毫秒激光致固体靶材熔融喷溅的比较实验研究

为了研究毫秒激光致硅靶的熔融喷溅机理,采用阴影法,通过高速CCD获得了毫秒激光与固体靶材(硅靶和铝靶)相互作用的序列阴影图,研究了毫秒激光致固体靶材的融熔喷溅过程。实验上对比了毫秒激光致硅靶和铝靶熔融喷溅过程的不同,并对毫秒激光致固体熔融喷溅形成的机制进行了讨论。根据两种靶材融熔喷溅机理不同,解释了两种靶材融熔喷溅物的形貌、喷溅角度、喷溅物分布和喷溅物亮度不同的原因。结果表明,毫秒激光对两种靶材均能产生气化和熔融喷溅过程,但气化强度和熔融喷溅物的形态、亮度均不相同;激光作用硅靶时,作用区域所产生的气化现象不明显,熔融喷溅物呈液滴状,其亮度强于背景光,熔融喷溅方向与靶材前表面法线所成角的最大值为45°,熔融喷溅物分布在其间;而激光作用铝靶时,作用区域的铝靶所产生的气化现象更加明显,熔融喷溅物呈线状不透明流体,其亮度低于背景光,熔融喷溅方向与靶材前表面法线所成角度为20°,熔融喷溅物分布在熔融喷溅方向所在的直线周围。该研究对激光加工技术是有帮助的。

转炉炼钢爆炸和熔融物喷溅事故分析

对转炉炼钢中爆炸和熔融物喷溅事故的形成机理进行引深入分析,讨论了了预防管理措施。

毫秒激光打孔时熔融物喷溅实验与数值研究

针对毫秒激光打孔中物质的气化和喷溅过程进行了实验和数值研究。首先通过高速摄影技术得到气化和喷溅过程出现时间及熔融物喷溅轨迹。进而基于流体力学理论,利用有限元法建立毫秒激光打孔的计算模型,模拟熔融物喷溅过程。实验结果表明,随着激光能量增加,喷溅颗粒轨迹更多地集中于材料表面的法线方向,喷溅持续时间增加。喷溅速度逐渐增加至10 m/s量级,之后由于熔融物比重降低则逐渐趋于饱和。数值模拟结果与实验基本一致,小孔深度的增加造成了喷溅速度降低。

高温熔融金属处理过程中的安全防护技术

高温熔融金属处理在冶金工业中具有重要的应用价值,但其操作过程存在较高的风险。文章系统地分析了高温熔融金属处理过程中的主要风险因素,并提出了针对性的安全防护技术措施,以提高操作安全性。通过具体的工艺控制和工程防护措施,有效地降低了高温作业中的事故发生率。文章详细探讨了个人防护装备(PPE)、工艺控制措施、工程防护措施以及应急预案与演练的重要性,为高温熔融金属处理提供了理论依据和技术支持。

毫秒激光与硅靶相互作用靶材后表面温度的干涉法测量

研究了毫秒激光与硅靶相互作用后表面的蒸气速度和后表面温度变化。由实验得到了脉宽为1 ms、能量密度为5.82×10~3J/cm^2的激光与厚度为0.3 mm的硅靶相互作用过程的序列干涉图。观察该序列干涉图发现,激光辐射466μs时,硅靶的前表面和后表面均产生了气化现象;激光作用699μs后,硅靶的前表面和后表面均有液态喷溅物出现。通过相邻两幅干涉图的干涉条纹位置变化及时间间隔,计算得到了激光辐射466~699μs时后表面蒸气的膨胀速度为20.47±0.08 m/s。根据Rankine-Hugoniot关系、气体动力学理论以及Knudsen层的质量、动量、能量守恒方程,计算得到硅靶后表面附近的蒸气压强。考虑物质蒸气压强满足克拉伯龙—克劳修斯方程,计算得到激光作用466~699μs时硅靶后表面的平均温度为3551.2±2 K,计算结果与文献基本吻合。最后,根据计算的温度分析了熔融喷溅的产生机理。

镀料粒子脱靶方式对纯铝镀层微观组织的影响

传统磁控溅射的镀料粒子碰撞溅射脱靶后具有较低的离化率和沉积动能,致使制备的纯金属镀层极易形成带有微空隙的柱状结构,降低了镀层的致密性和膜基结合力。针对此问题,在磁控溅射环境下将阴阳极间的电流提升至气体放电伏安特性曲线中的弧光放电过渡区时,受靶面晶界和缺陷处电子逸出功低于晶粒内的影响,靶面微区会形成电子逸出的自增强效应,并产生弧光放电现象。弧光放电使靶面微区熔融,该区域的镀料粒子将以熔融喷溅的方式脱靶,凭借熔融喷溅的高产额特性提高镀料粒子的碰撞离化率,为实现镀层组织的调控打下基础。实验结果发现:本研究采用高频振荡脉冲电场,在逐步提升靶电流的过程中,靶面的微观形貌会由不规则的凹坑状形貌逐渐转变为圆形熔坑和沟壑状形貌,说明镀料粒子的脱靶方式由碰撞溅射逐渐转变为熔融喷溅。靶电流为2 A时,镀料粒子主要以碰撞溅射脱靶,制备的纯Al镀层呈现出典型的柱状组织,而在柱状组织间存在着微小间隙。靶电流增大至14 A时,镀料粒子以熔融喷溅脱靶为主,大量离化的镀料粒子可在基体偏压电场下加速沉积,提高了镀料粒子的扩散能力,弱化了镀层柱状生长的倾向,易使镀层形成致密的组织。同时,镀层的沉积速率和膜基结合力也会有明显提升。

基于ANSYS生死单元法的长脉冲激光金属打孔仿真

以脉宽为毫秒量级的单脉冲激光逆重力方向对金属的打孔实验为模拟对象,利用ANSYS软件并基于生死单元方法进行了数值仿真。根据靶材受热表面的气化压力反作用于熔融层的力学效应,建立了熔融液体克服表面张力运动的喷溅模型;分别用有限元法和有限差分法对二维轴对称的热传导方程和流体的一维欧拉运动方程进行耦合求解,得到了不同时刻模型的温度场和流场;应用生死单元法使发生喷溅的熔融液体单元在计算中失效,并得到了孔洞内壁和洞口表面的形状,其形貌与文献报道的实验结果相符合。数值结果显示出洞底附近的孔洞内壁具有不规则凹凸,而洞口则呈喇叭状,这是打孔过程中熔融液体在洞底附近的熔融层较薄处发生流动中断和位于洞口两侧的液体间张力作用所致。