激光定向能量沉积Al-Mg-Sc-Zr修复5083-H112铝合金的组织和性能

激光定向能量沉积增材修复技术具有时间短、效率高、成本低、力学性能好等优点,具有很大的发展潜力。采用Al-7.5Mg-0.3Sc-0.28Zr作为修复材料对轨道交通用5083-H112铝合金进行激光修复实验,得到了致密、无缺陷的修复试样,并对其组织和性能进行研究,探讨了激光修复铝合金的可行性。结果表明,熔合线附近过渡区可划分为修复区、部分熔化区、热影响区和母材。修复区为完全等轴晶,由平均晶粒尺寸为4.95μm的细晶带和18.34μm的粗晶区组成。从修复区到部分熔化区再到热影响区的过渡区域,Al元素含量逐渐升高,Mg元素含量逐渐下降,硬度逐渐下降,修复后母材未被软化。由于激光增材制造技术的快速凝固,在熔合线附近的细晶带有较大的应力集中,由于较小的热输入在部分熔化区、热影响区的残余应力较小。修复试样的屈服强度为(152±2)MPa,为母材的89.4%;抗拉强度为(305±5)MPa,为母材抗拉强度的100%;伸长率为(15.5±0.5)%,为母材的85.2%;断裂发生在强度较弱的母材。高性能的激光修复铝合金是可实现的,具有广泛的应用前景。

激光定向能量沉积承压设备鉴定方法研究

增材制造技术以其快速熔化、从下到上、层层堆叠的技术特点,在复杂异形结构与一体化成形等方面具备突出优势。该技术还具有成型效率快、材料利用率高等特点,在核能领域有着极大的发展潜力。但是,目前缺少增材制造成品鉴定方法,阻碍了其在各个领域的进一步应用。基于此,以某堆形回路干式过滤罐为对象,研究系统性的产品全流程鉴定方法,形成面向核能领域的增材制造鉴定流程。

基于边缘梯度搜索的激光定向能量沉积熔池尺寸提取方法

针对激光定向能量沉积过程中存在熔池弱边缘导致熔池宽度难以准确提取的问题,本工作基于熔池边缘灰度梯度变化差异,提出了一种基于边缘梯度搜索模型的熔池宽度提取方法。为了得到精确的熔池尺寸,首先基于数学形态学的方法对熔池图像进行预处理得到粗定位边缘,然后通过试验确定弱边缘梯度阈值,最后采用边缘梯度搜索模型对粗定位边缘进一步分割得到精分割边缘,使用椭圆拟合法进行边缘拟合得到熔池宽度,试验结果表明该方法具有良好的熔池宽度检测精度。

Al_(2)O_(3)-TiC_(p)复相陶瓷激光定向能量沉积直接增材制造

Al_(2)O_(3)-TiC_(p)(AT)复相陶瓷材料以其优异的综合力学性能而被广泛用作金属切削刀具材料。针对AT材料传统烧结方法在能耗及周期方面的局限,本工作利用激光定向能量沉积技术开展了AT复相陶瓷材料直接增材制造的研究,系统探讨了不同TiC_(p)比例对复相陶瓷材料微观结构和力学性能的影响。结果表明TiC_(p)颗粒均匀分布在成型样件的基体中,掺杂TiC_(p)细化了Al_(2)O_(3)晶粒。同时,由于TiC_(p)与Al_(2)O_(3)基体的热膨胀失配引起裂纹出现偏转、贯穿颗粒等现象,消耗了裂纹扩展能量,进而有效抑制了AT材料直接增材过程中的裂纹扩展行为。掺杂TiC_(p)颗粒对熔池形成冲击,在一定程度上加快了气体的逸出速率,进而提高了材料的相对密度。但TiC_(p)含量过高将加剧其与Al_(2)O_(3)基体在高温时的化学反应,生成的气体使复合材料中出现较大气孔并降低了材料部分力学性能。TiC_(p)质量分数为30%的复合材料的相对密度达到96.64%、平均显微硬度达到21.07 GPa和断裂韧性达到4.29 MPa·m^(1/2)。

激光定向能量沉积工艺对Mo涂层裂纹及耐磨性的影响

为提高Cu合金表面硬度、耐磨性,用激光定向能量沉积技术在其表面制备Mo涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机对涂层的物相组成、显微组织、显微硬度和耐磨性进行表征。结果表明:Mo涂层均为单一的Mo相,存在较多气孔、裂纹缺陷;Ni/Mo过渡涂层出现Ni_(3)Mo新相;受涂层致密度影响,Mo涂层显微硬度差异明显,硬度最高可达(498.5±21.1)HV_(0.3);耐磨性是基体的4.19倍,磨损机理主要为磨粒磨损。

激光定向能量沉积钴基合金热疲劳行为

针对再生冷却推力室等零件在服役过程中经受循环热冲击,容易发生热疲劳失效等问题,采用机械球磨混粉和激光定向能量沉积相结合的方法,在Stellite 6合金中添加铝和镍元素,制备了新型钴基合金。在室温至600℃进行自约束热疲劳测试,并采用扫描电子显微镜、X射线衍射和激光共聚焦显微镜等多种方式系统表征了测试前后钴基合金的显微组织演变和裂纹萌生及扩展过程。结果表明:与商用Stellite 6钴基合金相比,铝和镍元素的添加抑制了沉积态钴基合金中-Co的出现,并且在热疲劳过程中也限制了γ-Co向-Co的转变。3Al合金和3Al5Ni合金热疲劳裂纹出现的临界循环次数分别提高了250次和550次,裂纹扩展速率降低了7.5和12.25。新型钴基合金拥有更高的层错能,组成相更稳定,热疲劳过程中γ/相界面更少,减少了热疲劳裂纹萌生和扩展,从而大幅提升抗热疲劳性能。

一种激光定向的多窗口设计

在激光侦察告警等应用领域需要精确测定入射激光的方向。通过对平行激光在光学劈尖上产生等厚干涉条纹的分析,得到了激光入射倾角与条纹间距的关系,提出了利用入射激光在相邻3个光学劈尖上产生干涉条纹的间距来确定激光入射方向的探测模型,并详细论证了该模型的探测原理。给出了一种由9个光学劈尖组成的可实现半球空间激光定向的多窗口设计方案。理论计算表明,该方案切实可行,且在探测精度、反应速度和系统组成等方面与现有的激光定向技术方案相比具有一定的优越性。

基于库德光路的小型激光定向发射装置设计

根据激光发射与光学跟瞄一体化结构设计需求,本文基于库德光路设计加工了一套小型激光定向发射装置,其光学成像探测视场和激光发射共光轴,并开发了二维转台控制系统及软件,能够控制激光定向发射到指定空域内任意方位目标。利用激光定向发射装置和控制软件,完成了对实验室内目标手动光学瞄准和激光打击一体功能实验。

应用全息透镜的新型激光定向系统

提出一种由望远系统和全息透镜组成的新型激光定向系统,该系统可实现用点光电探测器代替面探测器,并提出制作四焦点全息透镜的新方法,同时,给出该系统的理论分析和初步实验结果。

两类强激光定向能：概念与应用

把足够的激光能量沿给定的方向输送到远处确定的目标上去的技术称为“强激光定向能技术”。定向能技术可以有各种不同的和平应用与军事应用，涉及到多学科前沿的科学、技术与工程问题，是当前国际上引人注目的研究领域。西方首先介绍激光定向能的概念，然后按物理与技术特征的不同，将其分为两类：远距离、小光斑型的为A类，其典型应用有激光清除空间垃圾、激光武器；较近距离、大光斑型的为B类，其典型应用有激光清除海面石油污染等。对两类激光定向能科学技术特征的差异进行了分析。正确理解强激光定向能的物理概念和技术特性，对实际应用系统的合理设计，具有重要意义。

激光定向能量沉积增材修复5083铝合金组织与力学性能

以Al-Mg-Sc-Zr合金粉末作为修复原料,采用激光定向能量沉积法对开槽5083铝镁合金进行增材修复,用金相显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射、室温拉伸试验及显微硬度测试等手段,研究5083铝合金试样修复前后的微观组织与力学性能,同时对不同修复体积占比的试样力学性能进行对比。结果表明:修复区熔合线附近柱状晶呈树枝状,垂直于熔合线方向向基体呈外延生长。修复区为典型的熔池分布,晶粒尺寸为4-9μm,存在较多孔洞,熔合线和扫描轨道附近析出大量Al_(3)(Sc,Zr)颗粒。5083基体材料与开槽修复件的抗拉强度相差不大,分别为190.80 MPa和197.73 MPa,但修复试样的伸长率显著降低。从基体至修复区的2 mm范围内,硬度均值(HV)从50逐渐提高至100。

激光定向巷道腰线标定方法

介绍掘进巷道腰线的标定是井下测量人员,必须掌握的一种方法,应用好会对工程质量、掘进速度等等各方面起到很大的作用,该文总结归纳了几种常用的方法,特别是对于激光定向巷道和钢丝绳皮带机皮带架腰线在每一段连接标注上有一定指导意义。

激光定向能量沉积与喷丸复合工艺成形性能研究

激光定向能量沉积与喷丸复合增材工艺,是以逐层喷丸的形式将喷丸表面强化原理与增材制造原理相结合,以达到降低工件缺陷和消除拉应力目的的一种复合工艺。比较该工艺机理与激光定向能量沉积工艺成形FeCrNiBSi合金试样的加工性能与质量,结果表明:复合工艺可将成形件表面的拉应力转变为压应力;与激光定向能量沉积工艺相比,复合工艺成形的试样密度提高了8.83%、表面粗糙度值降低了35.7%、拉伸强度与屈服强度分别提升了12.13%和53.24%。

美国空军计划研制灵巧的激光定向红外对抗系统

美国空军计划研制灵巧的激光定向红外对抗系统美国空军的一项新方案意图证实一种利用激光的灵巧的红外定向对抗系统对抗多种不同的ＩＲ制导导弹的能力。这个被称为激光红外对抗飞行实验（ＬＩＦＥ）的方案，是由俄亥俄州的Ｗｒｉｇｈｔ—Ｐａｔ－ｔｅｒｓｏｎ空军基地Ｗｒ...

浅述激光定向仪在反导井中的应用

隧洞施工测量放样一般使用仪器为全站仪，激光定向仪的出现使隧洞放样更加方便快捷，下面以反导井为例浅述在隧洞内激光定向仪的安装、控制检查、应用及如何保证控制精度的预备方案。

激光定向能量沉积IN718/316L异质金属结构界面组织及力学性能研究

针对IN718镍基合金和316L不锈钢异质金属连接形成的明显界面导致构件整体强度低的问题,采用激光定向能量沉积(Laser directed energy deposition, LDED)工艺制备了IN718和316L直接连接和梯度连接构件。采用扫描电子显微镜(Scanning electronmicroscope,SEM)和电子背散射衍射(Electron backscattered diffraction,EBSD)观测了异质金属直接连接和梯度连接构件的界面处微观组织分布。此外,采用数字图像相关法(Digital image correlation, DIC)原位拉伸技术研究了IN718/316L异质金属直接连接和梯度连接构件的整体强度,以及拉伸过程中界面处的应变规律。结果表明,IN718/316L直接连接构件存在明显界面,界面处微观组织分布存在较大差异;从IN718端至316L端,Fe等元素含量明显升高, Ni和Nb等元素含量明显降低。IN718/316L梯度连接构件无明显的连接界面,沿梯度方向,微观组织由胞状晶向柱状树枝晶转变。抗拉强度与直接连接构件相比提高了约28.77%。采用异质金属梯度连接可有效消除异质金属间的明显界面,实现元素分布渐变,明显提升异质金属的抗拉强度。

原位激光定向能量沉积NiTi形状记忆合金的微观结构和力学性能

以Ni粉与Ti粉为原料,采用激光定向能量沉积(LDED)技术制备NiTi形状记忆合金。利用XRD、物相拟合、SEM、EDS和DSC等测试方法,对NiTi合金的显微组织、物相含量和物相转变进行分析,随后采用压缩圆柱样品进行形状记忆效应测试,并评估其形状记忆效应。激光能量密度较低时,NiTi合金中产生大量Ni_(4)Ti_(3)相沉淀,随着激光能量密度增加,Ni_(4)Ti_(3)相消失。激光能量密度为20.0 J/mm^(2)时,NiTi合金具有2878 MPa的压缩断裂强度与34.9%的压缩失效应变,且样品在循环20 cyc后具有88.2%形状记忆恢复率。

多光束变光斑激光定向能量沉积工艺及分析模型

为了兼顾成形效率与精度,提出多光束变光斑激光定向能量沉积技术。研发了多光束变光斑激光熔覆头,该熔覆头采用3个激光输出头设计,输出的激光束在焦点处汇聚,每束激光束具有不同直径。开发了变光斑控制模块,通过控制3个激光束的不同组合,实现小光斑与多光束组合大光斑的快速变换。基于能量守恒和质量守恒原理,分析了激光、粉末和基板的交互作用,建立了多光束变光斑激光定向能量沉积工艺分析模型。经过实验证实,该分析模型能够预测不同工艺参数下的熔覆单道尺寸与粉末利用率,可为该工艺的参数优化和工艺参数选定提供参考。多光束变光斑激光定向能量沉积工艺具有响应速度快、可靠性高、激光能量利用率高等优点,为变光斑激光定向能量沉积工艺提供新的方法和相应的理论基础。

不同热处理对激光定向能量沉积技术+锻造复合制造TC4钛合金组织与力学性能研究

研究激光定向能量沉积+锻造技术复合制造Ti-6Al-4V(TC4)钛合金热影响区组织演变规律,分析对比三种热处理后:复合制造TC4钛合金的组织特征和力学性能。结果表明,复合制造试样可以分为锻造区、热影响区和增材区三个显微组织不同的区域。热影响区的显微组织形貌具有双态组织和网篮组织的双重特征,锻造侧热影响区的等轴α相在热输入的影响下发生长大,含量明显增加,而增材区侧热影响区形成了大量的细小层状α相。经600℃及800℃退火后试样热影响区中α板条宽度相近,但800℃退火工艺试样的热影响区中存在部分等轴α相,经975℃双重退火工艺使得热影响区晶粒发生明显粗化。热影响区硬度平均值约为394 HV,明显高于锻造区的322 HV和增材区的340 HV。在相同热处理工艺下,复合制造TC4钛合金试样的力学强度性能高于同等工艺参数增材制造TC4试样和标准TC4锻件的性能,但断后延伸率较增材试样低约31%。在热处理工艺方面,600℃退火试样的力学强度性能最优,较975℃双重退火试样屈服强度升高了约41MPa,且三种热处理试样的断后伸长率与面缩率差异很小。

铸铁风机叶轮表面激光定向能量沉积铜合金CuSn15性能与工艺研究

防爆鼓风机叶轮为实现防爆功能,多采用铜合金整体铸造,制造资源消耗大,生产成本昂贵,通过在铸铁叶轮表面激光定向能量沉积的方法熔覆防爆铜合金能够有效降低资源消耗,节约成本。然而,铸铁与铜合金物理性能差异巨大,且铜合金的激光吸收率极低,在铸铁表面沉积铜合金极易产生氧化、裂纹、难以融合等缺陷。为实现在铸铁表面进行高质量铜合金激光定向能量沉积成形,首先研究预热缓冷工艺等温度梯度控制策略对激光定向能量沉积质量的影响,进而通过观察微观组织形貌以及测量结合界面处的显微硬度,分析NiCrBSi和Inconel 718两种镍基合金过渡层对沉积效果的影响,并完成复杂叶轮表面激光熔覆工艺路径规划。最终,通过采用预热缓冷工艺并选择合适的过渡层,成功实现在铸铁叶轮表面进行CuSn15的激光定向能量沉积,所得沉积层无裂纹、孔洞等缺陷。