脉冲激光加热下材料的温度场研究

通过改变多种参数对单脉冲激光加热下材料温度场进行研究.     

纳秒强激光烧蚀铝靶的数值模拟研究

为研究强激光对金属表面的破坏效应,文中利用热传导理论和相变的等效温度处理方法,建立了激光烧蚀金属过程的二维计算模型,并利用有限元分析方法对纳秒单脉冲强激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光辐照下铝靶烧蚀形状和温度场分布特征. 结果表明,在激光单脉冲能量一定的情况下,脉宽越长,烧蚀形状愈加细长;大光斑的烧蚀半径要小于光斑尺寸,且光斑增大到一定程度后烧蚀半径因功率密度下降而减小.     

TC4钛合金激光熔覆路径选择数值模拟研究

使用数值模拟技术,建立了不含预制裂纹的TC4钛合金三维激光熔覆有限元模型,并运用扩展有限元方法(XFEM)模拟裂纹扩展。对直线单向熔覆、直线往复熔覆和对称往复熔覆3种不同熔覆路径下,TC4钛合金激光熔覆温度场、应力场以及裂纹扩展过程进行了模拟。研究结果表明:采用对称往复的熔覆路径,熔覆过程温度场分布较为均匀,最大峰值温度为2 755.02℃,该温度下熔覆涂层与基体能够形成良好的冶金结合,最大残余应力为884 MPa,显著小于其他两种熔覆路径的最大残余应力;裂纹产生最少,裂纹扩展距离最短。与试验结果较为符合。     

ZrO2光学薄膜的激光热冲击效应

计算了薄膜在高功率脉冲激光作用下截面温度场和应力分布场,分析了热冲击在光学薄膜激光损伤中的作用,并用调Q1.06um脉冲激光对ZrO2单层薄膜损伤,讨论了不同激光强度下薄膜截面温度场与应力场分布,揭示了热冲击在ZrO2单层膜损伤中的机理和过程。     

Z_rO_2光学薄膜的激光热冲击效应

计算了薄膜在高功率脉冲激光作用下截面温度场和应力分布场 .分析了热冲击在光学薄膜激光损伤中的作用,并用调 Q 1. 06μ m脉冲激光对 Z_rO_2单层薄膜损伤,讨论了不同激光强度下薄膜截面温度场与应力场分布,揭示了热冲击在 Z_rO_2单层膜损伤中的机理和过程 .     

单脉冲激光加热下金属材料的非线性温度场研究

建立了单脉冲激光加热下金属材料非线性温度场的简单物理模型,并进行了解析研究,所得研究与实验结果基本符合。     

基于各向异性热导率设置的选区激光熔化成形过程仿真分析

针对选区激光熔化(SLM)工艺下零件中高残余应力问题,同时考虑到打印过程中熔池对流效应,本文通过设置各向异性热导率材料参数,利用有限元方法对Inconel 718合金粉末SLM成形过程中的温度场和应力场进行模拟,分析了基板预热温度对成形件残余应力的影响。结果表明,选择合适的各向异性热导率增强系数可显著提升温度场的仿真精度,并且越靠近热源中心区域,温度梯度越大;在应力方面,高应力区域集中分布于成形件上表面,最大残余应力位于成形件与基板的交界处,此处易发生开裂变形;采用基板预热方式能改善成形件中残余应力分布,随着预热温度提升,最大残余应力降低,成形件上表面高应力分布区域减小。     

Fe-Mn-Si记忆合金激光焊接数值模拟

利用有限元方法,对Fe-Mn-Si记忆合金平板激光对接焊的温度场和应力场进行三维数值模拟。根据激光焊接特点,建立表面高斯热源和锥形体热源结合的复合热源模型,并编制APDL子程序实现焊接热源的加载和移动。结合材料非线性、相变潜热、边界换热条件等因素,通过模拟计算得到焊接过程中瞬态温度场分布和熔池尺寸,并分析整体温度场分布、焊接热循环特性。焊缝熔合线和尺寸的模拟结果与实际结果吻合良好,验证了模型的正确性。在温度场计算结果基础上,利用间接耦合法,对Fe-Mn-Si记忆合金激光焊的动态应力场和残余应力进行模拟计算,得到焊后最大残余应力为247 MPa,接近其屈服强度。     

7075-T6铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布

为了研究铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布,推导了考虑焊接深度的热流密度分布的修正函数.利用生死单元技术,运用ABAQUS软件、FORTRAN和PYTHON语言编写的子程序,建立了7075-T6铝合金薄板激光对接焊的有限元模型,获得了在不同时间点的对接焊温度场和残余应力分布,采用梯度网络提高了有限元模型的运算速度和计算精度.研究结果表明:建立的有限元模型能够快速、有效模拟铝合金薄板激光对接焊温度场和残余应力分布;残余应力存在误差的原因,可能在于激光焊接过程中,热源经过横截面时产生的剪切挠曲所致.试验结果同时也验证了有限元模型的正确性和可行性.     

气缸盖中两相流沸腾换热热机耦合仿真分析

基于汽液两相流沸腾换热的基本理论和计算方法,对某柴油机气缸盖与冷却水腔组成的流固耦合传热系统进行了整场求解,得到了气缸盖的温度场分布,并通过与气缸盖温度场试验结果对比分析,证明了计算模型的有效性.将温度场结果施加于气缸盖、螺栓、机体所组成的热机耦合系统中,对气缸盖进行了结构强度计算,得到了气缸盖火力面热机耦合应力分布.采用试验设计方法,将冷却水进口温度和速度作为输入参数,对火力面应力较大区域的最大等效应力进行了响应分析,结果表明:考虑汽液两相流的沸腾换热可以有效降低气缸盖火力面的最大热机耦合应力;火力面的最大应力出现在喷油器座孔周围;冷却水进口温度对火力面应力较大区域的最大等效应力的影响不可忽略.     

碳纳米管对Ni60合金激光熔覆层的耐磨性影响

采用激光熔覆技术,在45#钢表面进行了镍基合金粉末添加碳纳米管的熔覆试验,对熔覆层横截面进行了硬度测试和显微组织分析,对熔覆层表面进行了X射线衍射物相分析和摩擦磨损试验.结果表明,碳纳米管能够提高镍基合金激光熔覆层的硬度和耐磨性能,当碳纳米管的质量分数为0.4%时,镍基合金激光熔覆层的耐磨性能最好.     

Au／Ni多层膜的原子学结构研究

利用嵌入原子势方法，完成了Ａｕ／Ｎｉ多层膜的分子动力学模拟计算。研究了Ａｕ／Ｎｉ多层膜中原子层数对多层膜界面的影响。探讨了原子层厚度和多层膜膜面取向对原子层间距、Ａｕ／Ｎｉ界面影响的变化规律。     

Microstructural evolutions of Cu(Ni)/AuSn/Ni joints during reflow

Interfacial reactions of the Ni/AuSn/Ni and Cu/AuSn/Ni joints are experimentally studied at 330℃for various reflow times.The microstructures and mechanical properties of the as-solidified solder joints are examined.The as-solidified solder matrix of Ni/AuSn/Ni presents a typical eutecticξ-(Au,Ni)_5Sn+δ-(Au,Ni)Sn lamellar microstructure after reflow at 330℃for 30 s.After reflow for 60 s,a thin and flat(Ni,Au)_3Sn_2 intermetallic compound(IMC) layer is formed,and some needle-like(Ni,Au)_3Sn_2 phases grow f...     

High-temperature frictional wear behavior of MCrAlY-based coatings deposited by atmosphere plasma spraying

Al₂O₃-Cr₂O₃/NiCoCrAlYTa coatings were prepared via atmosphere plasma spraying (APS). The microstructure and phase composition of the coatings were analyzed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), laser confocal scanning microscopy (LSCM), and transmission electron microscopy (TEM). The dry frictional wear behavior of the coatings at 500℃ in static air was investigated and compared with that of 0Cr25Ni20 steel. The results show that the coatings comprise the slatted layers of oxide phases, unmelted particles, and pores. The hot abrasive resistance of the coatings is enhanced compared to that of 0Cr25Ni20, and their mass loss is approximately one-fifteenth that of 0Cr25Ni20 steel. The main wear failure mechanisms of the coatings are abrasive wear, fatigue wear, and adhesive wear.     

QT700球墨铸铁曲轴的激光冲击强化试验

选用不同涂层对QT700曲轴激光冲击处理,研究激光冲击强化条件下,QT700曲轴的硬度和表面残余应力等力学性能的变化.发现在激光冲击过程中,黑漆涂层、铝箔涂层和硅酸乙脂涂层均能有效提高冲击试样的表面硬度和表面应力.经过激光连续冲击后,在曲轴试件表面能形成1.0 mm厚的硬化层,其表面硬度最大能达到590 HV.激光脉冲功率从2.8 GW/cm2提高到3.6GW/cm2时,轴颈表面残余压应力相应由326 MPa提高到495 MPa,两次冲击后提高幅值更大.     

化学沉积法制备Ni-P-SiC(C)复合镀层的研究

选择廉价的SiC和石C颗粒作为复合镀层添加物，用化学沉积法在碳钢表面制度Ni-P-SiC(C)复合镀层，研究了复合镀层的制备工艺，镀液配方以及复合镀层的性能等，结果显示：风表面开成的复合镀层厚薄均一，SiC和石墨C颗粒在镀层中分布均匀，镀层开成速度理想，表明本文采用的工艺技术合理可行，与单一的Ni-P镀层相比，Ni-P-SiC和Ni-P-C复镀层耐磨性能均有不同程度的提高，而将2种不同性能的SiC和C颗粒同时加入槽液，形成的Ni-P-SiC－C复合镀层具有最优异的耐磨性能。     

碳化物/Ni基合金复合涂层激光熔覆工艺优化

用粉末预置法研究了激光熔覆Ｎｉ基合金涂层以及３０％（ｖｏｌ）ＴｉＣ、ＷＣ和ＳｉＣ颗粒分别增强Ｎｉ基合金复合涂层的工艺优化方法．熔覆工艺效果可根据涂层稀释率和表观质量来评价,考虑熔覆工艺的宽容性和涂层凝固组织的细化程度,每类涂层都存在一个最佳功率密度范围．     

Influence of cross correlation step length on the surface stress of thin laser cladding Fe314 alloy coatings

To measure the surface stress of thin laser cladding coatings with Rayleigh waves based on the cross correlation function, this paper introduced the influence of cross correlation step length on the stress measurement. Flat-shaped specimens made of laser cladding Fe314 alloy coatings were performed by static tensile tests, and Rayleigh wave signals were collected during the test process with an ultrasonic pulser and receiver instrument combined with two Rayleigh wave transducers. The difference in time of flight between two signals was determined based on the cross correlation function. The microstructure was observed by scanning electronic microscopy. The influence of the stress on the propagation velocity of Rayleigh waves and the relationship between the difference in time of flight and tensile stress under different cross correlation step lengths were analyzed. The inhomogeneous deformation of the coatings affects the relationship between the difference in time of flight and tensile stress; the stress measurement of the coatings is nearly constant with the increase of cross correlation step length when it attains one cycle.     

镍基纳米Al2O3粉末复合电刷镀镀层的耐磨性

为了进一步提高刷镀层的耐磨性 ,在 4 5 #钢基体上刷镀含有纳米 Al2 O3粉末的镍基复合镀层。通过光学金相显微镜、扫描电子显微镜对镀层显微组织进行分析 ,用显微硬度计测定了镀层和基体的硬度 ,在 SRV磨损试验机上进行了磨损试验 ,用表面形貌仪测量了镀层磨损量。试验结果表明 ,加入纳米 Al2 O3粉末的复合镀层的硬度要比单纯的致密镍镀层的硬度高。随着纳米 Al2 O3粉末加入量的增加 ,复合镀层硬度逐渐提高。含纳米 Al2 O3粉末的镍基复合镀层与单纯致密镍镀层相比 ,具有更高的耐磨性 ,将有广泛的应用前景。     

镍-磷/金纳米粒子复合化学镀层的研究

在化学镀镍磷溶液中添加金纳米粒子，在基体钢铁上沉积得到镍-磷/金纳米粒子复合镀层. 金纳米粒子在镀液中的浓度为1.0?μmol•L-1. 用扫描电子显微镜，能谱仪，示差扫描热量分析仪，X 射线衍射仪，显微硬度计等仪器对镀层性能进行了分析. 通过EDS分析表明，Ni P镀层中P的质量分数为9.72%，而Ni P/Au镀层中P质量分数为9.29%，金的质量分数为0.93%. 与镍-磷合金镀层相比，纳米复合镀层具有较高的硬度，并且镀层组织致密，孔隙率小，对基体具有更好的保护作用.