纳秒激光构造锡青铜粗糙表面的工艺研究

为了在考虑表面粗糙度条件下,对表面织构影响润滑性能的理论计算结果进行试验验证,提出了一种通过纳秒紫外激光在锡青铜样片表面构造不同粗糙度参数的方法。通过改变激光加工参数制备了不同表面粗糙形貌,并采用白光干涉共聚焦显微镜以及粗糙度仪对表面粗糙形貌进行表征。试验结果表明,表面粗糙度随激光扫描速度的增大而减小;扫描间距等于光斑直径50μm、扫描速度300mm/s时,表面粗糙纹理方向清晰,便于粗糙度方向参数的控制。通过控制粗糙度方向参数以及微织构方向控制,实现了与表面粗糙方向成规定角度的微织构阵列的制备。     

微细小孔的超短脉冲激光加工方法研究

针对航空发动机燃油喷嘴等微细小孔的精密高效加工要求,采用双温方程研究超短脉冲(皮秒)激光加工机理,模拟得出材料内电子和晶格的温度分布,开展皮秒激光加工工艺参数研究,分析烧蚀阈值、扫描速度、激光偏振态等因素对加工质量的影响规律,进行镍基高温合金和钛合金材料的激光脉冲冲击制孔和振镜扫描环切制孔实验研究,为超短脉冲激光制孔时工艺参数的选择提供理论指导及实验依据。     

塞斯纳172飞机发动机机匣脉冲激光清洗工艺研究

针对航空发动机机匣表面除漆需求,采用纳秒脉冲激光开展了塞斯纳172飞机发动机机匣表面漆层的激光清洗研究。通过对机匣除漆区域的表面形貌及粗糙度进行分析,探究了激光能量密度与扫描速度对机匣表面漆层清洗效果的影响规律,确定了机匣激光除漆最佳工艺参数,并对机匣除漆后的表面质量、显微硬度及粗糙度进行综合评估。结果表明,能量密度和扫描速度均显著影响机匣除漆质量,能量密度18.33 J/cm2、扫描速度1600 mm/s时,可实现除漆率98.7%,表面粗糙度Sa为2.48μm,机匣本身未损伤,表面显微硬度提升1.9%,满足机匣表面除漆质量要求。研究结果为发动机机匣激光除漆提供了理论与技术支持。     

表面织构加工方法的研究

总结了激光加工、电解加工、电火花加工、化学刻蚀、光刻蚀以及超声振动辅助加工技术等方法；分析了表面织构形状对材料表面性能的影响；论述了表面织构几何参数对润滑性、摩擦学特性和疏水性等材料表面性能的影响。得出了合适的表面织构形状、面积率、深径比等表面织构设计参数可有效改善机械零部件表面性能的结论；发现了为获得理想表面性能，不仅需要考虑织构形状和几何参数，还需考虑工况条件、工件材料性质以及加工技术带来的影响。最后对关于表面织构加工技术所存在的问题进行了总结，并对如何提高表面织构技术对材料性能的影响进行展望。     

激光辅助车削工艺参数对单晶硅表面质量的影响

为了提高单晶硅激光辅助车削加工表面质量,通过开展激光辅助和常规车削加工试验,结合表面粗糙度、表面形貌及拉曼光谱检测,研究激光辅助车削技术对加工质量的影响。基于正交试验方法,研究单晶硅激光辅助车削工艺参数对表面粗糙度的影响;通过方差分析和极差分析评估各因素对表面粗糙度的影响。研究结果表明：与常规车削相比,激光辅助车削可有效提高加工表面质量,降低材料表面的残余应力。主轴转速、进给速度、切削深度和脉冲占空比对表面粗糙度的贡献率分别为17.51%、44.48%、6.69%和14.70%。确定最佳加工参数组合如下：主轴速度为4 000 r/min,进给速度为2 mm/min,切削深度为5μm,脉冲占空比为30%,最终获得表面粗糙度Rq为2.4 nm的高质量表面。     

脉冲气体辅助掩模电解加工技术

表面织构被广泛应用于航空发动机关键零部件中,以提高其散热及润滑效果。掩模电解加工是一种高效加工表面织构的工艺方法,但加工中存在加工产物难以排出、电解液流速不均匀以及加工一致性难以保证等问题。为此,提出一种脉冲气体辅助掩模电解加工的新方法,该方法利用脉冲气体的瞬间冲击力对加工区域的电解产物进行冲刷,以促进加工区域电解液的更新。为了研究脉冲气体辅助掩膜电解加工工艺规律,基于COMSOL Multiphysics仿真软件建立了单喷嘴固定条件下加工区域气液两相流与电场耦合的多物理场理论模型。仿真结果显示,当喷气速度为100 m/s时,掩模孔底部流体流动速度最大可达到3.5 mm/s。加工后掩模板表面能够清晰看到产物的排出痕迹。此外,还探究了不同工艺参数对加工一致性与加工效率的影响规律。实验结果表明,喷嘴固定不动时加工一致性随脉冲气体喷射速度的减弱以及喷气脉冲间歇时间的增加而提高,而加工效率却会降低,实验中得到微坑深度标准差最小达到0.75μm,平均深度最大达到15.2μm。最后,分别对比了实验中有无脉冲气体辅助的加工结果以及模拟和实验的成形规律,并在喷嘴移动条件下加工出深度标准差与平均深度分别...     

激光修锐树脂结合剂砂轮的试验研究

使用脉冲ＹＮＧ激光对树脂结合剂砂轮进行了修锐试验研究,并采用激光三维扫描方法对修锐前后砂轮的表面形貌进行测量．通过考察砂轮磨粒突出高度及有效磨粒数等表面形貌特征,比较了在不同的激光修锐参数下所获得的不同的修锐效果．试验结果表明激光修锐树脂结合剂砂轮是可行的,并指出了进行激光修锐工艺参数优化研究的重要性．     

气氛对紫外激光非晶合金盲孔加工性的影响研究

为了获得不同气氛对紫外激光加工非晶合金盲孔的质量和效率的影响,采用波长355nm的纳秒激光对Zr–Cu非晶合金进行同心圆式旋切法盲孔加工试验,利用光学显微镜、扫描电镜、激光共聚焦显微镜等仪器对盲孔的显微形貌、粗糙度和加工效率进行了测试。结果表明,气氛的压力和种类影响着盲孔的底面形貌、加工质量和效率。气氛压力越小,盲孔底面粗糙度越低,材料的去除效率越高;相对于氮气、空气中的加工,氧气中表面粗糙度最小,且材料去除率最高。另外,加工表面未出现晶化现象,说明在一定激光参数下紫外纳秒激光可以实现非晶态合金的无晶化加工。     

典型激光波长对纳秒激光烧蚀铝靶冲量耦合特性的影响

为研究532nm和1064nm两种典型激光波长对纳秒脉冲激光烧蚀铝靶冲量耦合特性的影响,在建立的热传导模型和羽流膨胀流体动力学模型基础上,加入了在激光烧蚀过程中靶材吸收系数、热导率和反射率等光学和热物理参数的变化,考虑了形成的等离子体羽流对入射激光的屏蔽作用因素影响,从而建立了一个复杂的一维纳秒激光烧蚀铝靶冲量耦合物理模型。通过计算,获得了两种激光波长辐照下,烧蚀过程中烧蚀参数和物理参数的变化,分析等离子体羽流对入射激光的屏蔽效应,进一步分析得到对冲量耦合特性的影响。结果表明:短波长激光不仅有利于激光与靶材的能量耦合,同时,短波长激光辐照下形成的等离子体羽流对短波长入射激光吸收率也较低,有利于提高靶的冲量耦合;在等离子体形成初期,即等离子体吸收率较低时,分别达到两种激光波长辐照下的最优冲量耦合。     

织构化表面对异质金属润湿性及界面反应的影响

不锈钢与铝合金广泛应用于火箭贮箱中隧道管与补偿器的焊接，熔钎焊已成为其主要连接方式，但接头存在低应力开裂，容易引起燃料泄漏等问题。为提高接头可靠性，首先采用超快激光加工技术在不锈钢表面烧蚀制备了微槽和微坑两种典型的织构化表面。然后，通过铝合金在不锈钢表面的原位润湿铺展试验研究了两种微织构对润湿铺展方向、接触角和界面反应产物的影响。试验结果表明铝合金具有沿微槽加工方向润湿铺展的趋势，而微坑的铺展则接近圆形；在微槽表面表现出更小的接触角，同时基于Wenzel方程对在两种表面润湿铺展的接触角进行数值计算，计算结果略大于实际结果。最后，分析了界面冶金反应对润湿铺展的影响。结果表明界面反应对铝合金的润湿铺展具有一定的促进作用，但过于粗大的界面反应产物则会阻碍润湿铺展。该激光织构化的方法不仅可用于不锈钢与铝合金体系，还可用于航空航天领域中其他金属与金属、金属与非金属之间的连接。