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四种不同取向蓝宝石单晶在冲击载荷与静载荷作用下的裂纹扩展机理研究
摘要： 由于具有优异的物理性能，蓝宝石应用广泛。作为典型的各向异性材料，其部件通常在包含静动态载荷的复杂条件下使用。研究不同载荷条件下裂纹扩展机制对蓝宝石的成功应用具有重要意义。本研究通过高频循环冲击试验装置，分别对蓝宝石A面、C面、M面和R面进行了冲击与静态载荷测试，获取了不同测试条件下作用于蓝宝石的力信号，并基于试样断口形貌分析了裂纹扩展情况。发现蓝宝石在冲击载荷下会快速开裂断裂后进入疲劳阶段；静态压痕测试中施加于蓝宝石的力随载荷线性增加而线性增长，但卸载过程该关系不再线性。晶体取向影响裂纹扩展，导致不同晶向蓝宝石断裂后表面形貌呈现差异特征，为此分别为A面、C面、M面和R面提出了四种不同的裂纹系统模型。此外通过白光干涉仪观测蓝宝石三维形貌发现：冲击载荷后仅在R面蓝宝石出现赫兹锥形裂纹，但A面、C面和M面蓝宝石是否产生锥形裂纹尚不确定。
关键词： 冲击载荷、静载荷、蓝宝石、晶体取向、裂纹扩展、裂纹系统
更新于2025-09-23 15:23:52
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激光冲击表面微造型过程中多纹理微图案阵列的均匀性及其对铝合金表面性能的影响
摘要： 本研究通过单次激光束照射，采用激光冲击表面图案化工艺在金属表面高效制备了数百个微结构图案。成功将矩形、六边形、圆形及网状等多种尺寸的微图案阵列转移至工件表面，实现了多纹理表面结构。为提高微图案阵列的均匀性，增加烧蚀层厚度最为有效——当烧蚀层较厚时，由于自变形程度降低使其处于相对刚性状态，更多均匀压力得以传递至材料。该工艺通过强冲击载荷与塑性变形作用于材料表面，主要使受冲击区域附近的硬度值显著提升。微图案阵列均匀性越好，硬度值偏差越小，因此确保微图案均匀性对实现表面性能均一化至关重要。研究还观测到不同工艺条件下接触角的变化：表面图案化后，气阱区滞留空气量增加会导致接触角升高；而激光强度增大时，几何表面变化更剧烈且表面结构改变，使得空气与水滴接触减少，接触角随之降低。
关键词： 激光表面图案化、多纹理表面、冲击载荷、均匀性、润湿性、硬度
更新于2025-09-11 14:15:04