激光熔覆原位Ti-C-B-Al复合涂层的结构特征与力学性能

以钛粉、铝粉和碳化硼粉末为原料,采用同步同轴激光熔覆系统在Ti6Al4V钛合金表面制备含原位自生TiC、TiB以及TiAl金属间化合物增强钛基的Ti-C-B-Al复合涂层,研究了复合涂层的显微组织、物相构成、显微硬度和微纳米力学性能。结果表明,三种粉末在高能激光束的作用下充分反应并生成了TiC、TiB以及TiAl金属间化合物增强相。复合涂层表面光滑,涂层内部无气孔及裂纹,与基体间形成了良好的冶金结合,增强相在涂层内分布均匀,相比于基体,熔覆涂层具有较优的力学性能。涂层硬度在460HV_(0.3)~510HV_(0.3)之间,同时涂层的纳米力学性能与显微硬度具有较好的对应关系,其中当m(Ti)∶m(Al)∶m(B_(4)C)=84∶12∶4时,制得的涂层具有较优的力学性能。

Cr_(3)C_(2)对激光熔覆原位生成WC增强颗粒粒度及涂层性能的影响

为了研究 Cr_(3)C_(2)对原位生成WC增强相粒度的抑制作用及对涂层性能的影响,在H13钢表面制备了 Cr_(3)C_(2)含量为0、1%、1.5%、2%、2.5%的WC增强镍基涂层。采用扫描电镜(SEM)分析涂层的显微组织,比较WC粒度变化情况以及涂层不同形态区域的元素分布;采用X射线衍射仪(XRD)分析涂层的物相组成;采用显微硬度计分析涂层的硬度值;采用摩擦磨损试验机对涂层的摩擦磨损性能进行测试。结果表明: Cr_(3)C_(2)能够显著抑制WC颗粒的长大,但存在一个最佳值, Cr_(3)C_(2)抑制WC晶粒生长的主要原因是 Cr_(3)C_(2)能够降低WC在粘结相的溶解度。随着 Cr_(3)C_(2)的加入,涂层中含铬物质增多,涂层显微硬度也随之增大,当 Cr_(3)C_(2)含量为2%时涂层显微硬度最大。添加 Cr_(3)C_(2)抑制剂的涂层摩擦磨损性能也更优,磨损机理主要为粘着磨损。

扫描电镜原位激光加热与高温成像研究

扫描电子显微镜(SEM)原位研究材料高温组织与力学性能是近年来材料领域关注的一个重要方向,在扫描电子显微镜内进行原位加热实验可以直接揭示材料微观组织、力学性能与温度之间的关系。然而传统的电流加热方式在样品温度超过800℃时金属材料会释放出大量热电子,无法获得高质量图像。本研究开发了一种与SEM联用的激光加热台,该加热台使用激光作为加热源,可以对材料进行快速加热以及高分辨原位结构表征。本文详细介绍了激光加热台的设计原理并对加热台温度场进行有限元仿真模拟及分析,以镍基单晶高温合金为例,实现了1370℃原位高温成像,验证了该装置的主要功能。

原位拉伸研究热处理对激光选区熔化GH4169合金组织及650℃力学性能的影响

研究热处理制度对激光选区熔化成形GH4169合金组织及高温力学性能的影响。通过自主研发的SEM原位加热拉伸测试平台,探究热处理前后650℃合金力学性能变化与动态组织演变的关系。结果表明:热处理后合金的晶粒形态由柱状晶转化为等轴晶,Laves相溶解,析出大量γ′和γ′′强化相;在650℃下,沉积态合金的屈服强度和抗拉强度分别为574 MPa和740 MPa,热处理态(HSA态)合金的屈服强度和抗拉强度分别为818 MPa和892 MPa,较沉积态分别提升了42.5%和20.1%;沉积态合金表面晶粒起伏更大,协调变形能力更强,塑性流动能力好;裂纹在Laves相周围萌生沿枝状晶向最大切应力方向扩展,样品颈缩后发生剪切断裂;HSA态裂纹在碳化物周围萌生沿晶界扩展,断裂方式为沿晶和穿晶相结合的混合断裂。

角膜曲率仪与电脑验光仪对准分子激光原位角膜磨镶术前患者角膜曲率一致性的评估研究

目的:评估角膜曲率仪与电脑验光仪对准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)前患者角膜曲率的一致性。方法:选取2022年1-12月联勤保障部队第九六九医院就诊拟行LASIK的65例(130眼)近视患者,应用角膜曲率仪及电脑验光仪行角膜曲率测量,记录角膜曲率,水平径线上的角膜曲率(Kl)、垂直径线上的角膜曲率(K2)及平均角膜曲率[(K1+K2)/2]值。用一致性评价测量方法(Bland-Altman)分析两种仪器测量方法的一致性。结果:电脑验光仪与角膜曲率仪测得的角膜曲率无显著差异,两种仪器在测得的K1、K2以及(K1+K2)/2值呈正相关(r=0.483、0.409、0.427,P<0.05)。两种仪器测得的角膜曲率Kl、K2值及[(K1+K2)/2]值差值均数d分别为42.094D、42.919D和42.981D,差值的标准差(SD)分别为2.113D、2.157D和2.282D。95%CI分别为(46.770~37.419)、(47.148~38.691)和(47.145~38.508)。结论:电脑验光仪与角膜曲率仪有较好一致性,可相互替代使用,临床应综合考虑两种仪器的适用性,以发挥最大作用。

激光烧结原位合成Cu-Al合金组织结构及性能研究

针对铜铝粉末坯体,以激光高能束为热源引发铝热放热反应,原位合成硬质增强相Al_(2)O_(3),烧结制备了Cu-Al合金,研究了铜铝成分配比对合金体系微观组织和性能的影响。结果表明,Cu-Al合金组织是由硬质增强相Al_(2)O_(3)和基体CuAl_(2)、AlCu_(4)、Al_(4)Cu_(9)等金属间化合物构成的多相结构;合金显微组织具有丰富的树枝晶,且随着铝含量增加,组织均匀细化程度提高;在一定范围内,增加铝含量有助于提高烧结产物致密性;当铜铝质量比为33.2∶66.8时,烧结产物的孔隙率最低(10.57%)、显微硬度值最高(373HV)、磨损性最佳(磨损率0.137 g/mm^(2))。

便携式同步辐射原位激光加热装置研制

同步辐射实验方法在研究材料的结构和物性上具有独特的优势,然而,要实现同步辐射原位高温条件,尤其温度高于2000 K以上,对很多实验方法来说还是一个挑战。激光加热方法可以实现快速、微区的极端高温条件,已经成为高温物性研究的重要工具。上海同步辐射光源在极端高温研究领域,例如高熵合金、涡轮叶片、航空材料等还欠缺相关的原位高温条件,因此,研制了一种便携式连续激光加热装置,利用光谱仪获得样品的热辐射谱,并通过黑体辐射方法拟合出样品的温度梯度和温度稳定性。利用该装置成功实现真空环境中钨片的快速熔化(熔点约3695 K),并在上海同步辐射光源表面衍射线站获得了1608 K原位条件下的MoS2和CTAB-MoS2材料X射线衍射图谱。本工作所研制的激光加热方法拓展了上海光源在极端条件下的实验能力,为极端高温条件下的材料物性研究提供了重要手段。

角膜地形图引导的飞秒制瓣准分子激光手术治疗近视合并散光患者的效果

目的:观察角膜地形图引导的飞秒制瓣准分子激光手术(FS-LASIK)治疗近视合并散光患者的效果。方法:选取2018年7月至2023年7月梅州爱尔眼科医院收治的68例(136只眼)近视合并散光患者进行前瞻性研究,按照随机数字表法将其分为对照组和观察组各34例(68只眼)。对照组实施普通FS-LASIK治疗,观察组实施角膜地形图引导的FS-LASIK治疗。比较两组治疗前后视力[裸眼视力(UCVA)、最佳矫正视力(BCVA)、等效屈光度(SE)]水平、角膜高阶像差指标[总高阶像差(HOA)、彗差(Coma)、球差(SA)]水平、散光矫正指标[成功指数(IOS)、变平指数(FI)、矫正指数(CI)]水平和并发症发生率。结果:术后3个月,两组SE水平均高于术前,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组BCVA、UCVA水平均低于术前,但组间比较,差异无统计学意义(P>0.05);两组HOA、Coma、SA水平均高于术前,但观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组IS、CI水平均低于对照组,FI水平高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);两组均未发生严重并发症。结论:角膜地形图引导的FS-LASIK治疗近视合并散光患者,可提高等效屈光度,改善散光矫正指标水平,降低角膜高阶像差指标水平,效果优于普通FS-LASIK治疗效果。

激光熔覆原位生长TiB_(2)/TiC增强铁基涂层组织及性能

目的采用激光熔覆技术在45钢表面制备原位生长的TiB_(2)、TiC陶瓷相,以提高铁基涂层的耐磨性能。方法利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)研究铁基复合涂层的相组织、显微组织。使用显微硬度计、磨损实验机等仪器进行显微硬度和耐磨性的测试。结果在铁基粉末中添加Ti、B4C后,涂层原位生长出均匀分布的TiB_(2)、TiC陶瓷相,其数量随着(Ti+B4C)添加量的增加而增多。经过扫描电镜结合EDS判定TiB_(2)多呈矩形形貌,TiC呈球形或花瓣状。在原位生长过程中,TiB_(2)优先形成,而TiC多依附在TiB_(2)周围,以颗粒状存在。铁基复合涂层的显微硬度随着(Ti+B4C)添加量的增加逐级增加,质量分数为30%的(Ti+B4C)复合涂层的硬度最高(1086HV0.2),比铁基涂层(611HV0.2)的硬度提高了约0.78倍。复合涂层的磨损性能得到明显改善,其中质量分数为30%的(Ti+B4C)复合涂层的磨损率最小,为5.48×10^(-6)mm^(3)/(N·m),铁基涂层的磨损率为2.01×10^(-5)mm^(3)/(N·m),表明其耐磨性提高了约2.67倍。随着原位生长的Ti B_(2)、TiC陶瓷相数量的增多,铁基涂层的磨损机制由黏着磨损逐渐转为轻微的磨粒磨损。结论在铁基粉末中添加Ti、B4C,通过激光熔覆技术能够原位生长出Ti B_(2)和TiC,显著提高了铁基涂层的硬度和耐磨性能。

激光原位辅助金刚石刻刀耦合效应分析

本研究以激光原位辅助刻划为基础,对激光原位辅助金刚石刻刀的传播路径进行分析,为保证入射激光束经由金刚石刻刀后射出,首先通过理论计算对激光入射位置进行求解,求解后利用COMSOL Multiphysics软件对求解的激光入射位置进行数值模拟仿真验证,并对从刻刀射出的激光功率密度进行分析,最后通过实验验证所求结果的准确性。本研究为激光原位加工刀具的设计和后续的刻划实验提供了依据,为类似的激光原位加工提供了一种可行的理论方法。

激光熔覆原位合成WC增强镍基熔覆层的组织与性能

采用响应面法的中心复合设计建立了激光功率、扫描速度、气流量和碳钨粉末配比对熔覆层硬度和面积影响的数学模型,并通过方差分析和试验验证检测了数学模型的准确性。结果表明:熔覆层的硬度与激光功率和碳钨粉末配比成正比,与扫描速度成反比;熔覆层面积与激光功率成正比,与扫描速度成反比,碳元素盈余量对熔覆面积的影响不显著。以熔覆层的硬度和面积最大为优化目标进行验证试验,并基于数学模型对工艺参数进行优化与预测,得到最佳工艺参数为激光功率1700 W、扫描速度5 mm·s^(-1)、气流量13 L/min、碳钨粉末配比1.05∶1。采用最佳工艺参数所得的熔覆层硬度和熔覆面积的预测值和实际值的误差分别为0.56%、1.45%,验证了所建立模型的准确性。

一种深海原位激光修复用气体流量控制阀设计与分析

深海原位激光修复可以实现重大深海设施的原位增材修复,具有重要的战略意义与广阔的应用前景。在分析深海原位激光修复用送粉系统工作原理的基础上,设计了一种水深自适应气体流量控制阀。通过海水压力的反馈与弹簧压缩量的调整,实现节流模块阀口压差的稳定控制,保证气体流量稳定;通过可变开度的节流模块,实现气体流量的连续调节。首先,对水深自适应气体流量控制阀的结构及工作原理进行详细设计;接着,对流量控制阀的减压模块阀芯进行静力平衡建模,揭示气体压力调节机制。对节流模块的阀口流量进行建模,说明流量调控原理;最后,开展仿真分析,研究水深自适应气体流量控制阀在激光熔覆过程中气体流量控制的稳定性以及气体流量的调控效果。开展流量控制阀在海水环境压力小范围变化与大范围变化时,气体流量变化的仿真分析。研究结果表明,设计的流量控制阀可以实现流量的连续稳定控制,在深海原位激光修复用送粉系统中具有明显的应用前景。

Cr_(3)C_(2)+Ti复合改性激光熔覆Fe-0.3C-15Cr-1Ni合金的组织与性能

为了改善Fe-0.3C-15Cr-1Ni合金涂层的硬度和耐蚀性能。采用激光熔覆技术在3Cr13不锈钢基体表面熔覆添加不同含量(Cr_(3)C_(2)+Ti)(0,0.5%,1%,2%)原位合成含有TiC的不锈钢基高硬度耐蚀涂层,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、电化学工作站等设备研究不同含量(Cr_(3)C_(2)+Ti)对熔覆层的微观结构、相组成、硬度分布及耐蚀性能的影响。结果表明:熔覆层与3Cr13不锈钢基体间界面冶金结合良好。加入(Cr_(3)C_(2)+Ti)后熔覆层的树枝晶和柱状晶转变为胞状晶和等轴晶;碳化物由鱼骨状和块状转变为棒状和颗粒状,且数量减少,其类型由低碳型碳化物向高碳型碳化物转变。随着(Cr_(3)C_(2)+Ti)含量的提高,熔覆层的硬度先升高后降低,点蚀电位先升高后降低,钝化区宽度先增大后减小。结果表明在Fe-0.3C-15Cr-1Ni合金粉末中添加(Cr_(3)C_(2)+Ti)可显著提高马氏体不锈钢基涂层硬度和耐蚀性能,当(Cr_(3)C_(2)+Ti)含量为0.5%时,熔覆层的综合性能最好。

激光诱导击穿光谱的自适应基线校正方法

为了降低远程激光诱导击穿光谱原位分析中连续背景辐射、随机噪声和样品基体效应对特征光谱的影响,提出一种通过适应度函数将粒子群优化和非对称重加权正则最小二乘相融合的自适应基线校正方法,旨在提高远程激光诱导击穿光谱的分析能力。以三种掺杂相近微量元素的铝基合金标样为研究对象,相同实验条件下利用所提出的基线校正方法研究并对比自适应迭代重加权正则最小二乘算法、非对称重加权正则最小二乘算法处理后的光谱信噪比与拟合基线的变化趋势。为了验证所提方法的有效性,构建了三次核函数支持向量机的铝基合金标样精细分类模型,其独立测试集的混淆矩阵分类准确率为100%。结果表明,自适应基线校正方法所拟合的基线变化趋势与激光诱导击穿光谱的实际基线轨迹相吻合,且特征光谱能够清晰地分离。该方法可有效降低随机噪声对光谱数据分析的影响,对于提高远程激光诱导击穿光谱原位分析的准确性和可靠性具有意义。

飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术治疗中度、高度近视的优势研究

目的 分析飞秒激光小切口角膜基质透镜取出术(SMILE)治疗中度、高度近视的优势。方法 回顾性分析2023年5月至2023年10月在本院行飞秒激光术治疗的100例中度、高度近视患者临床资料,根据术式将患者分为两组,行飞秒激光辅助的原位角膜磨镶术(FS-LASIK)者为A组(49例98眼),行SMILE者为B组(51例102眼)。分别比较两组中度、高度近视患者不同术式治疗后角膜形态、视觉质量参数、眼压、泪膜破裂时间、Schirmer Ⅰ值、眼部舒适度评分(Kolcaba评分)、眼部视觉模拟评分量表评分(VAS评分)的差异。结果 (1)两组中度、高度近视患者术后3个月,角膜后表面曲率、角膜后表面顶点高度、非球面因子Q值差异无统计学意义(P>0.05)。(2)术后1、7 d,两组Z_(3)^(1)、Z_(3)^(-1)比较差异无统计学意义(P>0.05);但B组角膜前表面高阶像差、Z_(4)^(0)均低于A组(P<0.05)。B组中度、高度近视患者术后角膜前表面高阶像差、Z_(4)^(0)均低于A组(P<0.05);两组术后Z_(3)^(1)、Z_(3)^(-1)比较差异无统计学意义(P>0.05)。(3)两组中度、高度近视患者术后3个月眼压、泪膜破裂时间、Schirmer Ⅰ值差异均无统计学意义(P>0.05)。(4)术后3个月,两组中度、高度近视患者眼压、泪膜破裂时间、Schirmer Ⅰ值、Kolcaba评分、VAS评分差异均无统计学意义(P>0.05)。结论 FS-LASIK、SMILE手术治疗均可实现对中度、高度近视患者屈光矫正效果,治疗后均可获得稳定角膜表面形态,患者主观眼部感受均良好,但SMILE术后短期内视觉质量提升优势显著。

激光选区熔化ZrC增强铌合金的组织与性能研究

铌合金在超高温环境具有优异的强度和轻量化优势,但传统加工工艺难以实现对其复杂构件的制备。本研究采用激光选区熔化技术制备了组织致密的Nb52和Nb52–0.1ZrC两种铌合金,通过引入碳化物的方法提高了铌合金的力学性能。研究表明,ZrC的引入显著提高了铌合金的强度,其打印态屈服强度、抗拉强度和塑性应变分别达745.91 MPa、795.45 MPa和1.8%,室温断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂混合断裂模式。本研究扩宽了铌合金的成形工艺,为改善铌合金性能和开发低成本的铌合金体系提供了新的研究思路。

原位表面改性的纳米WC/AlSi10Mg合金增强机制

采用静电自组装工艺合成-系列不同纳米WC含量的表面改性Al Si10Mg粉末,并使用激光选区熔化(SLM)技术制备纳米WC/AlSi10Mg复合材料。结果表明,SLM制备的纳米WC/AlSi10Mg材料中形成多种Al-W金属间化合物相,通过(002)(α(Al))//(104)Al_(5)W的取向关系,证实具有4.7%的低晶格失配度的Al/Al5W可形成良好共格界面。纳米WC颗粒和Al-W相可促使柱状晶转变为等轴晶,获得精细的等轴晶组织。同时,SLM制备的3%(质量分数)纳米WC/Al Si10Mg复合材料具有最优的力学性能,抗拉强度为(464.1±8.68) MPa,伸长率为(5.6±0.95)%。此外,与其他WC/AlSi10Mg复合材料相比,SLM制备的3%WC/AlSi10Mg样品的平均摩擦因数和磨损率最低,分别为0.429和3.842×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。力学和磨损性能的提升主要归因于晶粒细化和第二相析出强化作用。

激光熔覆原位合成反应机制的研究

通过激光熔覆技术,采用不同粒度BN和Ti粉为原料在Ti-3Al-2V钛合金表面原位合成Ti B/Ti N钛基复合涂层。采用扫描电子显微分析(SEM)、X射线衍射(XRD)和显微元素分布(EPMA)分析强化相的形貌、相组成和元素分布,探讨激光熔覆条件下Ti-BN体系原位合成反应机制。结果表明:采用不同粒度BN和Ti粉为原料制备Ti B/Ti N-Ti基复合涂层。粗BN为原料强化相原位反应机制主要由扩散机制和溶解-析出机制共同控制,BN为形核质点,促进Ti N的形核生长;细BN为原料强化相原位反应机制主要由溶解-析出机制控制。

准分子激光原位角膜磨镶术后白内障患者术后远视漂移一例

该文报道了一例40岁女性患者,因“双眼渐进性视物模糊3个月”就诊。患者既往于2005年因高度近视行双眼准分子激光原位角膜磨镶术(LASIK)。最佳矫正视力OD:0.2(–11.00 DS/–1.25 DC×170°),OS:0.7(–4.00 DS/–0.75 DC×25°)。双眼角膜透明,前房中深,晶状体混浊,豹纹状眼底伴后巩膜葡萄肿。诊断为双眼并发性白内障,并行右眼白内障超声乳化联合人工晶状体(IOL)植入术,术中植入+14.0 D IOL一枚,目标屈光度为–0.5 D。术后1周裸眼视力0.3,验光结果示右眼屈光度+2.75 DS,最佳矫正视力0.7。术后2周行右眼IOL置换术,由+14.0 D置换为+17.0 D。右眼术后1周裸眼视力0.8,验光结果示右眼屈光度–0.75 DC×15°。

激光烧蚀方式对织构化球墨铸铁摩擦磨损性能的影响

[目的]为提高球墨铸铁表面的耐磨性,分析了不同激光烧蚀方式对织构化球墨铸铁摩擦磨损性能的影响。[方法]采用传统激光逐点烧蚀方法在球墨铸铁表面直接制备规则的微织构阵列,以及采用激光连续扫描的方式在球墨铸铁表面原位诱导制备不规则的微织构阵列,两种微织构阵列的平均直径和平均面密度保持相同,随后在油润滑条件下进行摩擦磨损试验。通过表面硬度、表面成分、摩擦因数、磨损率等检测,探讨了两种织构化球墨铸铁表面的减摩抗磨性能及机理。[结果]激光逐点烧蚀方式未能提升球墨铸铁的表面硬度,摩擦因数和磨损率分别比原始样件减小9.3%和75%,摩擦磨损试验后表面发生了明显氧化。激光连续扫描方式将球墨铸铁表面硬度由(273±25)HV提升至(428±36)HV,摩擦因数和磨损率分别比原始样件减小20%和78%,摩擦磨损试验后表面未发生明显氧化。[结论]相比逐点烧蚀微织构试样,激光连续扫描制备的微织构样品表面的减摩抗磨性能更优异,同时减少了摩擦时产生犁沟、塑性变形、磨损碎屑等现象,其摩擦学性能的提高归因于非织构区域表面硬度的提高,以及微织构对磨粒的捕捉、储油及动压润滑效应的协同作用。