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oe1(光电查) - 科学论文

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出版时间
  • 2020
  • 2019
  • 2018
研究主题
  • 激光焊接
  • 激光粉末床熔融
  • 增材制造
  • 选择性激光熔化
  • 激光加工
  • 孔隙形成
  • X射线成像
  • 混合接头
  • 决策制定
  • 激光辅助连接
应用领域
  • 材料科学与工程
  • 机械工程
  • 复合材料与工程
  • 增材制造工程
  • 生物材料
  • 金属材料工程
机构单位
  • The University of Manchester
  • Harbin Institute of Technology
  • Purdue University
  • Delft University of Technology
  • Missouri University of Science and Technology
  • Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA)
  • South China University of Technology
  • Nanjing University of Science and Technology
  • Pusan National University
  • Perm National Research Polytechnic University
19 条数据
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  • 铜铁伪合金的激光淬火

    摘要： 本研究的目的是通过表面热处理改善粉末伪合金材料的性能特性。此类材料具有独特性能，例如干摩擦条件下的自润滑性、高导热系数以及高耐电蚀性。粉末伪合金的缺点是强度相对较低。本文研究了采用高能处理方法——激光辐射进行表面硬化的工艺。论文阐述了实验研究方法，描述了粉末材料的制备方法、化学成分及所用设备。给出了采用最大功率1千瓦的连续波光纤激光器对钢-铜粉末伪合金表层进行激光热处理（LHT）后的微观结构和显微硬度研究结果，标明了LHT工艺参数，评估了LHT参数对硬化层特性的影响。研究发现：除完全熔化区外，材料中还形成了部分熔化区——该区域初始结构中可熔组分（铜）的体积与钢基体的接触段发生熔化；随后形成固态淬火区，其中最佳试样在马氏体体积内达到最高约1000HV的硬度，这些马氏体形成于初始钢-铜材料珠光体晶粒团中。

    关键词： 钢-铜假合金、显微硬度、磨粒磨损、激光热处理、粉末冶金、显微组织

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 钛基复合材料选择性激光熔化过程中热行为、流体动力学及表面形貌的介观尺度研究

    摘要： 基于随机堆积粉末床模型开发了介观尺度模拟方法，用于研究钛基复合材料选区激光熔化（SLM）过程中的热行为。系统考察了工艺参数对熔池内热行为、流体动力学及表面形貌演化的影响。结果表明：随着激光功率提升，工作温度、冷却速率和熔体存活时间显著提高；高激光功率条件下熔池尺寸增大，出现湍流流体运动，夹杂气体逸出效率提升且增强相颗粒在熔池内实现高效重排。优化工艺参数时，激光与粉末相互作用区域的温度峰值明显消失并形成3300K的最高温度，平台因热积累产生的平均工作温度高达1300K。模拟预测的熔池表面形貌随激光功率增加呈现连续孔隙→碎片状→典型规则液相前沿→湍流液相前沿及飞溅球化现象的演变规律。当激光功率200W、能量密度140J/m时，最大速度位于前后区域，熔体前进前沿的速度矢量指向熔池后部，表明辐照区熔体可实现高效补缩从而避免残余孔隙形成，最终获得液相前沿清晰、飞溅少且表面平整的良好效果。模拟表面形貌与实验测量结果一致。

    关键词： 表面形貌、热力学、介观模拟、选择性激光熔化、钛基复合材料

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 采用原位粉末混合激光粉末床熔融技术实现三维金属-玻璃功能梯度材料构件的增材制造

    摘要： 现有的商用粉末床熔融三维（3D）打印系统通常每个组件只能打印单一材料。本文采用自主研发的基于喷嘴的多材料选择性激光熔化（MMSLM）系统，制造了成分从铜合金渐变至钠钙玻璃的功能梯度材料（FGM）。研究设计了一套原位粉末混合系统，能按选定比例混合金属与玻璃粉末，并通过多喷嘴超声振动粉末供给系统输送混合粉末。截面分析显示，梯度结构中玻璃比例从金属基复合材料（MMC）经过渡相逐渐增至陶瓷基复合材料（CMC）。激光加工过程中，纯铜合金与MMC部分结合，纯玻璃相渗入CMC部分并锚定玻璃相——这成为FGM实现3D打印件中纯金属与纯玻璃结合的主要机制。通过对梯度材料样品的压痕、拉伸及剪切测试表明：FGM的力学性能从延展性（金属侧）向脆性（玻璃侧）渐变，其最薄弱部位出现在过渡相与CMC的界面（即延性与脆性相的交界处）。

    关键词： 铜-玻璃，粉末床熔融，水平梯度结构，多材料选择性激光熔化，功能梯度材料

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 工艺参数对选区激光熔化316L/CuSn10界面特征的影响机制

    摘要： 双金属结构能够结合不同金属材料的性能，以满足工业解决方案中的多功能需求。本文通过自主研发的多材料选区激光熔化（SLM）设备制备了钢-青铜双金属结构。为研究激光功率、扫描速度和扫描间距对界面特征的影响，在316L不锈钢层上方成形二十层CuSn10锡青铜时进行了三因素五水平的正交实验。采用光学显微镜（OM）、大景深显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、拉伸性能测试、电子背散射衍射（EBSD）和纳米压痕等技术对这些双金属结构进行表征，以验证工艺参数的影响。大景深显微镜显示钢/青铜界面存在凸起，其高度随体积能量输入增加先升高后降低。此外，界面缺陷的产生与界面工艺参数相关，发现缺陷类型主要分为孔洞和裂纹。能量不足会导致水平方向产生裂纹进而引发结合失效，反之较高能量输入会在垂直方向产生微裂纹。界面区域附近的缺陷是影响结合强度极限值的主要因素。结果表明，钢-青铜双金属结构展现出最佳接头极限强度459.54±3.08 MPa（延伸率5.23±0.65%），以及最小接头极限强度199.02±0.56 MPa（延伸率1.70±0.22%）。其断口形貌也分别呈现沟槽状和扇形特征。此外，EBSD结果显示界面区域出现细晶区，有助于提高该区域的平均纳米硬度。本研究为选区激光熔化制备钢-青铜双金属零件的工艺参数对界面特征和力学性能的影响提供了参考。

    关键词： 界面表征、力学性能、选择性激光熔化、双金属结构、多材料

    更新于2025-09-19 17:13:59

  • 集成激光粉末床熔融与熔丝制造的混合金属/聚合物三维打印技术

    摘要： 要生产复杂功能器件并消除装配需求，需采用集成熔融沉积成型（FFF）与激光粉末床熔融（PBF）技术来制造金属-聚合物混合部件。该系统的设计与操作流程基于激光加热原理，通过PBF打印的互锁结构实现金属/聚合物连接，并通过论述阐明了控制连接强度的机理与科学依据。拉伸与剪切测试证实了该金属/聚合物多材料增材制造技术具有良好的连接强度。本文提出了一种引入PBF打印金属与FFF打印聚合物（二者材料特性迥异）的3D打印系统，所制组件无需使用粘合剂。此外，还演示了通过激光熔融将金属粉末沉积至聚合物基底顶部的工艺——成功在PLA/SS 316L复合基底顶部沉积了铜（Cu10Sn）层，但其连接强度问题仍有待解决。最终成功打印出含不锈钢（SS 316L）、铜（Cu10Sn）及聚合物（PLA、PET）的多种混合3D组件，并探讨了其潜在应用。

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 激光-MIG复合焊接厚截面TC4合金接头的显微组织与拉伸性能

    摘要： 本文采用激光-MIG复合（LAMIG）焊接技术实现了厚截面TC4合金的自熔焊接。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对焊缝显微组织进行了表征。结果表明焊缝中形成了α'和β相。研究了热输入（E）对焊缝显微组织和抗拉强度的影响：随着热输入增加，片状α'马氏体在高温相变区的停留时间延长且片层厚度增大，同时β相厚度增加，片状α'中出现位错缠结现象。此外，热输入增大会导致抗拉强度降低，断口韧窝形貌由等轴状转变为撕裂状，这对焊缝性能产生不利影响。

    关键词： α'马氏体、钛焊接、强度、微观结构分析

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 采用银和锌纳米粒子对选择性激光熔化多孔钛进行生物功能化以预防抗生素耐药菌感染

    摘要： 抗生素耐药菌常引发植入物相关感染（IAI），使得这类感染的治疗更具挑战性。因此，兼具抗菌活性与促成骨整合功能的多功能植入体表面成为预防IAI的关键需求。在植入体表面复合多种无机抗菌剂，既能针对广谱微生物产生协同抗菌效应，又可降低细菌耐药性的发生概率。本研究采用选择性激光熔融（SLM）制备多孔钛植入体，通过基于钙磷成分的电解液进行等离子体电解氧化（PEO）生物功能化处理，并将银/锌纳米颗粒按0-100%比例紧密嵌入生长中的二氧化钛层。表面生物功能化后，银锌离子持续释放至少28天，对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）表现出抗菌沥滤活性。此外，该功能化表面通过产生活性氧实现接触杀菌。当银锌纳米颗粒比例为75%/25%时，功能化植入体在体外实验及小鼠股骨离体实验中均能完全清除黏附菌与浮游菌，而单纯锌表面则无此效果。不同离子组合的最低抑菌/杀菌浓度测定证实存在强效协同抗菌作用，可使所需银离子用量降低两个数量级（即120倍）。同时，含锌表面能显著提升前成骨细胞在3、7、11天的代谢活性。综上，采用银锌纳米颗粒进行PEO生物功能化是制备骨科植入体多功能表面、预防抗生素耐药菌所致IAI的有效策略。

    关键词： 多功能生物材料、银和锌纳米粒子、植入物相关感染、等离子体电解氧化、增材制造、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 采用直接激光熔化工艺制备细丝

    摘要： 随着微机电系统和微系统技术的快速发展，微线材零件在生物医学、汽车和消费电子领域得到广泛应用。因此，微线材制造对微型零件的生产具有重要作用。然而当金属零件尺寸缩小至微尺度时，取决于试样尺寸的塑性变形行为和热性能会与宏观尺度产生差异，从而出现尺寸效应。激光直接熔化工艺可通过激光扫描熔融金属粉末，直接制造全致密、高性能的复杂金属零件。本研究探究了采用激光直接熔化法制备可替代微线材的精细线状熔道的方法。研究发现激光工艺参数（如激光功率、扫描速度、粉末粒径及粉层厚度）是影响线状熔道形状的重要变量。通过显微镜和硬度计分析了表面形貌及截面特性。

    关键词： 直接激光熔化（DLM）、线性焊道、硬度、圆度

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过振荡激光焊接改善异种金属焊接中熔合区组织不均匀性

    摘要： 采用激光振荡焊接工艺对Ni-Cr-Mo与Cu-Cr-Zr异种金属进行焊接，以防止宏观偏析的产生。通过形貌分析、元素分布分析和力学性能测试研究了振荡对异种金属焊接的影响。结果表明：应用激光振荡后，混合不良区和部分熔化强化相显著减少，主要组成元素的分布更为均匀。由于固溶强化效果更佳，抗拉强度和延伸率的最大增幅分别可达约20%和45%。

    关键词： 隔离、异种金属、激光加工、焊接、微观结构

    更新于2025-09-12 10:27:22