利用CO2激光器在45#钢基体上成功制备了原位生成NbC颗粒增强的镍基合金涂层，涂层与基体呈现良好的冶金结合，无裂纹气孔等缺陷。涂层组织主要有γ-Ni树枝晶，枝晶间大量的共晶组织，M23（CB）6型碳化物和弥散分布的原位生成的NbC颗粒组成。带核的NbC颗粒是以为完全溶解的Nb为核心在其上长大的。由于原位生成NbC颗粒在复合涂层中的均匀分布，使涂层的平均显微硬度高达HV0.2 750，比纯Ni45合金涂层提高了约36%。

实验上采用磁控溅射在铀、不锈钢、铝基底上分别沉积钼、铌、铝等薄膜后采用纳秒激光熔覆，薄膜发生飞溅，未能形成熔覆层。针对这一问题，采用有限元方法分析了脉冲激光作用的温度场，并对瞬时热膨胀造成薄膜垂直于表面的运动进行了分析。计算以及分析结果表明：由于界面热阻，纳秒激光熔覆薄膜与基底存在较大的温度差，在本例计算铝薄膜与基底温差超过450 ℃。瞬时热膨胀导致薄膜具有向外的速度以及动能。当薄膜动能大于拉伸断裂所需要克服的弹性以及塑性变形能量，薄膜将发生飞溅。理论分析还表明存在一个临界的光束尺寸，当光束小于该尺寸，薄膜不会发生飞溅，熔覆能够发生，对于准分子激光，光束尺寸达微米量级薄膜不会飞溅。

采用溶胶-凝胶法制备得到含有TiO2、BN和C的复合粉末, 将其预置在45钢基体表面, 然后通过激光强化原位制备出含有TiN和TiB2颗粒的强化涂层。利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪对涂层组织、成分和物相进行了分析, 并测试了涂层显微硬度。结果表明, 强化涂层与基体结合良好, 涂层中无裂纹、气孔等缺陷, 原位生成的颗粒状TiN和须状TiB2均匀分布在强化层中。涂层最高硬度达到956 HV0.1, 显著地提高了45钢的硬度。

为提高镁合金表面的耐磨性, 利用5 kW横流连续CO2激光器在AZ31B镁合金表面采用低能量密度激光能量制备了无裂纹、气孔等缺陷的熔凝层。通过光学显微镜、X射线衍射仪观察分析熔覆层的宏观形貌、微观组织和物相, 并利用显微硬度仪、磨损试验机测试熔覆层的显微硬度和耐磨性。研究结果表明: 熔覆层由α-Mg和β-Mg17Al12组成, 晶粒明显细化。采用低能量密度工艺即激光功率P＝2 kW、扫描速度v＝15 mm/s、激光能量密度E＝ 26 J/mm2时, 晶粒细化程度和β-Mg17Al12强化相综合强化效果最好, 即显微硬度最高, 为50 HV0.05～79 HV0.05比基体提高了13.64%～64.58%; 耐磨性改善程度最好, 磨损量是原始镁合金的40%, 耐磨性提高60%。说明采用低能量密度且高功率快速扫描的工艺可以获得显微硬度和耐磨性改善程度最高的激光熔凝层。

采用金相观察、X射线衍射及布氏硬度、室温冲击等分析测试方法, 研究了激光立体成形工艺对飞行器结构材料TC11钛合金组织和力学性能的影响。结果发现, 采用不同激光功率制备试样微观组织均为网篮组织, 小功率试样微观组织编织更细密, α板条宽度更小。小功率试样比大功率试样高约15 HB, 二者均高于锻件标准(GJB2744A-2007)硬度范围。小功率试样冲击韧性基本达到锻件标准, 而大功率试样冲击韧性低于该锻件标准, 在冲击载荷下前者的失效方式为穿晶韧性断裂, 而后者的失效方式则由穿晶韧性断裂逐渐向α板条解理断裂过渡。

以先进的柔性激光焊接工艺为手段, 在局部保护条件下实现了铝合金薄壁结构的焊接, 并针对铆接、点焊、TIG焊、激光焊(不填料)三种传统焊接方法开展工艺研究, 发现2024铝合金焊接工艺过程易于形成的冶金缺陷主要有气孔和裂纹, 而高能量输入的激光焊可解决裂纹这一问题; 性能试验结果表明: 铆接和电阻点焊拉伸性能较母材相比降低幅度大, 弯曲性能损失幅度小, 但疲劳性能很差; TIG焊试件的拉伸性能尚可, 但塑性损失较大, 并且疲劳性能较母材相比有较大幅度的降低; 激光焊试件的综合力学性能有较大幅度的改善, 并且疲劳性能最好, 无论是在高应力水平还是低应力水平均略低于母材。

利用固体脉冲Nd:YAG激光器研究脉冲工作电流、扫描速度和光斑直径对阀芯端帽工作面激光合金化质量的影响, 以合金层的表面硬度和厚度作为衡量指标, 通过正交试验得出最优工艺参数组合为: 脉冲工作电流I＝75 A, 扫描速度v＝80 mm/min, 光斑直径d＝1.5 mm。

为提高晶圆的集成度, 提升晶粒分离的质量和效率, 采用以二极管泵浦的纳秒级调Q紫外激光切割磷化铟晶圆, 利用劈裂机进行裂片, 使用金相显微镜检测磷化铟晶圆的切割深度与切口宽度。运用单参数变化法分析重复频率、占空比、切割速度和辅助气体压力对切割深度影响, 结果表明, 切割深度与重复频率、切割速度近似呈反比关系, 与占空比近似呈正比关系, 而辅助气体压力对切割深度的影响不大。通过正交实验设计得到切口宽度的最优参数, 当重复频率为200 kHz, 占空比为10%, 切割速度为300 mm/s, 气压为0.2 MPa时, 最小切口宽度达到6.2 μm。综合分析了激光工艺参数和辅助工艺与裂片合格率的关系, 最终使磷化铟晶圆裂片合格率达到98%。

利用Nd∶YAG激光器实现了5052铝/镀锌钢异种金属板材之间的熔-钎焊连接, 并对焊缝成形、接头性能及微观形貌做了分析。分析结果表明, 合适的热输入能够有效实现5052铝/镀锌钢异种金属之间的熔-钎焊连接, 焊接接头中铝合金母材发生熔化与镀锌钢形成钎焊连接, 镀锌钢母材并未发生熔化; 焊接接头的抗拉强度为128 N/mm; 微观形貌分析表明, 在焊缝钎接界面处生成了一层薄金属间化合物层, 金属间化合物层的厚度为3～4 μm。

相对于当前的厚板焊接方法, 激光-电弧复合焊接有很多优点。为了使激光-电弧复合焊接技术应用于厚板焊接, 本文采用4 KW光纤激光器针对16 mm厚低碳钢板进行激光-电弧复合焊接打底焊接工艺研究, 探究了坡口尺寸、电流值、速度等规范参数对激光-电弧打底焊接稳定性的影响, 通过金相观查焊缝横截面形貌。结果表明: 坡口尺寸、电流以及焊接速度是影响激光-电弧复合焊接过程稳定性的主要工艺规范。通过电弧电流等工艺规范的匹配, 激光-电弧复合焊实现5 mm钝边, 12 °类Y型坡口的熔透打底焊接。

利用环形激光光内同轴送粉喷头进行单熔道试验和测试, 就中空环形光离焦量对45# 钢表面熔层平整度、平宽度、平高度以及熔覆截面微观组织的影响进行试验研究。通过改变离焦量, 获得单道熔覆层, 并进行单层熔宽、熔高及表面平整度的测试和微观组织的对比, 分析了离焦量对熔层组织、性能和表面状态的影响规律。结果表明: 熔覆层组织在小离焦量情况下细密, 环形光激光熔覆层的硬度、表面平整度随离焦量的变大先增后减, 在较小负离焦状态下可得到最大值。

激光金属沉积成形过程中, 送粉喷嘴结构参数一定时, 载气式同轴送粉喷嘴的粉末流场主要受送粉参数影响如载气速度、送粉量。为了进一步改善现有送粉喷嘴的汇聚性和提高粉末利用率, 基于固气两相流数值计算模型, 应用FLUENT软件模拟两种因素对同轴送粉喷嘴粉末流场的影响。结果表明: 载气流速过小则会导致粉末流汇聚焦点浓度较低; 载气速度过大则焦点形状不规则, 降低成形表面质量; 载气流速过小或者过大都会导致粉末利用率降低。送粉量主要影响粉末流焦点中心的汇聚浓度和粉末流速度以及速度波动。数值计算结果对同轴送粉喷嘴设计和优化激光加工工艺参数具有一定的参考价值。

激光淬火工艺具有节能环保、质量高的优点。研究薄板零件激光淬火时所形成的温度场对将激光淬火应用于薄板零件表面强化的实际工作中具有重要的作用。本文通过对45钢和铸铁HT250之间接触面的接触热阻进行实验测试, 通过数据分析得出了相应的接触热阻经验关系式。利用Abaqus软件模拟薄板表面激光淬火, 其中将实验所得的接触热阻经验关系式代入, 得到了相应薄板表面淬火温度场。通过与不考虑接触热阻的零件表面淬火温度场仿真结果进行对比, 得出了接触热阻对薄板零件表面激光淬火所形成的温度场的影响。研究成果可对薄板表面激光淬火工艺应用于实践提供指导。

为获得用于工业应用的高功率、高光束质量脉冲激光输出。理论分析了谐振腔结构, 设计出双棒串接、双氙灯泵浦的平行平面腔脉冲Nd∶YAG激光器, 使用像传递系统和90 °偏振旋转器有效补偿热致双折射效应, 激光器稳定工作在基模动力学稳定区边界时, 实现了平均功率971 W、光束参数积11.43 mm·mrad的激光输出, 与理论分析相符。

为了实现对光纤微加工过程的自动控制, 在研究了157 nm超短波长激光和飞秒超短脉冲激光的工艺规划基础上, 开发了超短激光微加工的数控自动编程系统, 即人机交互界面。该编程系统可以自动生成数控指令代码, 用于工作台以及激光的辅助控制。人机界面可以根据选择的加工形状, 模拟仿真加工的全过程, 并能预测加工结果, 以提高加工效率。该系统能够满足不同光纤微加工的实际需求。

复合材料层合板在外界激励下很容易产生层合板表面无法探测到的内部低速冲击损伤, 从而引起材料失效甚至破坏。首先通过对低速冲击后的层合板进行目视检测获得了层合板受冲击后的若干损伤特征, 然后利用数字散斑干涉测量技术(DSPI)对受到低速冲击的层合板在热载下进行内部低速冲击损伤检测。实验结果表明DSPI技术通过观察散斑干涉条纹的不规则分布即可准确、灵敏识别复合材料层合板表面难以观察到的内部低速冲击损伤, 并且通过图像处理技术及相移技术可以准确评估内部低速冲击损伤对复合材料层合板的结构变形带来的影响。

提出了LED光谱数学模型, 并对在不同驱动电流条件下红光、黄光、绿光和蓝光LED的光谱分布进行了实验验证。结果表明此光谱模型拟合的LED光谱分布非常接近实际测量光谱分布, 优于其他光谱模型,并表明此光谱模型同样适用于荧光粉。进一步对白光LED光谱分布和显色性进行了仿真模拟, 结果也表明提出的新光谱模型优于其他光谱模型。

在简要阐释激光熔覆技术工作原理和技术特点的基础上, 介绍了激光熔覆材料体系、工艺种类、工艺参数和涂覆层微观组织结构, 另外讨论了激光熔覆技术所面临的主要问题, 并提出了激光熔覆技术的发展趋势。重点介绍了所做的一些相关工作: 激光熔覆MCrAlY涂层、激光熔覆纳米涂层、激光熔覆过程中热力耦合有限元数值模拟、激光熔覆过程裂纹形成机理及控制、激光熔覆纳米陶瓷颗粒增强金属基梯度涂层以及激光多层熔覆大厚度纳米热障陶瓷涂层成型控制等。

目的: 研究氦氖激光血管外照射对缺血性脑血管疾病疗效的影响。方法: 对治疗组65例脑缺血进行氦氖激光血管外照射治疗, 并与非激光血管外照射治疗的对照组62例进行对比。结果: 与对照组比较, 治疗后治疗组全血粘度高低切变值和血浆粘度明显改善(P＜0.01); 临床疗效比较, 治疗组明显优于对照组。结论: 氦氖激光血管外照射治疗能够提高临床脑缺血的疗效, 是治疗缺血性脑血管疾病的理想方法之一。

目的: 观察低强度氦氖激光照射后动物视网膜的病理结构变化, 为探讨低能量激光眼损伤的机理提供理论依据。方法: 建立氦氖激光的大鼠眼损伤模型, 通过眼底镜观察、组织病理技术以及原位末端标记等方法, 观察大鼠在激光照后眼底形态和视网膜细胞的结构变化。结果: 眼底镜观察发现激光照后大鼠视网膜血管出现痉挛、充血等可恢复性的变化, HE染色显示激光照后视网膜出现了视网膜的局部隆起改变和组织结构的紊乱, 同时伴有感光细胞的凋亡。结论: 氦氖激光在一定的条件下可造成视网膜的病理性损伤, 而内、外核层感光细胞的凋亡可能是低能量氦氖激光视网膜损伤的重要机制。