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激光粉末床熔化成形铝基复合材料结构残余应力与变形研究
1
作者 孙华 刘徐颖 +3 位作者 廉清 王洪泽 吴一 王浩伟 《航空制造技术》 北大核心 2025年第20期42-53,共12页
面向激光粉末床熔化成形工艺中金属粉末局部熔凝引发的残余应力问题,以TiB2/AlSi10Mg复合材料为研究对象,采用多尺度数值模拟技术预测了宏观结构的残余应力和变形特征,研究了激光功率、扫描速率和扫描方向对拱桥结构残余应力和变形的影... 面向激光粉末床熔化成形工艺中金属粉末局部熔凝引发的残余应力问题,以TiB2/AlSi10Mg复合材料为研究对象,采用多尺度数值模拟技术预测了宏观结构的残余应力和变形特征,研究了激光功率、扫描速率和扫描方向对拱桥结构残余应力和变形的影响规律。研究表明,多尺度数值模拟结果与试验测试结果具有良好的一致性。激光功率越大,熔池尺寸和温度越高,材料等效固有应变越大,结构的残余变形越大。激光扫描速率越快,熔池存在时间越短,材料等效固有应变越小,结构的残余变形越小。扫描方向主要通过改变残余应力分布形式对结构变形模式产生影响,当层间转角为0°时,沿扫描方向的材料固有应变远大于垂直扫描方向的材料固有应变,因此当激光扫描方向全部为顺桥向时,拱桥结构转角变形最大,全部为横桥向时,拱桥结构转角变形最小;当扫描层间转角为45°、67°和90°时,材料固有应变各向异性程度低,拱桥结构残余变形差异不明显,转角变形值位于中等水平。 展开更多
关键词 激光增材制造 铝基复合材料 数值模拟 残余应力 残余变形
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飞秒激光微加工技术对不锈钢材料表面性能影响研究
2
作者 何雪莉 肖强 徐睿 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第4期41-46,共6页
为了实现304不锈钢表面超疏水性等表面性能的改进,对不锈钢材料进行飞秒激光表面微结构加工和硅烷化学改性;利用扫描电镜观测结构形貌特征及化学修饰后整体情况,确定不同形貌对疏水性能的影响,分析飞秒激光加工微结构粗糙度(Ra)与接触... 为了实现304不锈钢表面超疏水性等表面性能的改进,对不锈钢材料进行飞秒激光表面微结构加工和硅烷化学改性;利用扫描电镜观测结构形貌特征及化学修饰后整体情况,确定不同形貌对疏水性能的影响,分析飞秒激光加工微结构粗糙度(Ra)与接触角的相关性;同时对超疏水不锈钢进行超疏水耐久性、耐腐蚀性、自清洁性及耐磨性的相关性能测试。分析与测试表明:随着激光加工表面微纳结构Ra的增大,接触角也随之增大;当表面Ra为1.75μm时,疏水角度达到最优值154.9°;通过计算两种材料的腐蚀速率可得,原始不锈钢是超疏水不锈钢速率的15倍,材料的耐腐蚀性也得到了大幅提升。结论表明,经过表面改性的304不锈钢,具备良好的超疏水性能,比原始不锈钢具有更好的抗腐蚀效果,且表面具有良好的自清洁效应。 展开更多
关键词 不锈钢 飞秒激光 微结构 表面性能 超疏水
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激光开窗技术在毛细管阵列国产化中的质量控制
3
作者 阮德林 管桦 +2 位作者 张涛 侯春丽 陈力 《机电产品开发与创新》 2025年第4期111-114,共4页
针对法医遗传分析仪关键耗材-毛细管阵列的国产化研制过程中影响原始信号收集的关键因素毛细管检测窗口的质量问题,对开窗技术进行研究,创新研发激光精密开窗方法,结果表明该方法在空间校正、峰高一致性和基线噪声方面均有优秀表现,可... 针对法医遗传分析仪关键耗材-毛细管阵列的国产化研制过程中影响原始信号收集的关键因素毛细管检测窗口的质量问题,对开窗技术进行研究,创新研发激光精密开窗方法,结果表明该方法在空间校正、峰高一致性和基线噪声方面均有优秀表现,可应用于毛细管阵列的批量生产中,极大提高国产化毛细管阵列的封装质量。 展开更多
关键词 毛细管阵列 激光技术 开窗 封装
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激光冲击诱导镍基高温合金极端应变率拉伸变形行为的分子动力学研究
4
作者 盛湘飞 袁文志 +2 位作者 苟江龙 朱明晋 李智 《表面技术》 北大核心 2025年第13期171-183,共13页
目的揭示镍基高温合金(GH4169)在激光冲击诱导极端应变率下拉伸变形力学响应的变化规律,以及材料微观组织结构的演变机制。方法采用分子动力学建立极端应变率条件下不同合金元素组分及晶体结构的拉伸变形仿真分析模型。结果在10^(9) s^(... 目的揭示镍基高温合金(GH4169)在激光冲击诱导极端应变率下拉伸变形力学响应的变化规律,以及材料微观组织结构的演变机制。方法采用分子动力学建立极端应变率条件下不同合金元素组分及晶体结构的拉伸变形仿真分析模型。结果在10^(9) s^(-1)应变率条件下拉伸,3种合金元素组分单晶模型的弹性模量分别为240、237、217 GPa,极限抗拉强度分别为28.3、27.1、17.6 GPa;对于8种合金元素组分的模型,在10^(8)、10^(9)、10^(10)s^(-1)等3种应变率条件下拉伸,单晶模型的弹性模量均为217 GPa,极限抗拉强度分别为17.1、17.6、18.7 GPa;多晶模型的弹性模量分别为213、220、226 GPa,极限抗拉强度分别为9.6、10.3、11.8 GPa。结论8种合金元素组分对应单晶模型的弹性模量和极限抗拉强度与实验结果更接近。在相同拉伸变形条件和特定晶体取向前提下,晶体类型对材料弹性模量的影响较小。另外,单晶模型在极端应变率条件下表现出更高的塑性变形抗力。多晶模型因晶粒尺寸低于10 nm,在变形过程中其位错形态及其分布均表明存在逆Hall-Petch效应,且该效应的形成与材料在极端应变率条件下发生塑性变形时晶粒内部出现的位错增殖导致位错塞积,以及位错滑移至晶界附近并被其吸收这2种现象的进行速度之间的竞争机制有关;在极端应变率拉伸变形过程中,弹性模量对应变率变化的敏感度不高。极限抗拉强度随着应变率的增加而增加,表现出明显的应变率强化现象。此外,当应变率达到10^(10)s^(-1)时,因位错滑移时间较短,单晶与多晶模型晶粒内部均出现了位错增殖和由位错墙组成的亚晶界。多晶模型因晶粒内部位错增殖速度大于滑移至晶界被吸收的速度,这在一定程度上削弱了逆Hall-Petch效应导致材料塑性变形抗力降低的影响。 展开更多
关键词 激光冲击 镍基高温合金 逆Hall-Petch效应 极端应变率 分子动力学
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微细选区激光熔化制备Inconel 718合金微观组织和可加工性研究 被引量：1
5
作者 李光先 韦国阳 +3 位作者 周柱坤 范雪 解东旋 高振桓 《航空制造技术》 北大核心 2025年第20期54-67,共14页
微细选区激光熔化(μSLM)逐步成为金属零件高质量、高精度近净成形的新方向。然而,目前对于μSLM工艺优化与材料性能尚无系统研究。因此,本文系统探究了不同工艺下μSLM材料的打印质量,以及其与常规选区激光熔化(cSLM)成形材料在机械性... 微细选区激光熔化(μSLM)逐步成为金属零件高质量、高精度近净成形的新方向。然而,目前对于μSLM工艺优化与材料性能尚无系统研究。因此,本文系统探究了不同工艺下μSLM材料的打印质量,以及其与常规选区激光熔化(cSLM)成形材料在机械性能与加工性能方面的差异。基于成形材料的致密度与孔隙率,对μSLM工艺参数进行优化。通过SEM、EBSD和信号分析等测试与表征手段,对比分析最优μSLM工艺成形材料与cSLM材料微观结构差异及机械/切削性能差异。μSLM材料较cSLM材料具有更高的冷却速率(2.1×10^(6) K/s),使得其成形试样的晶粒较小,最终拥有更高的抗拉强度(1009MPa,提升2.4%)和更差的可加工性。cSLM材料受限于大光斑和粗粉末,其成形表面质量较差,内部缺陷较多,且在铣削过程中振动较为明显。本研究提供了Inconel718μSLM制造的合理工艺窗口,建立了成形工艺—微观结构—机械/切削性能之间的联系,对μSLM工艺的优化提供了理论依据。 展开更多
关键词 INCONEL718 微细选区激光熔化(μSLM) 可加工性 显微组织 力学性能
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渗氮H13钢激光熔覆涂层设计与组织性能分析 被引量：1
6
作者 胡琦芸 王辰阳 +2 位作者 蒋华臻 占剑 李正阳 《表面技术》 北大核心 2025年第5期203-216,共14页
目的针对渗氮H13钢激光修复中N容易析出并形成气孔的问题,根据熔池反应热力学原理,设计了含Ti和含Co 2种熔覆材料,研究N的分布和释放机制,在渗氮H13钢基板上获得无明显孔洞、裂纹缺陷且性能优良的激光熔覆复合涂层。方法试验了2种方案,... 目的针对渗氮H13钢激光修复中N容易析出并形成气孔的问题,根据熔池反应热力学原理,设计了含Ti和含Co 2种熔覆材料,研究N的分布和释放机制,在渗氮H13钢基板上获得无明显孔洞、裂纹缺陷且性能优良的激光熔覆复合涂层。方法试验了2种方案,方案一,对基板渗氮表层进行激光重熔预处理,再熔覆H13钢与Stellite钴基合金的混合粉末;方案二,先以不同配比的H13钢与Ti的混合粉末打底,再熔覆H13钢与Stellite钴基合金的混合粉末。通过光学显微镜、扫描电子显微镜、背散射电子衍射、X射线衍射等材料表征手段观测涂层的微结构,进行显微硬度测试和电化学腐蚀试验。结果方案一中,激光重熔预处理会促使N释放,经过激光熔覆后,涂层组织以马氏体为主,存在大片残余奥氏体;方案二中,随着H13钢与Ti混合粉末中Ti元素添加量由0%增加至10%,涂层与基体冶金过渡区存在明显差异,H13+10%Ti涂层组织为马氏体和弥散分布的碳化物,H13+50%Stellite涂层内组织均匀致密,主要为马氏体和残余奥氏体。结论通过激光熔化沉积技术制备了具有较高硬度和较好耐腐蚀性的激光熔覆涂层,解决了渗氮H13钢强化与修复中氮气孔形成以及涂层与基体结合区成分偏析的问题。 展开更多
关键词 激光修复 渗氮H13钢 氮析出 涂层设计 显微硬度 电化学腐蚀
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304不锈钢化学蚀刻-激光加工多级织构化及其摩擦学性能 被引量：1
7
作者 翁文丰 万鹏 +2 位作者 曹达华 李文轩 贾丹 《电镀与涂饰》 北大核心 2025年第2期15-19,共5页
[目的]针对激光制备表面微纳结构在机械外力作用下易遭受磨损和破坏的难题,提出将化学蚀刻和激光加工相结合的方法在304不锈钢表面构建多级织构。[方法]先对304不锈钢化学蚀刻形成一级织构,再通过激光加工得到面积密度为20%的二级织构... [目的]针对激光制备表面微纳结构在机械外力作用下易遭受磨损和破坏的难题,提出将化学蚀刻和激光加工相结合的方法在304不锈钢表面构建多级织构。[方法]先对304不锈钢化学蚀刻形成一级织构,再通过激光加工得到面积密度为20%的二级织构。研究了304不锈钢表面多级织构化后的微观结构、成分、相组成和显微硬度,以及在食用油润滑条件下表面织构形状对不锈钢表面摩擦学性能的影响。[结果]304不锈钢经化学蚀刻后表面形成了规则排布的凸点,平均摩擦因数降低16%。进一步激光加工后,304不锈钢表面发生重熔和硬化,形成了直径约55μm的液滴状斑点,显微硬度升至(205.4±36.2)HV,平均摩擦因数降低。激光加工构建的表面织构为正方形时,304不锈钢的平均摩擦因数最低(为0.085),耐磨减摩性能最佳。[结论]通过化学蚀刻和激光加工复合工艺可在不锈钢表面获得稳定的多级织构,有助于推动不锈钢材料在耐磨、减摩及不粘产品领域的应用。 展开更多
关键词 不锈钢 多级表面织构 化学蚀刻 激光加工 微观结构 摩擦学性能
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增材制造金属零件超快激光抛光技术研究进展 被引量：1
8
作者 王志 董世运 +3 位作者 闫世兴 刘晓亭 李立伟 夏丹 《表面技术》 北大核心 2025年第7期19-33,共15页
增材制造(AM)具有加工步骤简单、可原位制造、可定制零件等突出特点,在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域获得了广泛认可。但是增材制造的金属零件表面粗糙度较高、成形尺寸精度较差,需要进行表面抛光才能使用,这限制了该技术优势的... 增材制造(AM)具有加工步骤简单、可原位制造、可定制零件等突出特点,在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域获得了广泛认可。但是增材制造的金属零件表面粗糙度较高、成形尺寸精度较差,需要进行表面抛光才能使用,这限制了该技术优势的发挥。如何突破这一技术瓶颈成为当前的研究热点,原位抛光是其中一个分支。基于此,综述了超快激光抛光增材制造金属零件的新进展。概述了金属增材制造的主要工艺、零件表面的主要缺陷以及主要的抛光技术,总结归纳了传统激光抛光的不足和超快激光抛光的加工优势;重点综述了金属的超快激光抛光发展、超快激光抛光机制、金属AM零件的超快激光抛光发展现状、设备集成发展等方面的内容;最后指出了超快激光抛光增材制造零件及其设备的发展方向,对该技术将得到广泛应用的前景进行了展望。本文填补了在增材制造金属零件表面超快激光抛光方面的综述空白。 展开更多
关键词 增材制造 表面后处理 激光技术 超快激光 激光抛光
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激光冲击强化加工路径对齿轮钢表面力学性能影响规律研究 被引量：1
9
作者 薛成 雷敦财 +3 位作者 颜雪源 臧顺来 董红涛 游志伟 《航空材料学报》 北大核心 2025年第1期62-69,共8页
对于齿轮类航空发动机附件传动系统零件,复杂的工作环境对齿轮表面抗疲劳和耐磨性能提出更高要求。激光冲击强化技术通过使材料表面发生剧烈塑性变形,引入残余压应力,同时提升表面硬度。均匀的残余应力场和表面硬度分布对提升零件疲劳... 对于齿轮类航空发动机附件传动系统零件,复杂的工作环境对齿轮表面抗疲劳和耐磨性能提出更高要求。激光冲击强化技术通过使材料表面发生剧烈塑性变形,引入残余压应力,同时提升表面硬度。均匀的残余应力场和表面硬度分布对提升零件疲劳寿命和耐磨性尤为重要,因此,如何获得均匀的残余压应力场和硬度分布,是激光冲击强化工艺研究的一个重要方面。本工作提出一种4层搭接激光冲击强化加工路径方案,采用有限元数值模拟和实验相结合方法,分析激光冲击强化后残余应力和显微硬度力学性能参数的特征。采用有限元数值模拟方法,对多点冲击9310齿轮钢材料的残余应力空间分布均匀性进行研究。采用实验方法,分析激光能量和冲击次数对9310齿轮钢材料残余应力和显微硬度的影响。结果表明,4层搭接激光冲击强化加工路径方案,能够获得较均匀的表面残余压应力场;随着激光能量和冲击次数增加,表面残余应力和显微硬度也随之增大,但增加幅度会减少,表现出一定饱和趋势。 展开更多
关键词 激光冲击强化 有限元法 残余应力 多点冲击
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SLM成形梯度体积分数镍钛合金Gyroid点阵结构
10
作者 李毅 王晓强 +3 位作者 陈志桥 周燕 文世峰 史玉升 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第4期1179-1194,共16页
通过选区激光熔化技术成形的点阵结构因其优异的抗冲击性能和能量吸收性能在航空航天、机械装备和生物医学等领域受到广泛关注。在本工作中,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同体积分数的均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构,利用有限元... 通过选区激光熔化技术成形的点阵结构因其优异的抗冲击性能和能量吸收性能在航空航天、机械装备和生物医学等领域受到广泛关注。在本工作中,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同体积分数的均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构,利用有限元模拟对Gyroid点阵结构的成形精确度、压缩特性及其在受压变形过程中的应力分布进行了系统研究。结果表明:该点阵结构的压缩曲线可以分为三个阶段,即弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和结构逐层失效阶段;随着体积分数的增大,SLM成形梯度sheet型Gyroid点阵结构吸收总能量增加,Gyroid点阵结构的压缩模量和屈服强度也逐渐增大;在压缩载荷作用下,均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构的应力主要集中于倾斜曲面间的连接区域;随着梯度点阵结构局部体积分数梯度减少,应力集中更加严重;随着梯度点阵结构梯度范围增大,梯度点阵结构形成的应力梯度区间增大;均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构压缩断裂行为均为脆性断裂。 展开更多
关键词 NITI合金 Gyroid点阵结构 激光选区熔化 力学性能 有限元模拟
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面向增材制造的航空发动机支架拓扑优化与工艺协同
11
作者 龚海军 王玲 +3 位作者 亢红叶 左乾隆 安治国 高正源 《机械设计与研究》 北大核心 2025年第3期146-151,159,共7页
针对航空结构件拓扑优化设计中,轻量化与强度性能及快速成型工艺的温度场与应力场协调性不足的问题,提出一种将结构轻量化与选区激光熔化(SLM)成型工艺结合的一体化设计方法,基于体积约束和结构柔度最小化原理,采用面向增材制造(DfAM)... 针对航空结构件拓扑优化设计中,轻量化与强度性能及快速成型工艺的温度场与应力场协调性不足的问题,提出一种将结构轻量化与选区激光熔化(SLM)成型工艺结合的一体化设计方法,基于体积约束和结构柔度最小化原理,采用面向增材制造(DfAM)的理论方法,对航空发动机铝合金支架进行结构拓扑优化和打印工艺的协同设计理论研究。首先,采用静力学数值模拟对支架的四种单一极限工况进行力学分析,确定拓扑优化的设计域以及边界条件;然后,在单一工况拓扑优化的基础上提出了多工况优化设计,并考虑了增材制造工艺约束;最后,结合SLM成型过程的数值仿真,确定铝合金航空支架的打印工艺。仿真结果表明:结构优化后的支架满足力学性能要求,且重量比原设计模型减轻27%。试验结果表明:结构和打印工艺协同优化后的SLM成型支架表面质量较佳,零件激光扫描误差精度达CT7级,X-Ray检测结果显示支架无内部微裂纹、孔洞,抗拉强度≥396 MPa,具有较佳的成型质量与表面精度。采用的面向增材制造的拓扑优化与SLM工艺优化及成型方法,能够为高效完成结构件产品一体化设计与制造提供有益参考。 展开更多
关键词 面向增材制造的设计 选区激光熔化 铝合金航空支架 拓扑优化 轻量化
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SiC_(f)/SiC复合材料锥孔飞秒激光加工方法
12
作者 李兆基 董志刚 +3 位作者 杨峰 鲍岩 康仁科 孙健淞 《航空学报》 北大核心 2025年第10期372-384,共13页
陶瓷基复合材料因其优异的机械性能和耐高温特性成为航空发动机热端构件的优选材料,由于其高硬度、高脆性、低导电性的材料特点,导致小孔径、大深径比、变截面结构的锥形气膜冷却孔加工成为难题,飞秒激光加工是解决该难题的有效方法。... 陶瓷基复合材料因其优异的机械性能和耐高温特性成为航空发动机热端构件的优选材料,由于其高硬度、高脆性、低导电性的材料特点,导致小孔径、大深径比、变截面结构的锥形气膜冷却孔加工成为难题,飞秒激光加工是解决该难题的有效方法。基于锥孔结构,设计了正螺旋轨迹和负螺旋轨迹,并采用倾斜激光束的两步旋切加工方法实现了SiC_(f)/SiC复合材料上正锥孔和负锥孔的高质量加工。加工后锥孔出入口尺寸误差≤10μm,锥度误差≤0.1°;入口边缘覆盖有少量沉积物,出口无沉积物,边缘锋利;正锥孔和负锥孔孔壁形貌均匀,可以观察到被平整去除的纤维和基体结构,孔壁粗糙度Sa分别为1.8μm和2.5μm左右。对锥孔的形成过程进行了研究,分析了孔底形貌、出入口尺寸的演变过程,阐明了锥孔的孔轮廓创成机制,为SiC_(f)/SiC复合材料热端部件锥孔的高质量加工提供了工艺基础及质量评价参考。 展开更多
关键词 陶瓷基复合材料 激光加工 锥孔 加工质量 创成机制
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碳化硅陶瓷基复合材料激光加工技术研究综述
13
作者 尹泽坤 梅雪松 崔健磊 《航空制造技术》 北大核心 2025年第14期42-63,共22页
碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC和C_(f)/SiC)(CMC-SiC)作为一种典型的难加工材料,因其优异的耐高温、抗氧化和高强度性能,在航空航天、国防军工等领域的极端服役环境中展现出巨大的应用潜力。本文系统报道了CMC-SiC激光加工技术的研... 碳化硅陶瓷基复合材料(SiC_(f)/SiC和C_(f)/SiC)(CMC-SiC)作为一种典型的难加工材料,因其优异的耐高温、抗氧化和高强度性能,在航空航天、国防军工等领域的极端服役环境中展现出巨大的应用潜力。本文系统报道了CMC-SiC激光加工技术的研究现状,包括连续激光和长/短脉冲激光加工及超快脉冲激光加工在该材料加工领域中的现状,并探讨了气体、液体、超声振动、电磁等多种能场复合激光加工方法对加工质量的提升效果,分析了激光加工过程中存在的热影响区、氧化层、层间开裂、纤维拔出等关键问题,总结了当前多能场协同加工CMC-SiC的研究成果,为促进多能场复合加工技术的深入发展与应用提供参考。 展开更多
关键词 碳化硅 陶瓷基复合材料(CMC) 激光加工 复合能场 激光钻孔
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激光选区熔化压气机点阵叶轮成形工艺研究
14
作者 魏取龙 姜丽红 +5 位作者 刘征 张文玮 赵明杰 王冠刚 郭正华 余强强 《推进技术》 北大核心 2025年第5期299-310,共12页
压气机叶轮轻量化设计能提升其工作效率和服役寿命,而叶轮因不能改变其外形结构而不适用于拓扑优化的方式。为此,选择去除内部材料填充点阵结构成为轻量化设计的理想选择。本研究以压气机叶轮为研究对象,轻量化设计和成形工艺为目标,采... 压气机叶轮轻量化设计能提升其工作效率和服役寿命,而叶轮因不能改变其外形结构而不适用于拓扑优化的方式。为此,选择去除内部材料填充点阵结构成为轻量化设计的理想选择。本研究以压气机叶轮为研究对象,轻量化设计和成形工艺为目标,采用激光选区熔化技术,以Ti-6Al-4V粉末为材料,研究体心立方(BCC)和Gyroid两种点阵结构填充压气机叶轮的成形工艺。结果表明,设置叶轮外壳工艺参数:激光功率190 W,扫描速度1250 mm/s,扫描策略中对轮廓进行扫描;设置点阵结构参数:激光功率210 W,扫描速度1200 mm/s,不进行轮廓扫描,可以实现点阵叶轮完整成形。点阵结构的填充可以实现约20%的减重,点阵叶轮在成形过程中的变形量为0.12~0.13 mm,比实体叶轮降低了0.23 mm,因而点阵结构的设计能够改善成形过程中的变形。本研究通过完整的工艺流程实现了叶轮轻量化设计和制造。 展开更多
关键词 压气机叶轮 点阵结构 激光选区熔化 TI-6AL-4V 成形工艺
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激光增材制造异构金属材料的研究进展
15
作者 王旭雷 王丽芳 +2 位作者 李加强 周航 朱刚贤 《机械工程材料》 北大核心 2025年第8期8-14,共7页
激光增材制造异构金属材料具有独特的异构组织结构和强韧性机制,能够打破金属材料强度与韧性之间的传统矛盾,实现强韧性同步提升。简要介绍了异构组织及其强韧性协同机理,详细阐述了双峰结构、谐波结构、层状结构、梯度结构、双相结构等... 激光增材制造异构金属材料具有独特的异构组织结构和强韧性机制,能够打破金属材料强度与韧性之间的传统矛盾,实现强韧性同步提升。简要介绍了异构组织及其强韧性协同机理,详细阐述了双峰结构、谐波结构、层状结构、梯度结构、双相结构等5种典型异构金属材料的激光增材制造方法、组织演变和性能优化,归纳总结了不同异构金属材料的优缺点,提出了目前存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 激光增材制造 异构组织 强韧性 力学性能
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典型材料表面激光清洗技术的研究进展 被引量：2
16
作者 赵海朝 宋启良 +3 位作者 王瑞 乔玉林 马宇帆 孙传伟 《电镀与涂饰》 北大核心 2025年第2期1-7,共7页
[目的]激光清洗技术相较于传统的机械法、化学法清洗,具有无污染、无耗材、不伤及母材等优点。[方法]阐述了激光清洗技术的原理和分类。总结了激光清洗技术在石质材料,以及铝合金、钛合金、镁合金、碳钢等金属材料表面清洗中的研究和应... [目的]激光清洗技术相较于传统的机械法、化学法清洗,具有无污染、无耗材、不伤及母材等优点。[方法]阐述了激光清洗技术的原理和分类。总结了激光清洗技术在石质材料,以及铝合金、钛合金、镁合金、碳钢等金属材料表面清洗中的研究和应用现状。[结果]对激光清洗技术的发展前景进行了展望。[结论]激光清洗作为一种高效、绿色的表面处理技术,在航空航天、船舶与海洋、精密仪器制造等领域具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 激光清洗 石质材料 铝合金 钛合金 镁合金 碳钢 综述
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熔滴复合电弧增材制造中熔滴过渡模式对堆积层形貌的影响
17
作者 杜军 崔骜 +1 位作者 李志强 万志豪 《航空学报》 北大核心 2025年第17期325-335,共11页
在熔滴复合电弧增材制造中,连续可控的单分散熔滴流与倾斜钨极惰性气体(TIG)电弧熔池的交互作用决定了堆积层表面形貌、内部组织和制造缺陷等。为探明熔滴过渡模式对堆积层形貌的影响规律,基于计算流体力学(CFD)方法构建了熔滴复合电弧... 在熔滴复合电弧增材制造中,连续可控的单分散熔滴流与倾斜钨极惰性气体(TIG)电弧熔池的交互作用决定了堆积层表面形貌、内部组织和制造缺陷等。为探明熔滴过渡模式对堆积层形貌的影响规律,基于计算流体力学(CFD)方法构建了熔滴复合电弧增材制造过程三维瞬态熔池行为数值模型,与单道单层堆积成形实验结果相结合,比较性地分析了两种典型熔滴过渡模式下的熔滴冲击、聚并、铺展、凝固全过程。研究结果表明,当熔滴由低频大滴模式过渡至高频小滴模式时,熔滴与TIG电弧熔池的聚并行为由部分聚并转变为完全聚并,进而导致堆积层表面的“鱼鳞纹”结构特征明显减小。该研究对于进一步深入理解熔滴复合电弧增材制造机理、优化堆积工艺参数具有重要意义。 展开更多
关键词 熔滴复合电弧增材制造 熔池行为 熔滴过渡模式 聚并 堆积层表面形貌
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TiNbZr难熔中熵合金激光熔覆过程温度场和流场模拟
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作者 陈育钒 刘晋 +3 位作者 刘艳 胡登文 杨川 王雷 《表面技术》 北大核心 2025年第9期138-151,共14页
目的激光熔覆可以通过精确控制熔池中能量的分布和熔池的流动,改善涂层的凝固特性和成分分布。基于其快速熔化凝固过程的复杂性,难以实时监测熔池的熔凝行为,数值模拟成为研究熔池演化的重要工具。方法结合数值模拟与实验验证,建立考虑... 目的激光熔覆可以通过精确控制熔池中能量的分布和熔池的流动,改善涂层的凝固特性和成分分布。基于其快速熔化凝固过程的复杂性,难以实时监测熔池的熔凝行为,数值模拟成为研究熔池演化的重要工具。方法结合数值模拟与实验验证,建立考虑熔池传热、流体动力学和自由表面的激光熔覆三维有限元模型,模拟在TC4上熔覆TiNbZr难熔中熵合金的过程。结果通过模型和实验对比发现,成形参数平均偏差为5.15%,最大偏差为8.88%。研究了激光热源、对流换热、辐射散热和基体热传导对熔池温度场和熔池轮廓的影响,表明基体中热传导是主要的热损失方式。进一步分析熔池凝固界面可知,从熔池底部到顶部,形态参数(G/R)逐渐减小,而冷却速率(G×R)逐渐增大,验证了凝固组织从平面晶向柱状晶,最后到等轴晶的变化情况,且尺寸逐渐减小。结合涂层各位置元素分析的物理实验结果可知,马兰戈尼对流导致熔池两侧及底部存在拐点,阻碍了元素的混合,基体中V元素在熔池中心偏聚,粉末中的Zr元素在熔池上边缘偏聚,发生宏观偏聚。结论基于数值模拟和物理实验,对温度场和速度场进行了定量评估,激光熔池中的热传导对涂层的凝固形貌具有显著影响。平顶光束激光源的独特能量分布影响了熔池内的质量传输,进一步对涂层的成分分布产生了影响,这种定量评估有利于精确控制熔池中的能量分布和流体流动,以预测并改善涂层的凝固特性和成分分布。 展开更多
关键词 激光熔覆 数值模拟 激光熔池 温度场 流场模拟
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论文摘要
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《金属加工(冷加工)》 2025年第10期I0016-I0017,共2页
论文名称:航空金属部件飞秒激光表面强化耐磨损/抗疲劳机理研究作者:潘鑫磊毕业学校:空军工程大学指导教师:何卫锋指导教师研究领域:何卫锋,激光先进制造与结构服役安全。飞机及发动机导管接头、叶片榫头/凸台等接触部件承受复杂载荷,... 论文名称:航空金属部件飞秒激光表面强化耐磨损/抗疲劳机理研究作者:潘鑫磊毕业学校:空军工程大学指导教师:何卫锋指导教师研究领域:何卫锋,激光先进制造与结构服役安全。飞机及发动机导管接头、叶片榫头/凸台等接触部件承受复杂载荷,诱发磨损/疲劳复合损伤,曾引起重大飞行事故。由于疲劳和磨损损伤机理不同,复合损伤的防护一直都是机械工程领域的重难点问题。论文创新开展飞秒激光表面强化耐磨损/抗疲劳机理研究,利用飞秒激光诱导表面周期性结构实现耐磨损,同时产生残余压应力、梯度组织实现抗疲劳,为复合损伤防护提供新策略。 展开更多
关键词 耐磨损 抗疲劳 复合损伤 激光先进制造 飞秒激光
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不锈钢激光选区熔化单道成形表面介观模拟与实验验证 被引量：1
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作者 李岩 刘琪 +2 位作者 李亚杰 李聚才 吴志生 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期135-145,共11页
目的为了获得不锈钢激光选区熔化单道成形质量好的加工参数,提高成形质量。方法对于316L不锈钢材料的激光选区熔化(SLM)成形,采用离散元方法(DEM)构建颗粒随机分布的三维介观模型,采用流体体积法(VOF)动态追踪SLM成形过程熔池传热、流... 目的为了获得不锈钢激光选区熔化单道成形质量好的加工参数,提高成形质量。方法对于316L不锈钢材料的激光选区熔化(SLM)成形,采用离散元方法(DEM)构建颗粒随机分布的三维介观模型,采用流体体积法(VOF)动态追踪SLM成形过程熔池传热、流动和凝固等行为,该模拟考虑相变潜热、热物性参数随温度非线性变化、Marangoni效应,研究了温度梯度引起的表面张力和蒸汽反冲力等现象对熔池液态金属流动和凝固的影响,并对不同激光参数和扫描速度对熔池温度场和内部流动的影响规律进行了分析。结果当激光功率为150 W、扫描速度为400 mm/s时,激光能使不锈钢粉末充分熔化,凝固后的轨迹形貌连续光滑。通过提高激光扫描速度和降低激光功率使得热输入减小,熔道表面成形出现球化等缺陷。结论通过单道成形实验观察和分析熔池与熔道的三维尺寸与形貌,有效验证了数值模拟的正确性,较好地预测出SLM过程中的缺陷种类,为深入理解SLM过程中的复杂物理现象和优化工艺参数提供了参考。 展开更多
关键词 激光选区熔化 熔池流动 316L不锈钢 介观模拟 单道
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