采用同步送粉方式激光立体成形Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金, 研究了不同脉宽下(2.5, 5, 10 ms)激光立体成形块体非晶合金的晶化特征。实验结果表明, 3个试样熔覆层大部分为非晶态, 非晶基材上出现宽厚的晶化带, 而且熔池底部热影响区比熔池侧面热影响区晶化严重。由于粉末的氧含量比基材中的高, 5 ms和10 ms试样基材顶部晶粒团簇成片, 基材底部晶粒呈离散分布, 2.5 ms试样整个基材的晶粒为离散分布。单点能量密度一定时, 过长的脉宽可使热影响区的升降温速率减小, 晶化较严重。反之, 脉宽越短, 即使粉末氧含量较高, 晶化无明显恶化。

以聚苯乙烯粉末为原料, 采用选择性激光烧结技术成型矩形试件, 探讨了激光功率、扫描速度、单层厚度、扫描间距以及粉底温度对拉伸强度的影响。结果表明:工艺参数对拉伸强度具有较大影响, 其中, 激光功率对拉伸强度的影响最大, 粉底温度的影响最小。拉伸强度随着激光功率的增加呈现出增大的趋势, 拉伸强度随着扫描速度的增大而降低。

为了提高钛合金的摩擦学性能, 采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V合金基体表面制备了以“原位”生成TiB2、CrB、TiC等为增强相、γ-Ni基固溶体为增韧相及h-BN为润滑相的γ-Ni基高温自润滑复合涂层。采用 X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析了涂层的物相和显微组织, 在球-盘式高温摩擦磨损试验机上测试了不同温度下(室温、300、600 ℃)复合涂层的摩擦学性能。结果表明:激光熔覆制备的复合涂层与基体呈冶金结合, 该复合涂层的摩擦系数和磨损率都远低于Ti-6Al-4V基体;在高温600 ℃时, 复合涂层的磨损率和平均摩擦系数为5.13×10-5 mm3/Nm和0.184, 相对于钛合金基体分别降低了81.8%、38%, 表现出良好的高温自润滑耐磨性能。

应用FLUENT软件建立BT20激光熔凝过程的数学模型, 考虑材料热物性能参数与温度的非线性关系以及边界条件, 分析表面张力温度系数和激光功率对激光熔池内的温度分布, 流动状态及熔池形貌的影响, 并与试验结果进行对比。结果表明, 表面张力温度系数影响熔池内熔化凝固的过程, 表面张力温度系数的增大使熔池变宽变窄。随着功率的增加, 熔池尺寸扩大, 工件温度提高, 熔池流体流动加速, 数值模拟结果与试验结果相吻合。

通过物理实验、ANSYS有限元数值模拟和试验相结合, 研究了超声波在BT20钛合金熔池中的传播作用机理, 设计阶梯型变幅杆, 并将之用于激光沉积修复过程中。物理实验结果表明, 声流效应在BT20钛合金熔池中占据主导地位。模拟结果表明, 阶梯型变幅杆的设计可以最大化的扩大振幅且振幅分布较为均匀, 做成可拆卸的变幅杆可以在满足试验条件的基础上增加试验的灵活性。将超声作用在熔池内部, 可以加快冷却速度, 缩短凝固时间, 使沉积层中的α片层组织变短, 可使沉积修复区域硬度提高。

为提高镁合金表面耐磨蚀性, 在真空条件下对AZ91HP 镁合金进行激光熔凝处理。在固定激光功率和光斑直径条件下, 分析激光扫描速度对熔凝层组织和性能的影响规律。研究结果表明, 随激光扫描速度增加, 硬质相β-Mg17Al12含量逐渐降低, 熔凝层枝晶逐渐细化;由于细晶强化作用, 熔凝层硬度和耐磨性均较原始镁合金显著增加。随激光扫描速度增加, 熔凝层的硬度, 耐磨蚀性得到提高。

为了研究青铜金刚石砂轮光纤激光辅助侧吹修锐效果, 通过青铜结合剂轮, 开展功率密度与去除深度以及烧蚀区域表面形貌关系的研究, 利用超景深三维扫描显微镜对烧蚀结果进行观测。结果表明:激光功率密度是光纤激光修锐青铜金刚石砂轮的核心工艺参数, 激光功率密度为5×107 W/ cm2时, 既保证较高结合剂材料去除效率, 又可以获得微观形貌较为理想的青铜结合剂轮表面。采用优化的工艺参数开展了光纤激光修锐青铜金刚石砂轮的试验, 借助SEM电镜扫描和超景深三维显微镜对添加侧吹气体前后金刚石磨粒形态和砂轮表面形貌进行观测。结果表明:辅助侧吹修锐, 不仅能减少覆盖在金刚石磨粒表面的熔融物, 而且能在一定程度上抑制石墨化的产生, 金刚石磨粒凸出于结合剂表面适宜高度, 砂轮表面形貌明显优于未添加侧吹气体时。

在Ni基合金粉末中添加不同含量的(V2O5＋WO3＋C)粉末, 通过改变激光功率在45#钢表面进行激光熔覆实验。采用XRD射线衍射、扫描电镜SEM对显微组织观察分析, 采用渗透法检测熔覆涂层裂纹。实验表明, (V2O5＋WO3＋C)含量和激光功率均对熔覆涂层裂纹敏感性有影响。在(V2O5＋WO3＋C)含量为25%、激光功率1.4 kW条件下, 可获得无裂纹质量良好的Ni基激光熔覆涂层。

现有金属激光沉积成形工件是根据几何模型按照设定扫描路径层层叠加而成, 工件易发生变形开裂问题, 其根本原因在于工件局部温度梯度过大和局部应力集中, 对成形过程温度进行实时检测并实现动态扫描路径规划是解决该问题的主要途径, 本文提出了激光沉积成形层面红外图像的温度分区轮廓提取方法。首先采用红外热像仪构建沉积层面温度实时采集系统, 提出了基于像素范围与测量距离匹配的层面红外图像几何坐标快速计算和转换方法;然后采用阈值法对层面温度数据进行分区划分, 并采用基于边缘检测法提取温度分区轮廓;进而解析了分区轮廓出现断环的根本原因在于噪音点存在, 提出了基于断环起终点距离判断的温度分区轮廓闭合连接方法, 为分区动态路径规划和分区扫描顺序优化提供依据。

激光熔覆技术是一项高效可控的加工技术, 具有效率高、节能环保、安全可靠等优点。激光熔覆过程中, 准确可靠的工作台进给系统是实现精确熔覆的重要保证。对激光熔覆工作台进行初步的研究和设计, 引入超声振动装置, 对熔池进行作用, 细化熔凝区晶粒, 运用机械系统动力分析软件对工作台的工作过程进行仿真模拟, 分析工作台的运动性能。

采用Nd∶YAG脉冲激光作为焊接热源, 对TC4钛合金进行平板拼焊焊接实验, 并结合焊接过程中产生飞溅的情况、焊缝表面宏观形貌颜色的变化情况及熔深熔宽的变化情况三个方面, 详细分析了峰值功率和脉宽对焊缝成形的影响。实验结果表明:其他工艺参数一定时, 满足焊缝表面基本无氧化的峰值功率——脉宽关系图呈近似“直角三角形”;当峰值功率一定时, 随着脉宽的增加, 熔深和熔宽均增加, 当脉宽一定时, 随着峰值功率的增加, 熔深和熔宽也均增加, 且两种情况下熔深的增幅均大于熔宽的增幅。

采用Nd∶YAG激光器对5052铝合金/ST07Z镀锌钢进行了异种金属激光填粉熔-钎焊试验, 研究了焊接速度和送粉量对化合物层厚度和接头强度的影响规律。利用金相显微镜对接头钎接区金属化合物层厚度进行了测试, 并通过扫描电镜对拉伸断裂试样断口进行观察分析。结果表明:合适的焊接速度和送粉量能够获得成形良好的焊接接头, 并能够使金属间化合物厚度控制在一定范围之内。所获得的铝/钢异种金属其接头抗拉强度均高于118 MPa, 最大抗拉强度为178 MPa,接近铝合金母材的73%。其破坏形式为铝/钢在钎焊界面的剥离以及富锌区的断裂。

采用2000W直接半导体激光器对3003铝合金进行了焊接试验。通过调节激光离焦量、焊接速度、激光功率等工艺参数进行试验研究。结果表明, 离焦量对焊缝宽度及其外观起到决定性作用, 在离焦量一定时, 激光功率越大, 焊接速度越快, 当功率达到1 850 W时, 焊透1 mm厚度的3003铝合金的最大速度可以达到3.5 m/min。

叶片是汽轮机的核心关键零件, 传统叶片造型使用一整块材料锻造成型, 加工困难。介绍一种新型的空心静叶片制造技术, 该技术是将两个薄壁件焊接成叶片, 然后将两成形薄壁材料在CO2激光、氮气保护环境下进行窄缝切割, 得到所需的叶片引导气流的缝隙。重点研究了引导气流的缝隙激光切割的工艺参数选择, 得到较为合理的窄缝激光切割的参数范围。实验结果表明, 该叶片制造技术工艺简单、制造成本低廉, 能够满足静叶片的制造要求。

采用固相反应烧结法制备透明Nd∶YAG激光陶瓷。研究了助烧剂对Nd∶YAG 微观结构和透过率的影响。当助烧剂SiO2的添加量w(SiO2)＝0.3%～0.8%时, 样品具有较好的微观结构, SiO2 添加量w(SiO2)＝0.5%时, 波长1 064 nm处的透过率为68%。同时添加MgO与SiO2助烧剂时, 可进一步改善微观结构和增加透过率, MgO添加量w(MgO)＝0.5%时, 波长1 064 nm处的透过率可达到75%。此外, 通过比较干压成型和等静压成型方式发现, 采用等静压成型方式可获得更好的微观结构和透过率。

分析了激光测量数据的分布特点, 并据此介绍了有效数据的筛选方法和数据滤波的方法。重点探讨了利用曲率计算获得特征点的方法并提出了利用多项式拟合识别特征点的方法, 通过算例分析验证了两种方法的优缺点和适用范围, 结果显示在激光测量数据分布比较平坦的情况下, 多项式拟合算法要优于曲率计算方法。研究可为不同工业应用领域激光采集数据后选取特征点计算方法提供参考。

通过对地表水、生活污水、工业废水COD、TOC、BOD值的测定, 并做了数理统计回归分析, 得出COD和TOC、BOD之间存在线性相关性, 相关系数均达到0.85以上。由于采用紫外分光光度法可直接测定水质COD含量, 因而可利用COD与后两者之间的线性相关性, 间接测定出BOD值和TOC值。实验结果表明, COD和TOC、BOD三者之间存在线性相关性, 而且对于不同水体, 三者之间呈现出不同的线性相关关系, 因此可针对不同水体建立相应的相关关系模型, 从而实现只测定COD参数, 就可同时获得TOC和BOD。

从实验的角度探讨了荧光产生效率与温度的依赖关系, 实验中用不同波长激发光在不同温度下激发血清, 研究了血清荧光强度随温度的变化规律。实验结果表明:当温度在28～33 ℃范围内变化时, 激发的血清荧光强度随着温度的增加荧光强度减小。当温度在35～41 ℃范围内变化时, 荧光强度随温度增加不再是线性减小, 而是出现跳跃式变化。当用320～350 nm激发光激发血清时, 随着温度的增加荧光强度接近线性减小。当用其它波长的光激发血清时, 荧光强度并不随温度线性地减小, 研究为探测血清荧光光谱时样品的温度选择提供了实验依据。

目的:体外观察不同光敏剂浓度和不同激光能量密度的TBO-PDT抑制离体牙根管内粪肠球菌的效果, 确定最佳光敏剂参数和激光参数, 并在此基础上探讨TBO-PDT在抑制离体牙根管内粪肠球菌上的作用优势, 为PDT应用于根管消毒的临床实践提供理论与实验依据。方法:对离体牙进行根管预备, 接种粪肠球菌, 厌氧培养21 d后建立粪肠球菌感染根管模型。将其随机分组:A组为阴性对照组, 以生理盐水冲洗根管;B组为阳性对照组, 以5.25%NaClO冲洗根管;其余组别根据光敏剂浓度的不同, 分为C1组80 μg/mL、D1组90 μg/mL、E1组100 μg/mL、F1组110 μg/mL、G1组120 μg/mL, 避光孵育5 min后用波长为630 nm功率密度为90 mW/cm2半导体激光在根管内上下提拉螺旋照射90 s;根据光照时间的不同, 分为C2组30 s、D2组60 s、E2组90 s、F2组120 s、G2组150 s, 光敏剂浓度为100 μg/mL避光孵育5 min后,用波长为630 nm功率密度为90 mW半导体激光在根管内上下提拉螺旋照射各实验组牙标本, 实验处理前后即刻取样, 厌氧培养24 h, 计数平板菌落, 明确实验处理前后根管内粪肠球菌的数量变化。结果:(1)不同光敏剂浓度下TBO-PDT对根管内粪肠球菌抑菌效果的影响。平板菌落计数结果显示:不同光敏剂浓度的各组抑菌率随光敏剂浓度的增加而增高。与阴性对照组相比, C1组、D1组、E1组、F1组和G1组的抑菌率显著提高, 而F1组和G1组两组间抑菌率没有明显差异。(2)不同光照时间对TBO-PDT抑制实验根管内以生物膜形式存在的粪肠球菌的抑菌效果。平板菌落计数结果显示:不同光照时间的各组抑菌率随光照时间延长而增高。与阴性对照组相比, 其中C2组、D2组、E2组、F2组和G2组的抑菌率明显升高, 而F2组和G2组两组间抑菌率没有明显差异。结论:TBO-PDT对以生物膜形式存在的粪肠球菌有明显的抑制作用, 实验证实TBO-PDT最佳光敏剂浓度为110 μg/mL, 最佳光照时间为120 s。