崔悦 1,3王睿星 1,3,*马特 1,3袁武 1,2,3[ ... ]黄晨光 3
作者单位
摘要
1 中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室,北京 100190
2 中国科学院力学研究所空天飞行高温气动国家重点实验室,北京 100190
3 中国科学院大学工程科学学院,北京 100049
高速气流作用下激光辐照结构诱导的热-力响应相似关系,因涉及多物理场之间的强耦合而非常复杂。笔者采用近似等效方法,将切向气流的作用等效为金属平板结构的力载荷和热载荷边界条件,建立了该耦合问题的无量纲控制方程,并结合主控因素分析,推导出了适用于高速气流与激光联合作用下的金属平板热-力响应特性的相似关系与尺度律。采用高速气流下强激光辐照金属平板的流-热-固多场耦合数值算例对该尺度律进行考核验证,结果表明:不同缩比率及不同马赫数条件下,满足该相似关系的缩比模型与原模型之间的热-力响应误差均在1%之内。本研究为高速气流条件下激光辐照缩比模型近似等效试验的开展奠定了理论基础。
激光技术 尺度律 方程分析法 金属平板 多场耦合 热-力响应 laser technique scaling law equation analysis metal plate multifield coupling thermo-mechanical responses 
中国激光
2024, 51(12): 1202103
张澳 吴王平 aff***江鹏 王知鸷 [ ... ]张屹 
作者单位
摘要
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 laser technique laser powder bed fusion additive manufacturing in-situ electron backscatter diffraction forming direction 
中国激光
2024, 51(12): 1202303
作者单位
摘要
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室,吉林 长春 130012
近年来,红外微光学器件由于在红外传感与成像、红外探测等领域中具有重要的应用价值而得到了飞速发展,直接在硬脆材料衬底上制备的红外微光学器件更是在苛刻环境应用领域中具有不可代替的作用。针对此需求,已经有研究人员提出了多种高精密制造方法。其中,飞秒激光加工由于真三维加工等独特优势已经被广泛应用于各种复杂三维微纳结构的制备,也为解决硬脆材料红外微光学器件的制备问题提供了新的思路。从飞秒激光加工技术、常用红外光学材料以及基于飞秒激光加工的硬脆材料红外微光学器件的制备和应用方面入手,梳理了近些年此领域的发展情况,重点介绍了折射器件和衍射器件等红外微光学器件以及飞秒激光加工技术在红外传感与成像、红外探测等领域中的应用,并对飞秒激光加工硬脆材料红外微光学器件的发展趋势进行了展望。
激光技术 飞秒激光 硬脆材料 红外微光学器件 红外微光学应用 laser technique femtosecond laser hard and brittle materials infrared micro-optical devices infrared micro-optical applications 
中国激光
2024, 51(4): 0402405
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 laser technique laser powder bed fusion TiB2/7050 composite heat treatment mechanical properties 
中国激光
2024, 51(4): 0402304
作者单位
摘要
北京工业大学材料与制造学部智能光子制造研究中心,北京 100124
设备器件精密化、微型化是工业发展的重要趋势。在航空航天、动力电池、消费电子、生物医疗等应用领域中,零部件的日益微型化对微加工工艺提出了更高的要求。金属材料微焊接是微加工领域的重要需求之一,而激光具有能量密度高、热输入精确可控、焊接变形小等特点,是金属材料微焊接的重要技术手段。对金属材料激光微焊接技术展开了探讨,明确了其内涵,阐明了微尺度效应的影响,并总结了激光微焊接常见的缺陷及其质量控制方法,介绍了同种金属材料和异种金属材料激光微焊接的重要应用前景。最后,指出了金属材料激光微焊接技术存在的问题,并展望了未来的发展方向。
激光技术 金属箔材 激光微焊接 尺度效应 工艺参数 应用 laser technique metal foil laser micro welding scale effect process parameters application 
中国激光
2024, 51(4): 0402104
作者单位
摘要
1 北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造实验室,北京 100081
2 中国空间技术研究院北京卫星制造厂有限公司,北京 100094
碳纤维增强复合材料(CFRP)以其轻质高强、可设计性强等优势已成为航空航天领域不可或缺的关键材料之一。为满足制造装备的要求,需对一体成型的CFRP构件进行二次加工,然而CFRP非均质、各向异性、层合结构等特征使其在加工过程中易出现分层、毛刺、热影响区较大等缺陷。概述了CFRP各种加工方法的研究进展,对比分析了CFRP不同加工方法的优缺点,从方法、工艺及机理层面介绍了激光加工CFRP的研究现状,总结了CFRP在航空航天领域中的应用,分析讨论了CFRP激光加工当前面临的挑战和今后的研究重点。
激光技术 碳纤维增强复合材料 加工工艺 超快激光 航空航天 laser technique carbon fiber reinforced polymer composites processing technology ultrafast laser aerospace 
中国激光
2024, 51(4): 0402101
作者单位
摘要
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川 绵阳 621900
为探究热处理温度对316L不锈钢冲击韧性及其各向异性的影响,利用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同成形取向的316L冲击构件,并比较了SLM态、1050 ℃热处理态以及1100 ℃热处理态的冲击韧性和微观组织结构。结果表明,按冲击韧性从大到小排列,依次为SLM态、1100 ℃热处理态、1050 ℃热处理态。随着热处理温度的升高,冲击断口的韧窝逐渐增大。对于SLM态,XY-Z样的冲击韧性比XZ-X样和XY-X样更好,但热处理之后XY-Z样的冲击韧性反而最差。同时,热处理之后亚晶组织逐渐消失,夹杂物粗化,晶粒尺寸增大,大角度晶界增加,逐层制备的多层结构被破坏,晶粒织构发生变化,这些微观组织的变化与冲击韧性密切相关。
激光技术 选区激光熔化 316L 冲击韧性 各向异性 热处理 laser technique selective laser melting 316L impact toughness anisotropy heat treatment 
中国激光
2024, 51(12): 1202302
作者单位
摘要
1 中国民航大学工程技术训练中心,天津 300300
2 中国民航大学航空工程学院,天津 300300
研究了不同热处理工艺对定向能量沉积TC17钛合金微观组织与摩擦学性能的影响,分析了热处理过程中的组织演变规律与20 N干滑动磨损下的综合磨损行为。结果表明,在退火与退火后固溶处理阶段,合金主要由初生α相及连续或不连续的晶界α相、β相组成,无相析出区伴随连续晶界α相存在。在退火后固溶处理的基础上进一步进行时效处理,针状次生α相开始析出,且随着时效温度的升高,初生与次生α相开始生长、粗化,无相析出区先消失后出现。硬度与磨损测试结果表明,经580 ℃时效处理后显微硬度最高(486.93 HV),此时有较强的弥散强化效果,摩擦学性能最优,磨损率仅为0.0451 mg/m。热处理后多种磨损机制混合存在,磨损率、磨损形貌取决于微观结构与氧化层的变化。研究结果为优化TC17合金摩擦学性能与热处理工艺提供了参考。
激光技术 钛合金 摩擦学性能 微观组织 热处理 定向能量沉积 laser technique titanium alloy tribological properties microstructure heat treatment directed energy deposition 
中国激光
2024, 51(12): 1202301
作者单位
摘要
江苏大学机械工程学院,江苏 镇江 212013
为研究无吸收层激光喷丸工艺对铝合金耐腐蚀性能的影响,选用3 mm光斑直径与50%搭接率,分别在1.1 GW/cm2与2.6 GW/cm2的激光功率密度下,采用Nd∶YAG脉冲激光对2024-T351铝合金试样表面进行喷丸处理,结合表面形貌、化学成分、微观组织、物相、残余应力等,探索了不同激光功率密度下试样在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果显示:经过功率密度为1.1 GW/cm2的无吸收层激光喷丸处理后,试样表面形貌与微观组织得到了改善,表面形成了凸起与孔洞交错的多级结构及2~3 μm厚的致密重熔氧化层,深度方向出现晶粒细化现象,在100 μm深度处出现最大残余压应力。此外,相较于未处理试样与2.6 GW/cm2喷丸试样,1.1 GW/cm2喷丸试样的腐蚀电流密度分别降低了97.30%与82.46%,同时腐蚀后试样表面保持着完整的具有多孔特征的微纳结构,展现出最佳的抗腐蚀性能。无吸收层激光喷丸工艺显著提高了2024-T351铝合金表面的耐腐蚀性能。
激光技术 激光喷丸 2024-T351铝合金 电化学腐蚀 表面形貌 laser technique laser peening 2024-T351 aluminum alloy electrochemical corrosion surface morphology 
中国激光
2024, 51(12): 1202204
作者单位
摘要
天津科技大学轻工科学与工程学院,天津 300457
利用纳秒级光纤激光器直接书写的方式实现了304不锈钢板表面超高效虹彩结构的构建,其速度可达到5 mm2/s以上。通过改变激光能量参数,得到了激光诱导金属表面虹彩结构特定形成的工艺范围。实验分析得出,改变参数,使得每次脉冲形成的熔池边界间距满足布拉格条件,可使这种微观结构出现虹彩现象。同时,利用特定工艺直接构建了一种具有光栅衍射虹彩、薄膜干涉结构色及固有色的复合结构,这种结构可在不同的角度下实现三种颜色交替主导的色彩表现,这也为金属表面的个性化着色提供了新方案。
激光技术 激光光学 表面结构 激光直接书写 结构色 laser technique laser optics surface structure laser direct writing structural color 
中国激光
2024, 51(12): 1202203

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