研究了不同晶面单晶硅在飞秒激光作用下的行为特性。结果表明, (111)面单晶硅在飞秒激光能量密度低于和高于破坏阈值时分别形成非晶区和刻蚀区, 而(100)面单晶硅在不同能量飞秒激光的作用下只形成刻蚀区。飞秒激光在微纳加工领域得到广泛应用, 对晶体材料的不同晶面在飞秒激光作用下的行为特性的研究有助于制造新型微纳器件。
激光制造 飞秒激光 晶粒取向 电子背散射衍射 单晶硅
空军工程大学 等离子体动力学重点实验室, 陕西 西安 710038
采用激光冲击强化改善304不锈钢耐磨性能。利用电子背散射衍射(EBSD)、显微硬度和球磨实验分析了激光冲击前后试样的微观组织和性能, 探讨了激光冲击对其磨损性能的影响机理。结果表明, 激光冲击304不锈钢后, 其比磨损率下降, 显微硬度从200 HV提高到260 HV。这是由于激光冲击强化304不锈钢使得材料表层晶粒碎化和大量亚结构形成, 同时诱发马氏体相变的共同作用下, 提高了304不锈钢的显微硬度, 改善了其耐磨性能。
激光冲击强化 304不锈钢 电子背散射衍射 性能 laser shock processing 304 stainless steel EBSD performances 红外与激光工程
2016, 45(10): 1006005
空军工程大学 等离子体动力学重点实验室, 西安 710038
应用激光冲击强化对纯铜表面进行处理改善其耐磨性能。采用球磨实验分析了激光冲击强化前后的耐磨性能,利用X-射线衍射仪和电子背散射衍射技术对表层的相结构和晶粒形态分布进行了分析,并对耐磨性能提高机理进行了讨论。结果表明,纯铜经激光冲击强化后其比磨损率降低了19.5%,同时由于表面粗糙度增大,使得初期摩擦系数增加,但随着摩擦周数的增加,激光冲击强化作用明显,摩擦系数下降。这是由于激光冲击强化在纯铜中引入大量细化晶粒、孪晶和亚结构,阻碍了位错的运动,增强了变形抗力,从而提高了材料的耐磨性能。
激光冲击强化 纯铜 耐磨性能 电子背散射衍射技术 laser shock peening copper wear resistance electron back scatter diffraction 强激光与粒子束
2016, 28(2): 029002
