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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 采用光纤激光热处理的AISI 4340钢圆柱试样力学行为分析

    摘要： 本文描述了一种通过3千瓦光纤激光源对AISI 4340钢圆柱形工件进行热处理来分析和改善其机械性能的方法。近年来获得的研究和专业知识表明，通过热处理改善AISI 4340钢的机械性能可显著减小设计尺寸，从而优化产品的最终重量。了解激光热处理对机械性能和疲劳寿命的影响可实现设计尺寸的大幅优化。本研究探究了激光热处理参数的控制效应，以优化直径为9.00毫米校准段的AISI 4340钢圆柱标准试样的机械性能。通过实验与数值建模指导硬化层深度控制及其均匀化。采用拉伸试验、疲劳试验（滞后环）、显微硬度、光学显微镜和扫描电子显微镜测量来评估实验设计的每种工况。结果表明，与未硬化样品相比，激光热处理使疲劳耐久性提高超过20%。此外，通过神经网络预测模型和严格的方差分析表明，机械性能数值与激光硬化输入参数直接吻合。

    关键词： 光纤激光器、疲劳耐久性、AISI 4340钢、机械性能、热处理

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 等离子转移弧熔覆NiCrBFe填充粉末对激光束焊接制备的Grade 2钛与Ti 6Al-4V合金异种接头显微组织及拉伸性能的影响

    摘要： 本研究探讨了采用60%Ni30%CrB10%Fe填充粉末的等离子转移弧熔覆（PTAC）工艺对激光束焊接钛Gr.2与Ti6Al-4V异种接头显微组织及拉伸性能的影响。激光焊接时采用1300W功率、200mm/min焊接速度及10mm焦点距离实现了全熔透焊接。拉伸试验表明所有断裂均发生在未处理异种焊接头及PTAC涂层试样的熔合区。通过Comsol软件进行失效分析，其结果与实验数据高度吻合。有限元研究显示实验与模拟结果的吻合度较优。利用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）分别对原始焊接接头、异种焊接头及PTAC涂层试样进行了显微组织和力学性能分析。XRD检测显示PTAC涂层试样存在轻微压应力。熔合区显微组织研究表明大量粗晶界转变为α-Fe相。涂层试样施加的平均热输入（Hi）促使α+β相结构转变为TiNi+TiCrFe相界面。PTAC涂层试样平均硬度达313HV，异种焊接头硬度为290HV。研究表明由于材料具有更优的拉伸和弯曲强度，涂层材料的耐蚀性得到提升。

    关键词： 机械性能、等离子转移弧熔覆、有限元分析、NiCrBFe填充粉末、激光束焊接

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 纳米晶金刚石拉伸性能的晶粒尺寸依赖性

    摘要： 纳米晶金刚石（NCD）因其卓越的力学性能成为极具前景的材料，然而关于其力学性能与晶粒尺寸（d）依赖关系的研究仍较为有限。本文采用分子动力学（MD）模拟方法研究了不同d值三维NCD的力学行为。研究发现NCD的力学性能对d值敏感：杨氏模量（E）随d增大而升高（因晶粒内部占比增加），断裂应变（εf）随d增大而降低（因晶界占比减少）。同时发现断裂强度（σf）也随d增大而下降，这归因于较大d值时晶界应力集中更显著，可能更容易引发裂纹。与εf和σf类似，变形功密度随d减小而增大，表明小尺寸NCD具有更优韧性。对于不同d值的样品，穿晶裂纹与晶间裂纹的形核与扩展均为主要失效机制，这与实验观测结果一致。

    关键词： 分子动力学模拟，机械性能，纳米晶金刚石，拉伸，晶粒尺寸

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光表面熔凝处理的MoSi2-Mo5Si3共晶复合材料的微观结构与力学性能

    摘要： 对MoSi2-Mo5Si3共晶复合材料单晶基体进行激光表面熔凝（LSM）处理，旨在验证通过增材制造工艺利用扫描激光束实现组织细化和共晶复合材料在籽晶单晶顶部外延生长的力学性能改善可行性。研究表明，LSM能够获得既保持共晶板条状组织特征、又维持基体单晶晶体取向的共晶复合材料。经LSM处理后，共晶板条状组织从基体的数微米显著细化至数十纳米量级（43±7 nm），同时保持取向关系。由于组织细化，硬度从基体的11.60±0.04 GPa提升约38%至LSM处理区的15.96±0.42 GPa，断裂韧性从基体的3.8±0.3 MPa·m1/2提高约34%至LSM处理区的5.1±1.5 MPa·m1/2。

    关键词： 机械性能、微观结构、硅化钼、激光加工、共晶复合材料

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 光诱导调控含二芳烯共轭可逆共价交联聚合物网络的热阻性

    摘要： 合成了一种含二芳烯共轭Diels-Alder加合物（DAE/DA）的交联剂，并将其应用于自由基聚合体系，制得可通过光照射可逆改变动态特性的聚合物网络。以甲基丙烯酸己酯和基于DAE/DA的交联剂进行自由基聚合，得到不溶且透明的聚甲基丙烯酸己酯网络，其交联点含有DAE/DA单元，加热时通过热诱导的逆Diels-Alder反应实现解交联。通过溶胀实验和拉伸测试证明了此类基于DAE/DA的聚合物网络中热解交联反应的光调控性，结果显示紫外-可见光照射下材料的耐热性和机械性能发生显著变化。

    关键词： 耐热性、机械性能、聚合物网络、二芳基乙烯、光辐照、Diels?Alder加合物

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 钇光纤激光对接焊接Inconel 625与双相不锈钢2205薄板的实验研究

    摘要： 本研究通过不同热输入的镱光纤激光成功实现了超级合金Inconel 625与双相不锈钢2205（DSS 2205）的焊接。随着能量输入降低，焊缝宽度变窄且接头力学性能提升。采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）和显微硬度测试对焊缝进行了表征。焊缝金属（WM）显微组织中未观察到凝固裂纹或气孔，主要晶粒类型为胞状树枝晶和柱状树枝晶。在43 J/mm热输入下，焊缝金属枝晶间臂相比21.5 J/mm热输入样品存在更显著的钼和铌偏析。XRD分析显示焊缝界面形成了铬、钼和镍的碳化物。拉伸强度研究表明当热输入较低（21.5 J/mm）时获得最大强度890 MPa，该强度值超过双相不锈钢基材（DSS 2205）。综合结构-性能相关性结果表明，激光束焊接对所述异种合金连接具有有效性。

    关键词： 机械性能、激光束焊接、双相不锈钢2205、微观结构、因科镍625

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 通过选择性激光熔融技术构建的具有高强度和高韧性的理性设计功能梯度多孔Ti6Al4V支架，用于承重骨科应用

    摘要： 具有仿生骨孔隙梯度变化策略的功能梯度材料（FGMs）是骨科植入体的潜在高性能生物材料。功能梯度支架的结构设计对实现骨整合所需的力学与生物学性能优化组合至关重要。本研究采用选择性激光熔融（SLM）技术，以Ti6Al4V为基材制备了四种不同结构的FGM支架。所有支架均为具有仿生骨梯度多孔结构特征的中空圆柱体，其三维架构各异且孔隙率呈梯度分布。研究采用两种晶胞结构（金刚石型与蜂窝型晶胞）构建多孔结构，并嵌入实体支撑结构以提升力学性能。系统比较了各支架的物理特性、力学性能及变形行为。所有孔隙率约52–67%的制备样品均呈现从内层到外层径向递减的孔隙分布，孔径范围约420至630微米。压缩测试表明，所有制备样品的杨氏模量（约3.79–10.99 GPa）与皮质骨相当。其中外层带支撑结构的蜂窝型晶胞FGM展现出最高的屈服强度、韧性及稳定的力学性能，更适合作为承重部位骨科支架的构建方案。

    关键词： 增材制造、骨科支架、机械性能、功能梯度材料

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 激光成形Nb-Ti-Al合金的显微组织与力学行为研究

    摘要： Nb-Ti-Al合金作为超越镍基高温合金应用范围的高温结构材料候选者备受关注。此前，Nb-Ti-Al合金主要通过电弧熔炼或热压法制备。本研究探索了Nb-23Ti-15Al合金的激光成形工艺，并系统研究了其微观组织与力学行为。结果表明：通过激光成形可获得近乎无缺陷且具有细小枝晶组织的Nb-Ti-Al合金。该合金存在β、δ和Ti(O,C)三相，其中β/δ基体呈现柱状晶结构。Ti(O,C)相作为TiO或TiC的固溶体出现，其源于元素粉末引入的氧和碳元素，具有面心立方(FCC)结构及介于TiO与TiC之间的适中晶格参数。合金中观察到两种形貌的Ti(O,C)：大块鹅卵石状颗粒与细小弥散颗粒。双衍射效应导致δ相出现禁阻反射，同时β相产生轻微超晶格反射。细化β/δ相与弥散分布的小尺寸Ti(O,C)共同提升了合金显微硬度和断裂韧性。简言之，本研究证实激光成形是制备高性能Nb-Ti-Al合金的潜在方法。

    关键词： 激光成形、双衍射、机械性能、Ti(O,C)、Nb-Ti-Al合金、微观结构

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 基于自组装层状结构的机械坚固且宽频带黑体复合薄膜

    摘要： 受机械强度高且具有多功能光操控特性的珍珠母启发，采用简便自组装技术制备了具有类珍珠母微结构并掺杂碳纳米管的大尺寸黑色薄膜。该层层结构同时实现了增强的黑度和韧性，获得了太阳能吸收率高达96.9%的坚固薄膜。我们的设计策略和制备工艺将有助于便捷获取各类先进黑体涂层。

    关键词： 真空辅助自组装、层状结构、机械性能、黑体、聚合物纳米复合材料

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • AISI316L不锈钢三维激光材料沉积的基础研究

    摘要： 激光材料沉积（LMD）作为一种直接激光沉积增材制造技术，已广泛应用于制备全致密金属零件。然而，由于LMD工艺中普遍采用的并行沉积方式，即使目标零件形状不规则且相对复杂，在成形过程中仍会出现阶梯效应。本文首先验证了能确保薄壁零件完美制造的z轴增量合理范围，基于离焦量和z轴增量对沉积高度的影响，提出了一种新型三维激光材料沉积工艺，为避免阶梯效应和碰撞提供了新途径。通过实验研究了沉积策略（并行与三维沉积方式）及斜面角度对所制斜面薄壁零件显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明：无论采用何种沉积方式，斜面薄壁零件高侧附近的晶粒尺寸均随斜面角度增大而增加，这是由累积热量增多所致。不同沉积方式零件的平均硬度基本相同，但硬度分布差异显著。此外，随着沉积高度增加，硬度持续上升至距基板约25mm处后开始下降。并行沉积方式零件的抗拉强度（UTS）和延伸率略高于三维沉积方式零件。无论采用何种沉积方式，UTS和延伸率均随拉伸加载方向与水平方向夹角（β）增大先升后降。当β分别为45°（并行沉积）和25°（三维沉积）时，两种沉积方式分别呈现最大UTS值，此时拉伸加载方向近似垂直于滑移面，既保证剪切力最小，又使熔池边界承受最高拉伸力；当β为90°时UTS最小。

    关键词： 机械性能、Z向增量、微观组织、三维沉积方式、激光材料沉积

    更新于2025-09-23 15:19:57