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点重叠比对碳化硅陶瓷飞秒激光平面化加工的影响
摘要： 碳化硅陶瓷因其优异的机械性能（如良好的耐磨性、热稳定性和耐化学腐蚀性）被广泛应用于多个领域。激光平面化加工能有效实现功能性、实用性和工程化加工，满足装配精度要求。因此，本研究采用不同光斑重叠比来探究飞秒激光平面化加工对碳化硅陶瓷样品的影响。在固定激光入射角和单脉冲能量的前提下，通过匹配不同扫描速度和激光重复频率来实现不同光斑重叠比。在不同参数条件下，对比了烧蚀深度、表面粗糙度、表面形貌、氧化现象及残余应力。结果表明：相同光斑重叠比下，尽管扫描速度和重复频率存在差异，烧蚀深度和表面粗糙度基本保持稳定值；当光斑重叠比小于90%时，表面氧化现象显著减少；重叠比降低会导致低频纳米波纹与高频纳米波纹的转变，且表面残余应力由拉应力转变为压应力。结合加工需求与烧蚀质量，根据光斑重叠比将参数划分为三部分以适配三种加工工艺。以光斑重叠比变化作为指导方针，在参数范围选择方面具有良好的应用潜力。
关键词： 残余应力、光斑重叠率、飞秒激光、碳化硅陶瓷、平面化加工
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于厚底层GaN层生长的633纳米InGaN红光LED，具有降低的面内残余应力
摘要： 本研究通过改变底层n-GaN层厚度，探究了残余应力对InGaN基红光发光二极管（LED）性能的影响。LED结构中的残余面内应力取决于底层厚度。增加底层n-GaN层厚度可降低残余面内应力，从而允许采用更高生长温度来提升InGaN有源区的晶体质量。当底层n-GaN层厚度从2微米增至8微米时，InGaN基红光LED的电致发光强度提高了1.3倍。采用8微米厚底层n-GaN层时，在20mA电流下实现了波长633nm的红光LED，其光输出功率为0.64mW，外量子效率达1.6%。LED外量子效率的提升可归因于底层GaN层中较低的残余面内应力。
关键词： InGaN、n-GaN层、残余应力、红光LED、电致发光
更新于2025-09-23 15:19:57
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多激光选区激光熔化中扫描策略对残余应力影响的数值分析
摘要： 选择性激光熔化（SLM）过程中不可避免形成的残余应力会导致工件变形、开裂甚至分层。目前SLM加工通常采用单激光束，但其生产效率远低于多激光束方案。此外，公开文献中关于多激光条件下残余应力的研究较为有限。本文首先建立了考虑Ti-6Al-4V材料温度相关特性、相变及对流效应的三维热力耦合模型，随后通过实验数据验证了熔池最大温度及尺寸的数值模拟结果。进一步针对系列扫描策略开展参数化研究：仿真表明当激光器数量增至四台时残余应力显著上升；相比连续扫描策略，"双区技术"扫描策略使等效应力降低10.6%；随着扫描长度缩短，残余应力先轻微上升后急剧下降，在扫描长度为原长的1/4时达到最小值。对于多激光SLM工艺，通过精心规划扫描顺序与扫掠方向以减少热集中，能有效控制残余应力。
关键词： 扫描策略，热力模型，残余应力，选区激光熔化，多激光
更新于2025-09-23 15:19:57
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激光冲击强化技术在延缓激光束焊接AA6056铝合金表面疲劳裂纹中的应用
摘要： 本研究旨在探究激光冲击喷丸技术对已存在裂纹的激光束焊接AA6056-T6对接接头疲劳性能的改善程度。采用超声检测对疲劳试验过程中的裂纹扩展进行原位（无损）监测，由此制备出表面含约1.2毫米深疲劳裂纹的焊接试样。与未含裂纹的原始焊接状态试样相比，预制裂纹试样的疲劳极限降低了20%。通过对预制裂纹试样表面实施激光冲击喷丸处理，其疲劳寿命可恢复至原始焊接状态试样的水平。本研究表明：对于可通过无损检测发现的表面裂纹焊接接头，激光冲击喷丸是极具前景的疲劳寿命恢复技术。
关键词： 疲劳裂纹，铝合金，激光束焊接，超声裂纹尖端衍射，残余应力，激光冲击喷丸
更新于2025-09-23 15:19:57
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激光冲击强化材料的疲劳寿命
摘要： 通过有限元建模研究了激光冲击强化处理的03Х22Н6М2不锈钢试样厚度对其疲劳寿命的影响。研究发现该技术能使薄（2毫米）试样的疲劳寿命提高三倍以上。
关键词： 有限元建模、疲劳寿命、残余应力、激光冲击处理
更新于2025-09-23 15:19:57
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选择性激光熔化Ti6Al4V合金叶片的尺寸偏差管理
摘要： 本文通过实验与理论方法系统研究了钛合金Ti6Al4V叶片在选区激光熔化(SLM)过程中产生几何变形的机理。采用SLM工艺制备Ti6Al4V叶片，对其微观组织、尺寸偏差及残余应力进行了研究。微观组织观察表明：针状α'(cid:48)马氏体在原始β晶粒内形成，且晶粒尺寸越小尺寸偏差越大。几何偏差分析显示：叶片前缘与后缘的尺寸偏差方向与中部相反，后缘尺寸偏差呈抛物线分布。边缘区域热应力远大于叶片本体，导致边缘向吸力面发生严重变形，该结论通过XRD方法得到进一步验证。X射线衍射测量的残余应力分布与模拟结果一致。
关键词： 微观结构、尺寸偏差、残余应力、热弹塑性理论、选择性激光熔化
更新于2025-09-23 15:19:57
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激光冲击强化工艺新型激光路径研究
摘要： 在大多数激光冲击强化实验中，通常采用传统的典型激光扫描路径。然而，该工艺诱导的表面残余应力分布不均衡——当最小轴向上的残余应力释放时，激光冲击效果将失效。为此我们开发了新型水平垂直往复（HVR）扫描路径，该方案既降低了残余应力分布的不均衡性，又提升了工艺效率。 传统路径的应力失衡源于激光脉冲与应力脉冲的时间差：应力会沿激光路径方向叠加，这是导致材料表面应力分布不均的主因。多数情况下激光脉宽为12-20纳秒，而应力脉宽是其三倍。仿真结果显示传统X轴应力比Y轴大25%，而HVR路径两者几乎相等。实验不仅证实两种路径的应力分布差异，还表明激光冲击区域差异同样影响应力分布——路径差异引发应力失衡的根源在于叠加效应，而区域差异导致分布不同的原因则是回弹效应。
关键词： 激光冲击处理，激光路径，HVR路径，残余应力，应力分布
更新于2025-09-23 15:19:57
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考虑流动硬化与软化的激光粉末床残余应力解析力学建模
摘要： 通过激光粉末床熔融（L-PBF）工艺制造部件时会产生残余应力，这会导致零件因裂纹萌生与扩展、疲劳寿命降低以及尺寸超差而失效。热载荷作用下，受应变硬化和流动软化影响的晶粒尺寸通过动态再结晶（DRx）及后续回复在近表层发生改变。合金的屈服强度主要由形核晶粒尺寸决定，并对流动应力和残余应力累积产生重大影响。本研究以IN718为探索材料体系，提出基于物理的分析模型来预测L-PBF过程中受应变硬化、流动软化和微观组织演化影响的残余应力。采用瞬态移动点热源法预测温度场。非均匀加热会使材料承受可能超过材料屈服强度的高热应力，该热应力通过点体载荷应力格林函数获得。采用Johnson-Cook材料本构流动应力模型确定屈服面，并对该模型进行改进以纳入流动软化和晶粒尺寸的影响。利用动态再结晶和晶粒细化模型，根据形核速率和生长速率得出的再结晶体积分数计算晶粒尺寸。由于循环加热冷却及材料屈服，结合塑性变形体积不变特性与平衡兼容条件，根据金属增量塑性和运动硬化行为预测残余应力累积。分析型残余应力模型的结果与X射线衍射测量获得的L-PBF制备IN718试样残余应力数据高度吻合。
关键词： 残余应力、微观组织演变、应变硬化、流动软化、激光粉末床熔融
更新于2025-09-23 15:19:57
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基于光纤布拉格光栅传感器的电气贯穿件残余应力分析
摘要： 金属-玻璃密封电气贯穿件（EPA）保持气密性的关键因素是密封玻璃在EPA密封工艺中产生的残余应力。本研究提出一种基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器监测和优化EPA密封工艺的新方法。通过将FBG与密封玻璃良好粘结，测量密封过程中的玻璃参数。Bragg波长偏移可检测加热过程的温度变化。当密封玻璃固化并降至室温后，在消除了温度干扰（因密封工艺前后环境温度与室温相同）的基础上测定残余应力值。为专项研究EPA的凝固过程，评估了密封玻璃的固化温度。该研究为核电站EPA在外部载荷作用下的在线应力与温度监测提供了依据。
关键词： 电气贯穿件组件、可嵌入技术、密封工艺分析、残余应力、光纤布拉格光栅
更新于2025-09-22 19:01:46
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蓝宝石(0001)衬底表面波纹度与残余应力差异导致的机械成形弓形演变
摘要： 单晶蓝宝石凭借成熟的量产工艺、优异的物理特性（包括高热稳定性、机械稳定性和化学稳定性）以及适合生长高结晶度薄膜的晶格常数，已成为现代高科技电子和光学器件最广泛使用的衬底材料之一。当采用单晶衬底时，通常不可避免地会出现被称为"翘曲"的晶圆表面弯曲现象。由于翘曲会通过缺陷产生或界面不良应变降低沉积膜质量，因此在晶圆切片后需进行研磨、退火和抛光等工序以减小翘曲和表面粗糙度。虽然单晶蓝宝石具有足够高的硬度满足器件应用需求，但研磨后的表面波纹和晶圆内部残余应力仍会导致翘曲。本研究通过高分辨率X射线衍射和拉曼光谱技术，揭示了各晶圆加工步骤中翘曲演变的机理。我们发现单晶蓝宝石晶圆的翘曲主要由早期切片工序后不规则研磨表面决定。经过研磨和退火处理后，此类翘曲显著降低。然而额外的表面抛光会在表面施加应力，并因抛光面与背面之间的残余应力差异导致翘曲增加。虽然对背面进一步抛光可有效减小翘曲，但表面晶格仍保持应变状态。
关键词： 高分辨X射线衍射、加工工艺、残余应力、蓝宝石、弯曲、拉曼光谱
更新于2025-09-23 21:45:45