紫外纳秒脉冲激光烧蚀单晶硅表面特征创成机制

脉冲激光表面微织构技术可以有效改善单晶硅表面磨擦特性、光学反射率以及亲疏水性等,拓宽了单晶硅的使用范围。为加工出均匀的表面织构,基于激光与物质的相互作用,开展了紫外纳秒激光加工单晶硅表面阵列织构的试验研究。采用面积法计算了单晶硅紫外纳秒激光烧蚀阈值,并通过单因素法研究了激光输出功率、脉冲重复频率、光斑扫描速度以及扫描次数对加工沟槽宽度和深度的影响规律,分析了烧蚀沟槽典型形貌特征及形成机制,获得了工艺参数对微结构特征的影响规律。最后,基于优化的工艺参数,在单晶硅表面加工了点阵、方形阵列、正六边形阵列、正弦波阵列以及螺旋线等表面结构。     

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明：随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30 s;扫描速度2 000 mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。     

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。     

随机粗糙表面对非牛顿磁流体轴承润滑性能的影响

为了研究应力偶效应和粗糙表面形貌效应对磁流体轴承润滑性能的双重影响,首先采用蒙特卡罗方法对具有高斯分布的随机粗糙表面进行表征,并与扫描电子显微镜下实际加工表面形貌图进行对比,同时基于Christensen随机模型和Stokes微连续理论,推导出随机广义非牛顿雷诺方程,通过有限差分法对微尺度条件下磁流体轴承进行数值模拟,分析横向和纵向粗糙模型下不同参数对磁流体轴承润滑特性的影响。结果表明:实际的工程粗糙表面具有各向异性;不同粗糙模型对承载性能的影响趋势与宽径比有关,当粗糙度参数为0.3,轴承宽径比为0.5时,纵向粗糙模型将使最大无量纲压力提升3.9%,而横向模型将会削弱压力水平;当宽径比增至2.0时,横向粗糙模型将使其提升5.7%,从而改善承载性能;动力参数、磁力系数以及应力偶参数的增加均能不同程度地增强液膜压力水平,其中后两者的增加将会使粗糙模型的影响效应显著增强,同时承载力增大且偏位角减小;当应力偶参数从0.2增至0.5时,粗糙模型对承载力的影响趋势随宽径比变化的分界点从1.70增至1.95。     

面向加工表面粗糙度的钛合金高速铣削工艺参数区间敏感性及优选

钛合金高速铣削以高效率、高质量的优点广泛应用于航空航天行业.针对高速铣削中表面粗糙度的工艺控制,提出了基于表面粗糙度经验模型的工艺参数灵敏度和相对灵敏度概念.通过高速端面铣削正交试验,建立了面向表面粗糙度的工艺参数灵敏度和相对灵敏度数学模型,研究了工艺参数区间敏感性分析方法,给出了工艺参数稳定域和非稳定域的划分原则和方法.结合正交试验法中的极差分析方法获得了不同切削工艺参数对表面粗糙度的影响曲线,提出了工艺参数区间的优选方法.研究结果表明:TC11钛合金高速铣削时,表面粗糙度对铣削速度的变化最为敏感,对每齿进给量变化敏感次之,对铣削宽度和铣削深度的变化不敏感;铣削速度优选在314～377 m/min范围,每齿进给量优选在0.03～0.05 mm/z范围,可控制表面粗糙度在0.6 μm以内.为优化钛合金材料高速铣削工艺以及进行表面粗糙度控制研究提供理论方法和试验依据.     

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。     

超声振动方向对TC4钛合金铣削特性的影响

为充分发挥超声铣削钛合金的优势，改善钛合金的加工效果，增强表面服役性能，分别对刀具和工件施加超声振动，以寻求合适的振动方向和加工参数。理论推导了侧刃断续切削时的临界速度，试验研究了不同振幅和切削速度对表面形貌、切屑形态、切削力和刀具磨损的影响，同时探究了表面微织构对摩擦特性的影响。试验表明在两种振动方向下，增大振幅均使切屑的锯齿化程度降低，并且增加轴向振幅可使锯齿形切屑转变为带状切屑。轴向振动更有利于表面形成微织构、减小切削力、减缓刀具磨损、减小工件摩擦时的磨合时间，但需合理控制切削速度和超声振幅。同时，对切削力进行频谱分析，为工作状态下超声振动频率的测量提供了一种参考方法。     

TB6钛合金高速铣削表面粗糙度与表面形貌研究

TB6钛合金高速铣削以高效率、高质量的优点广泛应用于航空航天行业.面向高速铣削中表面粗糙度的工艺控制,通过高速端面铣削正交试验,研究并分析了高速铣削参数对表面粗糙度及三维表面形貌的影响.研究表明:表面粗糙度对每齿进给量变化最为敏感,对铣削速度变化敏感次之,对铣削宽度的变化最不敏感;铣削速度优选范围为100～140m/min,每齿进给量优选范围为0.04～0.08mm/z,可保障表面粗糙度在0.7μm内;铣削速度和每齿进给量配比组合影响表面形貌的形成.     

TiN薄膜微结构激光加工特性的研究

利用光纤激光加工系统研究了两个激光加工参数(扫描速度和激光功率)对TiN薄膜加工特性的影响,并采用白光干涉仪分析了两组参数对加工直线槽的槽深、堆积高度和槽底表面粗糙度的影响趋势,通过对比分析,优化了加工参数。结果表明光纤激光器在加工TiN薄膜微结构上存在着效率高、精度高的优势。     

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．     

激光选区熔化成型316L不锈钢工艺参数研究

针对激光选区熔化成型316L不锈钢工艺参数选择问题,采用单因素条件变量分析法,在激光选区熔化过程中,分析了激光功率、扫描速度对316L不锈钢成型零件表面粗糙度、致密度、硬度和尺寸偏差的影响规律。结果表明：当激光功率降低或者扫描速度提高时,内部能量密度减小,粉末熔化量减少,试样表面球化效应增强,孔隙缺陷增多,试样致密度减小、硬度降低;当激光功率提高或者扫描速度降低时,内部能量密度增大,粉末被过度烧蚀,产生较大的尺寸偏差,所形成熔道易塌陷,导致层间结合较差,试样性能降低。当激光功率为300 W、扫描速度为1000 mm/s时,能量密度适中,形成了较好的冶金结合,抗拉强度可达753 MPa,上表面硬度HRB能达到97.22。该项研究为316L不锈钢激光选区熔化工艺参数的合理选择提供了参考。     

Surface micro-texture on sapphire fabricated by laser ablation trajectory regulation

Fabrication of the surface micro-texture on the C-plane sapphire is undertaken by a355 nm Ultraviolet(UV) pulsed laser. The surface micro-textures of sapphire with different laser scanning line spacing ranging from 10 lm to 100 lm are obtained, where the selection range of scanning line spacing is controlled in the range of the groove width and plasma width to obtain a surface of high Peak-Valley(PV) value. A reasonable processing order is proposed to manufacture different types of surface micro...     

稀土改性高强铝微桁架激光增材制造工艺调控

微桁架夹芯板点阵轻量化结构在航空航天领域有重要应用,选区激光熔化（SLM）增材制造技术可克服传统工艺局限性,高质量一体化成形复杂点阵结构。以稀土Sc改性高强Al-Mg合金为对象,采用SLM工艺对其进行工艺优化试验,并基于优化结果对微桁架夹芯板开展一体化成形工艺调控研究。研究结果表明：SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金表面质量、冶金缺陷等随激光参数发生显著变化,在激光功率400 W、扫描速度800 mm/s的条件下获得较高表面质量（粗糙度为13.2 μm）及致密度（相对密度为99.5%）。当扫描速度较低时试件熔池底部形成一次Al₃Sc析出相,而当扫描速度过高时因凝固速度过快析出相减少,导致试件显微硬度降低。在优化工艺区间内,随激光扫描速度增加SLM成形Al-Mg-Sc-Zr微桁架夹芯板粘粉比例下降,构件质量随之减轻;水平方向构件尺寸精度、桁架微杆成形精度均随扫描速度增加而增加。     

SiC_(f)/SiC复合材料铣削加工表面质量北大核心CSCD

使用PCD立式铣刀对聚合物浸渍裂解法(PIP)制备的SiC_(f)/SiC复合材料开展单因素铣削试验,通过对加工中产生的切削力和加工后的表面粗糙度进行测量,分析了铣削工艺参数对其的影响;对加工表面、纤维断口进行SEM分析,讨论了SiC_(f)/SiC复合材料加工表面的形成。研究结果表明,表面粗糙度与切削力的变化趋势相同,高主轴转速和小切削宽度有利于得到表面粗糙度较小的加工表面;近孔洞区域与远离孔洞区域的材料去除方式不同;材料中纤维发生面内偏移和层间屈曲,纤维存在多种去除方式。     

ELID成形磨削实验研究与表面粗糙度预测

为了探究ELID成型磨削中磨削参数和电解参数对表面粗糙度的影响规律,基于未变形切屑厚度模型,考虑砂轮上磨粒出刃高度的随机性以及ELID磨削中氧化膜的影响,建立了针对ELID磨削的表面粗糙度预测模型。单因素实验研究了ELID成形磨削电源参数对表面粗糙度的影响规律,并探讨了电解电流与氧化膜厚度之间的关系。全因子实验以工件转速、砂轮转速和进给切深为影响因素,研究了磨削参数对表面粗糙度的影响规律,并对预测模型进行了验证。结果表明:磨削参数中,其他条件一定时,表面粗糙度随砂轮转速的增大而减小,随工件转速和切深的增大而增大;同时对于粗糙度的预测误差达到了8.75%,预测模型有效可靠。     

GH4169高速铣削参数对表面粗糙度影响研究

采用正交试验法,使用整体硬质合金刀具进行GH4169高温合金的高速铣削试验,分析了各切削参数对表面粗糙度的影响规律,建立了表面粗糙度的预测模型,运用方差分析法,检验了模型的显著性。结果表明:每齿进给量对表面粗糙度的影响最大,其次是铣削深度,铣削速度的影响最小。较高的切削速度和较低的进给速度的交互作用对提高表面质量是有利的。     

切削参数对Ti-6Al-4V锻件与粉末冶金工件表面粗糙度的影响对比

文摘表征了已加工Ti-6Al-4V锻件和粉末冶金工件表面形貌,利用正交回归试验得到了两种材料表面粗糙度值的数学模型,经过显著性检验两个数学模型能够准确地预测表面粗糙度值变化趋势。结果表明,Ti-6Al-4V锻件表面出现了进给划痕、切屑碎片和表面撕裂缺陷,粉末冶金材料表面出现了除了进给划痕、切屑碎片和撕裂外的微孔隙缺陷;两种工件表面粗糙度值均受到进给量的影响程度最大,同时粉末冶金材料内部残余微孔隙的存在导致切削速度对其表面粗糙度值的影响程度比较大。     

旋转条件下切割SiC 单晶片实验研究

通过旋转条件下切割SiC单晶片,分析了切片表面微观形貌特点,研究了线锯速度、工件进给速度和工件转速对切片表面粗糙度与切向锯切力的影响规律。结果表明:增加工件旋转,切片表面平整光滑,沿线锯运动方向没有明显沟槽及凸起,质量明显得到改善;当转速由0增加到12 r/min时,切片表面粗糙度由1.532μm降到0.513μm;线锯速度和工件旋转速度增大、工件进给速度减小,切向锯切力减小,表面粗糙度减小。当线锯速度和工件旋转速度过大,切向锯切力和表面粗糙度反而会有所增加。