难加工材料激光快速成形的研究现状与展望

激光快速成形技术突破了传统的材料变形成形和去除成形工艺方法的许多限制,基于增材制造的原理,迅速制造出形状复杂的三维实体模型,可直接对难加工材料进行成形。

螺旋渐开线齿轮传动研究

基于螺旋渐开线的啮合提出了一种新型齿轮—螺旋渐开线齿轮,这种齿轮就是以螺旋渐开线的点啮合实现传动的,用于相交轴传动,具有简单、易懂的匀速传动原理,可实现展成铣削加工和展成磨削加工。本文中详细阐述了这种新型齿轮的齿廓生成方法,并给出了各基本参数的确定原则,可行的加工方法。建立了一对螺旋渐开线齿轮的实体模型,将这对齿轮模型导入多体动力学分析软件ADAMS中,仿真、计算结果表明:这种螺旋渐开线齿轮可实现定传动比传动。

线切割断丝先兆及原因

断丝问题是线切割加工的一个严重问题,对加工速度和加工表面完整性都有很大影响。近10年来国内外对断丝问题做了很多研究。本文利用高速数据采集系统记录了大量的断丝前放电脉冲波形,分析找出了断丝的先兆信号和断丝的原因。

纳米材料在制造业中的应用与发展

以纳米科学与技术为中心的新科技将成为本世纪的主导。

线切割加工断丝先兆及检测方法

断丝问题是线切割加工的一个严重问题,本文所介绍慢走丝线切割加工断丝先兆信息的检测方法和特征。检测断丝先兆信息是研究防止断丝的关键。

激光烧结Al_2O_3-TiO_2陶瓷复合材料组织结构研究

利用冷等静压激光烧结复合技术制备了Al2O3-TiO2陶瓷块体。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对烧结块体的微观形貌和成分进行了分析。结果表明,利用上述方法制备的Al2O3-TiO2陶瓷没有明显的裂纹及微孔,块体的致密度高。陶瓷块体表面由互相交错的柱状晶组成,有利于防止沿晶断裂;而涂层的横截面呈典型的等轴晶结构,这种结构具有很高的韧性和强度,大大提高了陶瓷的性能。同时,探讨了激光与陶瓷材料相互作用及致密化过程,为以后的研究工作打下基础。

我攻读“工程型”博士学位的体会

我是1982年考取南京航空学院视械制造学科的在职博士研究生的。指导教师是特种加工专家余承业教授。经过三年半的学习,于1986年通过论文答辩,取得博士学位。我的论文题目是“电火花线切割加工微机在线参数递推识别和微机自适应控制脉冲电源和进给伺服系统的研究”。论文答辩前,航空工业部对该课题组织了鉴定。鉴定结论认为“该方法设计思想新颖,具有独创性和国际水平。”论文中的主要理论创造“电火花线切割进给适应控制系统的识别问题和识别方法”已先于1986年8月在国际生产工程研究会CIRP上发表。该文在第五届全国电加工学术年会上发表并获得优秀论文奖。

激光重熔改性等离子喷涂陶瓷涂层的组织及其耐腐蚀性能

以纳米Al2O3粉末为填料,采用激光重熔等离子喷涂陶瓷涂层技术,在45号钢表面制备了纳米改性Al2O3+13%(质量分数)TiO2/nano Al2O3复合陶瓷涂层。用X射线衍射仪、扫描电镜研究了纳米Al2O3改性后的陶瓷涂层的组织及涂层的耐腐蚀性能。结果表明,在激光的作用下,原等离子喷涂层Al2O3+13%TiO2的片层状组织得以消除;激光重熔区亚稳相γ Al2O3转变为稳定相α Al2O3,重熔层由α Al2O3和TiO2组成。与等离子喷涂Al2O3及Al2O3+13%TiO2陶瓷涂层相比,纳米Al2O3改性后的Al2O3+13%TiO2/nano Al2O3陶瓷涂层致密化程度明显提高,耐腐蚀性能也得到了明显的改善。

激光熔覆纳米Al_2O_3等离子喷涂陶瓷涂层

采用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度计研究了45#钢表面激光熔覆纳米Al2O3改性Al2O3+13%TiO2(质量分数)陶瓷涂层的相组成、微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察。结果表明,激光重熔区亚稳相γ Al2O3转变成稳定相α Al2O3,熔覆层由粗颗粒α Al2O3和TiO2以及纳米α Al2O颗粒组成,在激光的作用下,等离子喷涂层的片层状结构得以消除;纳米Al2O3颗粒仍然保持在纳米尺度,填充在涂层的大颗粒之间,使涂层致密化程度得以提高,因此纳米Al2O3改性涂层的显微硬度较高,且其耐磨性能明显优于等离子喷涂层。

等离子喷涂纳米复合陶瓷涂层的组织结构及其形成机理

以Al2O3-13%TiO2(质量分数)团聚体复合陶瓷粉末为材料,采用等离子喷涂工艺在TiAl合金表面制备纳米结构陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析粉末和涂层形貌、微观结构及相组成,讨论涂层的微观组织形成机理。结果表明:纳米结构复合陶瓷涂层由部分熔化区以及与常规等离子喷涂类似的片层状完全熔化区组成;根据组织结构的不同,部分熔化区又分为液相烧结区(亚微米A12O3粒子镶嵌在TiO2基质相的三维网状或骨骼状结构)和固相烧结区(经过一定程度长大但仍保持在纳米尺度的残留纳米粒子);等离子喷涂使部分α-A12O3以及全部θ-A12O3转变为亚稳态γ-A12O3;纳米结构复合陶瓷涂层中的完全熔化区、液相烧结区及固相烧结区分别由等离子喷涂过程中纳米团聚体粉末中温度高于A12O3熔点、介于TiO2熔点到A12O3熔点之间以及低于TiO2熔点区域沉积获得,纳米结构涂层中不同部分熔化组织源于复合陶瓷粉末中A12O3与TiO2之间的熔点差异。

Ni基金属粉末激光快速制造的研究

采用激光选区烧结的方法 ,对 Ni基合金混合铜粉末进行了一系列激光烧结试验。从烧结模型入手 ,分析了烧结过程中出现的现象 ,讨论了工艺参数对金属粉末烧结成形的影响 ,初步探索了金属粉末直接烧结成形的基本机理 ,为金属粉末的激光快速成形制造提供了依据。

TiAl合金表面激光重熔等离子喷涂MCrAlY涂层研究

为了进一步提高TiAl合金表面等离子喷涂MCrAlY涂层的高温氧化性能,采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织及抗氧化性能的影响。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析了涂层氧化前后的表面形貌、微观组织和相组成。结果表明:经过激光重熔处理后,涂层片层状组织得以消失,致密性提高,消除了喷涂层的大部分孔洞、夹杂等缺陷,同时使Al元素在涂层表面的重新分布,形成了Al的富集区;等离子喷涂MCrAlY层能显著提高TiAl合金的抗高温氧化性能,经过激光重熔后可进一步提高其抗高温氧化性能。

喷射电铸快速制造的试验研究

介绍了喷射电铸快速制造技术的原理与系统组成,采用喷射电铸快速制造工艺制备了具有简单形状的纳米晶金属铜样件,运用扫描电子显微镜和X-射线衍射等现代分析手段对纳米晶微观结构进行分析.结果表明,喷射电铸能显著提高极限电流密度,细化晶粒,改善铸层质量.铜沉积层具有纳米晶微观结构,平均晶粒尺寸约为55.6 nm,最小晶粒尺寸可达41.4 nm.

激光重熔纳米Al_2O_3-13%TiO_2陶瓷涂层组织及性能

为了进一步提高等离子喷涂纳米Al2O3-13%TiO2(质量分数,下同)复合陶瓷涂层的性能,在γ-TiAl基体材料表面采用激光重熔工艺对涂层进行处理,研究了激光重熔对涂层微观组织和性能的影响。用扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了涂层形貌、微观结构和显微硬度,同时对涂层的磨损特性进行了考察。结果表明,等离子喷涂纳米陶瓷涂层由纳米颗粒完全熔化区和部分熔化区两部分组成,仍然具有等离子喷涂态的典型层状结构。经过激光重熔后,形成了致密细小的等轴晶重熔区、烧结区和残余等离子喷涂区,由于激光快速加热和快速冷却加工特点,在重熔区仍保留了部分来源于原等离子喷涂部分熔化区的残留纳米粒子。与常规等离子喷涂陶瓷涂层相比,纳米结构涂层可在一定程度上提高其硬度和耐磨性,经过激光重熔后其硬度和耐磨性进一步提高。

激光多层熔覆制备厚陶瓷涂层

研究了压片预置式激光多层熔覆纳米团聚体Al2O3-13%TiO2粉末制备厚陶瓷涂层,试验中通过保温箱对试样进行预热和缓冷处理、引入超声振动及对熔池温度闭环控制等措施来控制熔覆层的裂纹.结果表明,厚陶瓷涂层各层之间无明显界面,过渡缓和自然,涂层内部致密、连续、基本无孔隙及贯穿性大裂纹等缺陷;涂层由等轴晶的完全熔化区和残留纳米颗粒的部分熔化区组成,而且涂层中的裂纹基本集中于部分熔化区;另外由于经历激光的多次加热,下部区域的晶粒组织要大于上部区域,而由于保温箱的缘故,整个涂层晶粒偏大.

平行板电极喷射电沉积中的枝晶分形生长

将分形几何引入到喷射电沉积,对枝晶生长动力学进行研究,以最终实现枝晶形态的可控生长.利用改进的有限扩散凝聚模型(DLA),通过Microsoft Visual C++6.0编程对平行板电极喷射电沉积二维枝晶簇的形貌进行了模拟.以平行板金属镍为阳极、石墨板为阴极,用自行设计的试验设备,采用平行板电极喷射电沉积的方法,制备了二维的金属镍枝晶以验证模拟结果.结果表明,镍沉积层的形貌特征为具有分形结构的枝晶,这与基于有限扩散凝聚模型模拟所得的平行板电极二维枝晶簇的形貌具有相似性,表明该模型对平行板电极喷射电沉积的试验研究具有很好的指导意义.

喷射电沉积快速成形的定域性实验研究

介绍了喷射电沉积快速成形技术的基本原理,分析了金属零件成形过程中,定域性对零件成形精度的重要性,并对影响定域性的因素进行了基础实验研究。结果表明:喷嘴口径、喷嘴与阴极间的距离对定域性有密切关系,喷嘴口径小、喷嘴距离小,则定域性好,尺寸精度高;阴极电流密度和喷嘴扫描速度对定域性亦有影响,阴极电流密度低、喷嘴扫描速度快,则金属沉积斑尺寸小,定域性好。

太阳能硅片制造方法研究现状

太阳能硅片的制造工艺主要包括硅片的切割以及绒面制备两部分。本文介绍了外圆切割、内圆切割、多线切割及电火花线切割4种硅片的切割方法,综述了碱腐蚀、酸腐蚀、电化学腐蚀等9种制绒工艺,并分析其适用范围和特点。提出随着太阳能技术的应用需求不断扩大和晶体硅原材料供应的短缺,大尺寸超薄硅片切割技术的发展趋势将日益明显。最后指出了电火花电解复合线切割具有切割与制绒一体化的特点,是硅片制造方法的一个发展趋势。

太阳能硅片电火花电解高效切割研究

提出了一种基于复合工作液的、以电火花电解复合加工技术对太阳能硅片进行切割的工艺方法。试验表明,高速走丝电火花线切割对太阳能硅片切割具有效率高、切缝窄、厚度薄且表面微裂纹很少甚至没有等特性。该工艺方法可为探索降低硅片的切割成本,提高硅材料的利用率,促使太阳能电池成本的显著降低,形成具有我国自主知识产权的太阳能硅片切割技术提供一些帮助。

激光重熔对等离子喷涂热障涂层冲蚀行为影响

研究了等离子喷涂和激光重熔ZrO2-7%Y2O3热障涂层的微观结构,同时考察了两种涂层的抗冲蚀性能,并探讨了其冲蚀破坏机理.试验发现,等离子喷涂热障陶瓷涂层呈典型的层状堆积特征;经过激光重熔处理后,涂层表面形成了沿热流方向生长的柱状晶重熔区;相对于等离子喷涂试样,激光重熔涂层有较好的抗冲蚀性能;不管等离子喷涂试样还是激光重熔试样都表现为典型的脆性冲蚀特性.结果表明,等离子喷涂层的冲蚀磨损以片层状脱落为主,同时有一定程度的脆性陶瓷颗粒破碎;而激光重熔试样以近表面的裂纹萌生和扩展,最终导致重熔层晶粒破碎、剥离为主.