作者单位
摘要
1 中国商飞上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所,上海 201324
2 中国商飞上海飞机制造有限公司计量测试中心,上海 201324
采用脉冲激光器,开展了航空铝合金表面漆层去除试验,通过外观检查、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、原位温度检测、力学性能检测和高周疲劳试验,研究了激光清洗工艺对航空铝合金组织、力学及疲劳性能的影响规律。结果表明:当激光功率和脉冲频率分别为80 W和100 kHz时,可去除铝合金表面环氧底漆涂层,但试样表面仍有漆层残余。当激光功率和脉冲频率分别达到500 W和500 kHz时,表面温度最高不超过115 ℃,未观察到明显的热影响区,材料表面10 μm深度范围内的组织出现部分烧蚀和熔化现象。激光清洗后,材料的硬度增加,并且随着激光功率、频率、能量密度的增加,硬度增幅逐渐减小。拉伸性能结果显示,激光清洗后的试样抗拉强度、屈服强度和延伸率较空白试样均略微下降。高周疲劳试验结果表明,与空白试样相比,激光清洗后的带漆试样的疲劳性能下降11.76%,这主要是激光清洗造成了表面粗糙度增加。经阳极氧化和喷漆处理后,激光清洗去漆不会进一步增加阳极氧化造成的疲劳损伤。
激光技术 激光清洗 航空铝合金 热影响区 力学性能 疲劳性能 
中国激光
2024, 51(16): 1602205
作者单位
摘要
西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室,四川 成都 610031
界面金属间化合物的厚度和种类是影响铝/钢异种材料激光熔钎焊接头性能的关键。研究了不同摆动参数下接头金属间化合物(IMCs)的厚度和种类,并进一步分析了不同摆动参数下接头的拉伸性能及断口形貌。结果表明,摆动激光可以改善铝/钢异种材料激光熔钎焊接头界面金属间化合物的厚度和相组成。未加摆动激光时,在界面形成了厚度约为8.45 μm的两层IMCs,焊缝侧IMCs为τ5-(Fe,Ni)1.8Al7.2Si,钢侧IMCs为θ-(Fe,Ni)(Al,Si)3。当激光摆动直径为2 mm、频率为30 Hz时,IMCs的分布更加连续均匀,厚度约为2.21 μm,界面层组织为τ5-(Fe,Ni)1.8Al7.2Si,最优接头线载荷为289.1 N/mm,比未加摆动激光时的接头线载荷提高了约33.9%。
激光技术 铝/钢激光熔钎焊 摆动激光 金属间化合物 力学性能 
中国激光
2024, 51(12): 1202105
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 北京星航机电装备有限公司,北京 100074
激光粉末床熔融(LPBF)是钴基高温合金复杂构件整体制造的理想方法。ECY768是一种性能优异的新型钴基高温合金,但目前LPBF成形ECY768合金的研究还十分匮乏。研究了LPBF成形ECY768钴基高温合金的冶金缺陷、显微组织和基础力学性能。结果表明:LPBF成形ECY768合金的冶金缺陷主要为气孔、未熔合和热裂纹;通过调整激光体能量密度等工艺参数,可实现无裂纹、高致密(孔隙率<0.5%)ECY768合金成形。LPBF成形ECY768合金的显微组织为以柱状晶为主的“柱状晶+等轴晶”混合组织,总体上呈一定的“〈0 0 1〉/构建方向”择优取向;晶粒内部具有细密的胞状亚晶结构,胞晶边界不仅分布有胞状位错网络,还分布有球状MC型和条带状M23C6型两类纳米级碳化物析出相。在优选工艺参数下,LPBF成形ECY768合金的屈服强度为1002 MPa(构建方向)/1267 MPa(垂直构建方向),远高于铸造或LPBF成形的其他主要钴基高温合金;延伸率为10.5%(构建方向)/13.3%(垂直构建方向),与铸造或LPBF成形的其他主要钴基高温合金基本相当。优良的致密度、细密的胞状亚晶结构、纳米碳化物的大量析出及其与位错网络的相互作用是LPBF成形ECY768合金具有优异力学性能的关键。
激光粉末床熔融 ECY768钴基高温合金 冶金缺陷 显微组织 力学性能 
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314004
尚晓峰 1董建舟 1,2张英伟 4王志国 2,3,*[ ... ]赵吉宾 2,3
作者单位
摘要
1 沈阳航空航天大学机电工程学院,辽宁 沈阳 110135
2 中国科学院沈阳自动化研究所,辽宁 沈阳 110016
3 中国科学院机器人与智能制造创新研究院,辽宁 沈阳 110169
4 航空工业沈阳飞机工业(集团)有限公司,辽宁 沈阳 110850
针对目前激光选区熔化难以直接成形大尺寸、高强度铝合金构件的问题,对定向能量沉积(DED)连接激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr合金的工艺进行研究,分析缺陷分布的位置、形貌以及对力学性能的影响,对比分析定向能量沉积参数以及超声外场辅助下连接试样的微观组织、元素分布和力学性能,并通过热等静压进一步提升力学性能。结果表明:缺陷主要分布在基材与连接区交界的熔合区,密集气孔聚集导致熔合区硬度远低于连接区和基材的硬度,并使整体拉伸性能弱化。在75~150 J/mm2激光能量密度范围内,随能量密度增大,致密度和抗拉强度均提升。采用3000 W激光功率、5 mm/s扫描速率、3.7 g/min送粉速率,得到最高的熔合区硬度、连接区致密度以及抗拉强度,分别为90 HV、90.83%、203.38 MPa。超声外场辅助会促进Al3(Sc,Zr)强化相的析出并细化晶粒,且能够有效减少气孔的数量和缩小气孔的尺寸。超声后试样的综合力学性能得到显著提升,熔合区硬度为95 HV,致密度为93.06%,抗拉强度为292 MPa,较未加超声时分别提高了5%、2.4%和44%。超声后采用热等静压的后处理方法,可使综合力学性能得到进一步提升,熔合区硬度为160 HV,致密度为99.99%,抗拉强度为405.71 MPa,较未热等静压时分别提高了68.4%、7.4%和38.9%。
光学设计 定向能量沉积 连接 Al-Mg-Sc-Zr合金 超声外场辅助 力学性能 热等静压 
光学学报
2024, 44(4): 0422002
王安 1唐梓珏 1,2吴一 1,2王浩伟 1,2王洪泽 1,2,*
作者单位
摘要
1 上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室,上海 200240
2 上海交通大学安徽(淮北)陶铝新材料研究院,安徽 淮北 235000
采用激光粉末床熔化(LPBF)工艺制备TiB2质量分数为7%的原位自生7050铝基复合材料,研究了沉积态及热处理(在475 ℃的条件下固溶处理1 h后,再在120 ℃的条件下时效处理12 h)后TiB2/7050复合材料的微观组织和室温拉伸性能的变化。结果表明:纳米量级尺寸TiB2颗粒的加入能显著抑制LPBF成形7050铝合金裂纹的产生,且采用LPBF工艺制备的TiB2/7050复合材料表现出较好的成形性。在激光功率为240 W、扫描速度为450 mm/s及扫描间距为75 μm的工艺参数组合下,沉积态TiB2/7050复合材料的最大抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为(282±4)MPa、(246±4)MPa和(2.5±0.2)%;热处理后,TiB2/7050复合材料的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到(346±5)MPa、(289±5)MPa和(4±0.2)%。此结果接近现有文献报道的第二相颗粒增强7050铝合金的力学性能,并进一步降低了粉末制备成本。采用LPBF工艺制备的TiB2/7050复合材料的主要强化机制是析出相强化、位错强化、晶界强化及TiB2和第二相颗粒带来的Orowan强化,热处理后获得较好的综合室温拉伸性能。
激光技术 激光粉末床熔化 TiB2/7050复合材料 热处理 力学性能 
中国激光
2024, 51(4): 0402304
作者单位
摘要
华南理工大学机械与汽车工程学院,广东 广州 510641
重点研究了激光选区熔化成形纯锌(Zn)的微观组织和力学性能的各向异性及产生机理。分别对垂直和平行两个构建方向的纯锌试样进行了试验研究,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射仪(EBSD)对晶粒尺寸、形貌、取向和分布进行了表征。结果表明:纯Zn试样在垂直平面上存在粗柱状晶,平均晶粒尺寸约为17.24 μm,晶粒取向优先沿0001方向生长;在水平平面上则表现为等轴晶粒,表现出较弱的101ˉ0112ˉ0纤维织构,等轴晶的平均晶粒尺寸为10.21 μm,相比垂直平面减小了约40.8%。沿水平平面成形的试样的极限抗拉强度和延伸率分别为123.5 MPa和11.7%,而沿垂直平面成形的试样的极限抗拉强度和延伸率分别为108.0 MPa和14.1%。SLM成形纯锌在微观结构与力学性能上均存在明显的各向异性:沿水平平面成形的试样的强度高,归因于更细小的晶粒尺寸和更大的初始位错密度;沿垂直平面成形的试样的延展性更好,则是因为更多的高角度晶界有效阻碍了裂纹偏转。研究结果揭示了激光选区熔化增材制造纯Zn的微宏观各向异性机理,为Zn在医用植入物中的应用提供了理论参考。
激光技术 激光选区熔化 纯锌 各向异性 力学性能 微观组织 
中国激光
2024, 51(4): 0402301
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 九江中科激光技术研究院,江西 九江 332005
以Q235低碳钢为材料,研究了光束扫描对激光热丝焊的焊缝成形特性、微观组织和力学性能的影响。结果表明:在扫描激光的作用下,焊缝的成形变得更加均匀,飞溅减少,焊缝熔深减小,熔宽增大,截面熔合区底部变得更加平滑;扫描激光的加入降低了熔池的温度梯度,抑制了粗大柱状晶的生长,改变了铁素体晶粒形态,细化了熔合区组织,提高了焊缝韧性及延伸率;扫描激光促进了焊缝成分的均匀化分布,抑制了偏析,降低了熔合区显微硬度。由于激光作用面积增大等因素,光束扫描增强了激光热丝焊接对间隙的桥接能力。
激光技术 激光热丝焊接 光束扫描 微观组织 力学性能 
中国激光
2024, 51(12): 1202106
王晓南 1,2,*陈夏明 1,2环鹏程 3李响 4[ ... ]长海博文 1,2
作者单位
摘要
1 苏州大学沙钢钢铁学院,江苏 苏州 215021
2 江苏省新能源汽车用金属结构材料绿色制备与资源再生工程研究中心,江苏 苏州 215021
3 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁 沈阳 110819
4 无锡锐科光纤激光技术有限责任公司,江苏 无锡 214000
发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。近年来,作为新能源汽车制造的重要结构材料,车用铝合金性能的不断提升给后续的焊接加工带来了全新的挑战。与传统弧焊热源相比,激光-电弧复合热源具有诸多优势,为抑制铝合金焊接缺陷并提升焊接接头系数提供了新途径。较为全面地总结了近年来国内外学者在铝合金焊接缺陷(如软化、气孔)等形成及调控方面的研究进展,分析了现有研究工作中存在的问题并给出了激光-电弧复合焊接铝合金未来的研究方向,旨在为后续研究及应用提供参考。
激光技术 激光-电弧复合焊接 铝合金 软化 气孔 力学性能 
中国激光
2024, 51(4): 0402102
作者单位
摘要
1 1.大连理工大学 高性能精密制造全国重点实验室, 大连 116024
2 2.中国人民解放军95939部队, 沧州 061736
3 3.深圳市鑫金泉精密技术股份有限公司 研发部, 深圳 518055
4 4.山东大学 机械工程学院, 济南 250061
Al2O3-TiCp(AT)复相陶瓷材料以其优异的综合力学性能而被广泛用作金属切削刀具材料。针对AT材料传统烧结方法在能耗及周期方面的局限, 本工作利用激光定向能量沉积技术开展了AT复相陶瓷材料直接增材制造的研究, 系统探讨了不同TiCp比例对复相陶瓷材料微观结构和力学性能的影响。结果表明TiCp颗粒均匀分布在成型样件的基体中, 掺杂TiCp细化了Al2O3晶粒。同时, 由于TiCp与Al2O3基体的热膨胀失配引起裂纹出现偏转、贯穿颗粒等现象, 消耗了裂纹扩展能量, 进而有效抑制了AT材料直接增材过程中的裂纹扩展行为。掺杂TiCp颗粒对熔池形成冲击, 在一定程度上加快了气体的逸出速率, 进而提高了材料的相对密度。但TiCp含量过高将加剧其与Al2O3基体在高温时的化学反应, 生成的气体使复合材料中出现较大气孔并降低了材料部分力学性能。TiCp质量分数为30%的复合材料的相对密度达到96.64%、平均显微硬度达到21.07 GPa和断裂韧性达到4.29 MPa·m1/2
复相陶瓷 增材制造 激光定向能量沉积 微观结构 力学性能 composite ceramic additive manufacturing laser directed energy deposition microstructure mechanical property 
无机材料学报
2023, 38(10): 1183
付师 1,2杨增朝 1,*李江涛 1,2,*
作者单位
摘要
1 1.中国科学院 理化技术研究所, 低温重点实验室, 北京 100190
2 2.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049
随着以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体的崛起, 电力电子器件向高输出功率和高功率密度的方向快速发展, 对用于功率模块封装的陶瓷基板材料提出更高的性能要求。传统的Al2O3和AlN陶瓷由于热导率较低或力学性能较差, 均不能满足新一代功率模块封装的应用需求, 相较之下, 新发展的Si3N4陶瓷因兼具高强度和高热导率, 成为最具潜力的绝缘性散热基板材料。近年来, 研究人员通过筛选有效的烧结助剂体系, 并对烧结工艺进行优化, 在制备高强度高热导率Si3N4陶瓷方面取得一系列突破性进展。另外, 伴随覆铜Si3N4陶瓷基板工程应用的推进, 对其制成的基板的力、热和电学性能的评价也成为研究热点。本文从影响Si3N4陶瓷热导率的关键因素出发, 重点对通过烧结助剂的选择和烧结工艺的改进来提高Si3N4陶瓷热导率的国内外工作进行综述。此外, 首次系统总结并介绍了Si3N4陶瓷基板的介电击穿强度以及覆铜后性能评价研究的最新进展, 最后展望了高热导率Si3N4陶瓷基板的未来发展方向。
氮化硅 热导率 力学性能 烧结助剂 烧结工艺 综述 silicon nitride thermal conductivity mechanical property sintering additives sintering processes review 
无机材料学报
2023, 38(10): 1117

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