王云山[1]2004年在《激光转镜宽带扫描热过程研究》文中研究说明材料表面激光加工是一个瞬态、非平衡、不均热过程,所形成的温度场及相应的温度梯度场对加工质量产生重要影响。目前国内外还没有在线监测激光加工热过程的手段,主要原因是加工过程中材料内部温度无法测量,因此通过建立数学物理模型,模拟分析是材料表面激光加工热过程研究的主要方法。 激光光束与材料的相互作用产生复杂的热交换是材料表面激光加工热过程的实质问题。其中激光光束模式和光斑形状以及光束对材料的作用方式是影响温度场的关键因素。光斑按形成方式可分为静态光束光斑和动态光束光斑,动态光束光斑是聚焦光束扫描迭加形成的光斑,其产生的温度场较静态光斑更复杂。在以往的研究中人们采用以与动态光斑具有相同的平均功率密度的静态光斑温度场表示动态光斑的温度场,忽略了动态光斑作用点处的高能密度和对光斑处每一点加热、冷却循环作用的过程的特殊性。激光转镜以扫描方式将激光束聚焦扫描成线状光斑。本文以激光转镜扫描光斑为例,提出了符合扫描光斑形成过程的数学物理模型,研究了参数与温度分布之间的相互关系,并用计算机模拟了不同参数下的温度曲线平均功率相同的静态光斑的温度场比较。在激光作用区内,激光转镜扫描光斑表层温度高于静态光斑,底层温度低于静态光斑,具有明显的“类趋肤效应”。 在充分讨论研究激光转镜光斑温度场及其特性的基础上,建立了激光转镜扫描宽带温度场数学模型,研究了参数与温度分布之间的关系。计算机模拟了不同参数下的温度曲线和叁维空间的温度分布,模拟了激光转镜宽带热处理淬火带形貌。提出了用温度曲线计算奥氏体化加热时间、马氏体转变过程冷却速度的方法。提出了“温度波线行波法”,并推导出激光转镜扫描宽带温度场任意时刻点(x_0,y_0,z_0)处的温度和温度对时间变化率的数学表达式。 本文通过实验研究对上述部分理论结果进行了验证,取得了较为理想的结果。上述研究工作为具有扫描迭加过程特点的激光加工温度场精确建模和质量控制提供了理论基础。
王志勇[2]2003年在《固体RGB激光光源及其在显示技术方面的应用研究》文中认为随着激光技术的不断发展，尤其是在日益成熟的固体激光晶体的生长技术的促进下，固体激光光源已经成为激光光源的主力军。其中的可见光光源尤其是作为原色光源的RGB激光在光显示领域占有重要位置。本文主要分析了实现固体RGB激光光源的非线性频率变换技术，实现了固体RGB激光光源的研制，分析了RGB激光光源在激光电视技术方面的应用。共包括以下五部分内容：通过参考相关国内外文献，从气体激光器、半导体激光器、固体激光器、染料激光器和光纤激光器等五个方面对RGB激光光源的发展现状进行了较为全面的分析论述，从光存储、光显示、激光医疗、激光微加工等四个方面介绍了RGB激光光源的主要应用领域。分析了半导体泵浦固体激光技术的发展概况以及半导体泵浦固体激光器的特点和优点。以着重分析倍频技术为主要内容，对激光非线性频率变换技术进行理论分析，详细介绍了常用非线性晶体的特征和相关参数。重点分析了高功率LD阵列泵浦的固体激光器热效应问题，提出了LD阵列与激光介质分别水冷的方案来解决高功率全固态激光器的热效应问题。应用内腔倍频技术，同时实现了Nd：YAG激光器660nm、532nm、473nm叁个波长的RGB激光光源的研制。论证了应用光学参量振荡技术实现可调谐RGB激光光源的可行性方案。分析了显示技术发展现状，初步探讨了RGB激光光源在显示技术方面的应用，设计了RGB激光光源应用于激光电视技术中的扫描方案。
佚名[3]2004年在《光电子技术》文中进行了进一步梳理TNZ 2004050105光通信用高速光电子器件和光模块质t考核试验问题研究/丁国庆,赵先明(武汉邮电科学院)11光通信技术一2004,2s(2).一4一8介绍和讨论光通信用高速光电子器件和光模块的质量考核试验相关标准、可靠性试验项目、光电子器件和光模
雷剑波[4]2005年在《激光再制造熔池温度场数值分析及检测研究》文中提出激光再制造技术近年来在国内外已受到普遍关注,形成激光加工与先进制造技术一个前沿和热点,已在国内外得到重要的工业应用。该项技术尚处于发展之中,目前的研究多限于设备、工艺和材料等方面,激光再制造中许多基础理论问题尚需深入开展研究,如高功率激光与粉末流相互作用理论及粉末流状态的检测技术研究,激光再制造过程中熔池内外传热、传质及对流理论及对冶金组织性能的影响,激光再制造的CAD/CAM软件研究开发,激光再制造过程中温度及尺寸精度控制检测等。这些问题使其应用受到很大限制。本文旨在研究激光再制造过程中激光熔池的温度场分布,提出采用CCD进行温度场检测,为该技术的发展作进一步研究。 本文介绍了激光再制造的原理,综述了国内外发展现状,主要围绕研究对象进行了以下研究工作: 1.建立激光熔池温度场非稳态物理数学模型,采用ANSYS有限元分析软件对所建立的模型进行数值分析,得到了激光熔池在不同时间、激光移动速度、激光功率、模型厚度和光斑直径情况下的温度场分布。 2.从普朗克辐射定律出发,分析比色测温原理,建立CCD比色测温模型,进行模型响应、灵敏度和温度误差分析。分析表明,采用蓝色和绿色(B、G)两种波长作为比色测温的两个波长选择时,系统有比较好的线性响应、高的灵敏度,而且测温误差较小。 3.分析单通道和双通道两种比色测温结构,选择彩色CCD单通道方案,选择了镜头、CCD摄像机和数据采集卡,建立折射式CCD测温系统。该系统结构简单,适应性和实用性好,可用于激光再制造温度场检测。 4.在侧向送粉和同轴送粉两种实验条件下,现场拍摄激光熔池的照片。表明激光熔池可以通过CCD拍摄,经过数字图像处理得到图像的灰度图分布,通过该图像灰度图再经过标定便可以得到激光熔池的温度场分布。
牛薪[5]2006年在《激光熔覆原位生成颗粒增强镍基复合涂层研究》文中进行了进一步梳理激光熔覆陶瓷颗粒增强金属基复合涂层，能将金属材料较高的强度、韧性和良好的工艺性能与陶瓷材料优异的耐磨、耐蚀、耐高温及化学稳定性有机结合起来，极大地提高材料的表面性能，使一般材料表面获得超硬、超强、超耐磨、超耐蚀等特种性能，尤其适用于一些在极端条件下服役的关键部件的强化。 颗粒增强金属基复合材料按增强体的加入方式可分为外加颗粒增强金属基复合材料和原位析出颗粒增强金属基复合材料。外加陶瓷相与基体金属的热物性参数差异很大，相容性较差，增强相与基体界面热力学上不稳定，影响界面结合，往往成为裂纹源；此外，陶瓷与金属基体界面会形成不良反应物和附着物，使该界面成为低强度、低韧性的弱界面，在重载荷作用下，陶瓷颗粒有可能剥离金属基体，削弱了整体强化效果，而原位自生颗粒增强金属基复合涂层的增强体是从金属基体中原位形核、长大，增强体表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题，且界面结合强度高。因此，用原位自生颗粒增强金属基复合涂层则能得到热力学稳定的强化颗粒，克服了外加增强相表面污染、增强相与基体间界面反应、增强体不均匀等主要弱点。 研究结果和主要结论如下： 1、本文首次利用激光熔覆的方法，在A3钢表面激光熔覆不同含量的Ni60+(B_2O_3+C)合金粉末，得到了原位自生的B_4C颗粒增强的Ni基复合涂层。熔覆层成形连续且表面光滑。 2、原位自生的B_4C颗粒增强相从金属基体中原位形核、长大，热力学稳定，与会属基体浸润性好，增强相颗粒细小、均匀，表面无污染，避免了与基体相容性不良的问题。 3、原位自生的B_4C颗粒增强的熔覆层由于B_4C颗粒的存在，硬度很高，平均硬度达HV_(0.3)1400；与纯Ni60熔覆层相比，耐磨性提高一倍。包含原位自生B_4C的第二强化相颗粒的生成是其耐磨性得以大大提高的关键因素。 4、Ni60+10wt.％(B_2O_3+C)激光熔覆层的底部组织是先共晶析出的树枝晶(Cr、Fe的碳化物树枝相)分布在γ(Ni Fe)基体中；而涂层的中部和上部，为先共晶析出的树枝晶(Cr、Fe的碳、硼化物树枝相，可称为第一强化相)和
晁明举[6]2003年在《金属材料表面激光淬火和激光熔覆若干关键技术研究》文中提出本文以工业应用为目的，重点从两个方面研究了金属材料表面激光强化和改性的若干关键技术。第一，金属材料激光表面硬化技术研究。以应用需求为目标，研究某些钢铁材料构成的机器设备、零部件的表面强化技术，寻求更有效、更经济、更方便地提高机器设备零部件表面性能的新方法、新工艺，拓宽激光热处理的应用范围，推动激光表面处理技术工业化进程。第二，金属材料激光表面熔覆技术研究。以提高材料表面的耐磨、耐蚀等性能为目的，采用预置和送粉熔覆工艺方式，对常用的镍基合金和镍基碳化钨金属陶瓷合金涂层进行系统研究。针对阻碍激光熔覆技术工业化推广应用进程的主要问题之一的熔覆层裂纹问题，为寻求该问题的有效解决方法，从熔覆材料体系的设计、熔覆工艺的探索和规范以及在工艺规范条件下激光与熔覆材料的相互作用关系、涂层组织和性能到工件表面的最后强化和改性效果，进行了系统实验研究和机理分析。 一、金属材料激光表面硬化技术研究。研究了激光表面淬火工艺参数和硬化层性能、强化效果之间的关系，对大面积激光淬火技术的基础理论及搭接方法对组织性能的影响规律进行了探讨。并结合工业应用，对包装机械用模切辊、挤塑机换网器、化工行业用过丝辊和铁路钢轨等的激光表面强化技术进行了系统研究，获得了对这些零部件进行激光表面强化的成熟的工艺，解决了这些零部件激光表面强化过程中的关键技术。实验和研究的结果及主要结论，综合起来有以下几个方面： 1．影响金属材料激光表面强化效果的因素有很多，可分为四个方面：(1)激光参数，(2)材料特性，(3)工艺参数，(4)环境条件。但在实际实践中，影响因素主要是激光功率和工艺参数。实验表明，对于任何工件的表面强化，均存在一最佳的工艺参数组合。 2．首次成功地实现了模切机模切辊的大面积激光表面强化。该方法克服了常规硬化方法的不足，加工速度快、成本低、操作简便、实用性强。在模切辊激光表面强化中，激光比能密度P／DV是影响相变硬化层深度的主要因素，搭接率的正确选取是模切辊表面强化技术的关键。 3．过丝辊激光表面淬火的研究表明，选取恰当的工艺参数对过丝辊表面采用激光淬火替代传统的热喷涂是切实可行的，该方法不但能够克服热喷涂方法中工件变形大的不足，而且工艺简便、成本低廉，实用性强，具有明显的经济效益和推广应用价值。 4．首次成功地将激光表面热处理技术应用于塑料挤出机换网器，开创了激光表面硬化的新途径。实际使用表明，激光表面强化的挤塑机换网器运行平稳，无拖伤、卡死现象，抗变形能力强，使用寿命比常规淬火提高一倍以上，使用成本大大降低，生产效率显着提高，具有良好的经济效益和广泛的推广实用价值。 5．首次成功地对U74钢轨进行了激光表面淬火处理。经激光处理的铁路道岔道轨郑州大学博士学位论文摘要表面粗糙度很小，一可以直接使用;摩擦磨损试验表明，经激光淬火的U74钢轨的耐磨性能有明显改善;实际铺设路轨对比试验表明，采用激光淬火工艺处理的U74道岔钢轨，使用寿命提高80%。该方法的推广应用，将为铁路行业带来极大的经济效益。 二、金属材料激光表面熔覆技术研究。探讨了激光熔覆工艺参数对熔覆层性能的影响的一般规律;对具有高硬、耐磨、耐腐蚀、抗氧化等优良综合性能且使用广泛的高硬度镍基自熔合金粉末、镍基碳化钨金属陶瓷合金粉末的激光熔覆，进行了系统研究。并针对阻碍激光熔覆高硬度镍基合金技术实现工业化应用的主要问题—熔覆层的裂纹问题，进行了深入的研究，寻求解决裂纹的有效方法。该问题的解决，对于激光熔覆技术的研究和应用都有重要的实际意义和理论价值。研究结果和主要结论如下: 1.在高硬度镍基或镍基碳化钨金属陶瓷耐磨激光熔覆层中，裂纹形成的基本微观组织原因可归因于涂层中大量存在的多种硬质相以及硬质相的不良分布形态所造成的涂层整体高脆性，难以承受熔覆过程中所产生的较高拉应力所致。首次提出了添加适量的对组织有细化晶粒、晶界强化和变质作用的TioZ、Cao、MgO等氧化物，以及选取合适的激光熔覆工艺参数以获得成形良好、无裂纹的高质量的熔覆层，且使涂层的组织和耐磨性能均得到改善。 2.实验表明，TIOZ含量、工艺参数均对高硬度镍基合金复合涂层的质量和性能有明显影响，且存在最佳参数组合。在本文所述实验条件下，当TIO:含量4wt.%、激光功率1.skw、扫描速度2一3mn公S时，可以获得质量良好的熔覆层。 3.微观机理分析表明，TIO:对GllZ镍基合金激光熔覆层性能的改善归因于TIOZ对熔覆层组织的均匀细化、对粗大针状脆性硬质相的抑制以及对韧性相成分的提高作用。 4.GllZ+4wt%TIO:涂层组织分为两层，即底部的胞状晶区和中部顶部的树枝状晶区。胞状晶区组织为:下州iF’e)固溶体+Cr碳化物+TIC颗粒的伪多元共晶体:而树枝状品区中不再析出粗大的块状脆性相，其组织为:细小的针状或花朵状碳、硼化物多元共晶+细小颗粒相+韧性基体相。 5.扫描电镜(S EM)能谱(E DS)分析表明，Ti在熔覆层中的分布是比较均匀的，虽然
余菊美[7]2004年在《铁基合金激光熔覆层质量与性能改善的研究》文中提出由于激光熔覆的快速加热，快速凝固的工艺特点，熔覆层易产生裂纹，阻碍了激光熔覆技术的工业应用。在常用的自熔性合金中，FeNiCrBSi铁基合金价格低廉，具有良好的耐低应力磨损性能和优良的耐弱腐蚀介质腐蚀的性能，但由于其与基底的润湿性差，相比Ni、Co基自熔性合金熔覆层而言，更易产生裂纹。本文系统地研究了FeNiCrBSi铁基合金激光熔覆层的开裂行为及开裂的机理，从优化激光熔覆的工艺参数，调节熔覆材料的成分，首次尝试添加一定量的具有细晶作用TiO_2、Nb_2O_5、MgO，研究了工艺参数条件、材料成分的变化对熔覆层的开裂敏感性和组织性能的影响。 在热轧45~#钢表面，采用自动送粉法在不同的激光工艺参数条件下进行G312FeNiCrBSi铁基合金和G312铁基合金分别加入不同含量的TiO_2、Nb_2O_5、MgO的激光熔覆实验。采用渗透法观察熔覆层表面裂纹；利用金相显微镜和扫描电镜观察熔覆层横断面的显微组织，并对熔覆层的典型组织进行EDS能谱分析，结合X射线衍射物相分析研究了各元素在熔覆层的分布，并测试了熔覆层横断面的硬度分布和熔覆层的摩擦磨损性能。研究结果和主要结论如下： 1．在本文实验条件下，在45#钢表面熔覆G312铁基合金层有两类裂纹，一类裂纹产生于熔覆层与基材的交界面，这种裂纹主要是由于激光比能量不足，覆层与基底结合不紧密所致；另一类裂纹由熔覆层顶部的结构不均匀处产生，向下沿枝晶间或横贯枝晶延伸。 2．G312熔覆层的组织可分为四层：与基底结合处的以平面晶生长的界面；中下部以奥氏体为基体垂直界面向上生长的胞状枝晶；中上部逆热流生长的树枝状共晶和大大小小的块状物；顶部以奥氏体为基体分布的粗大的块状物、细小的枝晶结构。EDS微区成分分析结果显示：熔覆层枝晶中大的块状物富Cr，Si大部分固溶于奥氏体中，另一部分存在于枝晶中，熔覆层顶部含Si量较中下部高。 3．本文结合激光熔覆过程中的凝固特征，提出G312铁基合金激光熔覆层产生裂纹主要是由于激光熔覆的工艺特点所造成的组织凝固不均匀引起的，且熔覆层中存在少量的低熔点的Si和B的共晶化合物，前者引起应力集中，后者是郑州大学硕士学位论文摘要熔覆层韧性的薄弱环节，使熔覆层不能承受熔覆过程引起较大的拉应力。要降低熔覆层的开裂敏感性，一方面要使熔覆层的组织分布更加均匀，以减少应力集中，另一方面要提高熔覆层的韧性。 4.加入一定量的TIOZ，可改善G312激光熔覆层的质量与性能。实验结果表明:TIOZ的含量、工艺参数均对G312铁基合金层的质量与性能有明显的影响，且存在最佳参数组合。在本文所述实验条件下，当激光功率P=2.0一2.ZKw、扫描速度v=3Inln/S、TIOZ加入量3 wt.%时，可获得质量良好的涂层。 5.G312十3%TIOZ熔覆层由以细小的伪共晶结构为主的组织构成，熔覆层开裂敏感性降低，硬度稍有下降，但耐磨性并不降低。Ti02对铁基熔覆层性能的改善的原因是:加入少量的TIOZ后，Si还原TIOZ，Ti元素与B、C等相互作用，析出高熔点的Ti的硼化物和碳化物，提高了形核率，使组织颗粒细化、均匀，减少了应力集中，同时减少了低熔点的硅化物和硼化物在晶界的偏聚，提高了组织的强韧性。 6.向G3 12合金粉末中加入适量的NbZO。可以有效地细化、均匀熔覆层的组织，减小熔覆层的内应力，降低熔覆层的开裂敏感性;在本文所述实验条件下，0.6 WT%、0.SWT%的NbZOS是最佳的。 7.G312+0.8 WT%NbZO。的熔覆层组织明显地可分为叁层:界面、胞状枝晶区、树枝状枝晶区。EDS分析显示各元素在界面和胞状晶区的分布与G3 12熔覆层相似:界面和奥氏体基体组成为Fe一Ni固溶体，其中固溶少量的Cr和Si，由于基底的稀释，界面含铁量较高;胞状枝晶区的组成为r(FeNi)固溶体+cr、Ni的硅化物和Cr的硼化物、碳化物，硅化物的含量很小;树枝状枝晶区组成为r(FeNi)固溶体+Cr、Ni、Nb的硅化物和硼化物、Cr和Nb的碳化物组成的共晶体，Nb元素主要分布于涂层的中上部的树枝状晶区中。 8.加入NbZO。的实验还发现，多道搭接对熔覆层的组织有明显地影响，搭接区的组织为大小约几微米的颗粒均匀地分布在奥氏体基体上，而不是组织长大和粗化，小颗粒含Nb量较高，大的颗粒含Cr量较高。 9.微观分析认为:适量的NbZO。对熔覆层质量的改善的主要原因是NbC在高温形核，且弥散分布，与Y(Fe--Ni)固溶体形成共晶体，抑制了Cr的硼化物的长大。郑州大学硕士学位论文摘要 10.加入MgO，Mg元素偏聚在晶界，能显着细化组织。但由于一部分MgO不分解，其热膨胀系数大;分解的Mgo有一部分与Ni化合生成MgNiZ，MgNiZ与奥氏体生成低熔点共晶，这二者削弱了细化组织所起的强韧化作用。总体而言，MgO对提高熔覆层抗开裂能力的作用是很有限的。 n.综合比较研究可以初步得到这样的结论，在向FeNICrBSi系熔覆材料中加入氧化物以改善熔覆层质量或性能时，需要考虑以下叁个方面因素:一是引入的氧化物如果不分解，不能成为熔覆层中的有害夹杂相;二是氧化物中的金属元素不能与其它元素生成脆性相并长大或生成低熔点共晶;叁是氧化物中的金属元素在熔池中若能?
杨坤[8]2005年在《镍基合金激光熔覆层质量改善的研究及其应用》文中提出激光熔覆作为一种新兴的金属表面处理技术,在工业技术领域显示出了广阔的应用前景。镍基合金具有耐磨、耐蚀、耐热等优异的综合性能,是一种广泛应用的激光熔覆材料。本文以镍基合金作为基本研究对象,以抑制高硬度镍基合金熔覆层裂纹的产生、减少镍基碳化钨熔覆层的气孔、增加镍基合金熔覆层的耐磨性为主要内容,进行了系统的实验研究和机理分析。最后是激光熔覆镍基合金在工业上的一个具体应用。 研究结果和主要结论如下: 1.向Ni60合金粉末中加入适量的In_2O_3,选取合适的工艺参数,采用激光熔覆技术在45#钢表面上获得了无裂纹的高质量熔覆层。对熔覆层显微组织进行了观察和分析,测试了熔覆层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果表明,同未加入In_2O_3的Ni60激光熔覆层相比,加入适当比例In_2O_3的Ni60熔覆层,虽然硬度有所降低,但硬度分布更加均匀,且在本文的摩擦条件下耐磨性提高。In_2O_3能够降低Ni60激光熔覆层裂纹敏感性的原因在于适当比例的In_2O_3能够抑制粗大块状硬质相的生长,改善枝晶分布,细化组织晶粒,提高涂层韧性。 2.在进行碳化钨的激光熔覆过程中,气孔问题一直是困扰人们的问题,直接影响着熔覆层的质量。在Ni60+25wt.%WC合金粉木中加入适当比例In_2O_3可以得到无气孔的光滑的激光熔覆层。In_2O_3能够减少Ni60+25wt.%WC激光熔覆层气孔的原因在于加入适当比例的In_2O_3后能够抑制WC的分解,从而减少熔池内C的含量,减小了熔池内形成CO和CO_2的可能性。 3.在Ni60自熔性合金粉末中加入适当比例Al_2O_3可以得到质量改善的光滑的耐磨性大大提高的激光熔覆层。Al_2O_3能够大大提高Ni60激光熔覆层耐磨性的原因在于加入0.5wt.%的Al_2O_3后,粗大的脆性硬质相消失,而形成的较小的硬质相弥散分布在韧性相中,不容易脱落,很好的起着均匀载荷和减磨抗磨作用。 4.采用激光熔覆技术,对机车连杆大头定位齿的裂纹修复进行了试验研究。结果表明,选取G115合金粉末作为敷料,在适当的工艺条件下,修复部位具有良好的塑性、韧性和较高的强度和硬度,与基体形成了良好的冶金结合,完全达
参考文献：
[1]. 激光转镜宽带扫描热过程研究[D]. 王云山. 天津工业大学. 2004
[2]. 固体RGB激光光源及其在显示技术方面的应用研究[D]. 王志勇. 天津大学. 2003
[3]. 光电子技术[J]. 佚名. 中国无线电电子学文摘. 2004
[4]. 激光再制造熔池温度场数值分析及检测研究[D]. 雷剑波. 天津工业大学. 2005
[5]. 激光熔覆原位生成颗粒增强镍基复合涂层研究[D]. 牛薪. 郑州大学. 2006
[6]. 金属材料表面激光淬火和激光熔覆若干关键技术研究[D]. 晁明举. 郑州大学. 2003
[7]. 铁基合金激光熔覆层质量与性能改善的研究[D]. 余菊美. 郑州大学. 2004
[8]. 镍基合金激光熔覆层质量改善的研究及其应用[D]. 杨坤. 郑州大学. 2005
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