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oe1(光电查) - 科学论文

34 条数据
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  • 采用激光增材制造过程中光谱诊断的Inconel625/316L功能梯度材料

    摘要： 本文通过激光诱导等离子体发射光谱法在线监测了增材制造过程中Inconel625/316L功能梯度材料的成分变化。采用多条特征谱线建立了相对强度、相对强度比、等离子体温度与功能梯度材料成分变化的定量关系。结果表明：相对强度与成分含量的变化趋势与实际预期相符，但相对强度与Inconel625含量呈非线性关系。Cr-I/Ni-I相对强度比随Inconel625含量增加近乎线性递减，最佳拟合曲线的线性相关系数为0.943，最大百分比误差为7.5%。通过330-380nm范围内五条中性铬谱线的玻尔兹曼图法测得等离子体温度，在特定区间内该温度随Inconel625含量增加近乎线性上升，拟合直线的线性相关系数为0.93，最大百分比误差为2.7%。验证了增材制造过程中利用光谱信息监测梯度材料成分的可行性。

    关键词： 等离子体温度、光谱诊断、激光增材制造、成分监测

    更新于2025-11-28 14:24:20

  • 用于骨修复的Zn-2Al零件激光增材制造：成形性、微观结构与性能

    摘要： 锌（Zn）合金因其固有的可降解性、良好的力学性能和生物相容性，成为极具前景的骨修复材料。本研究采用代表性增材制造技术——激光粉末床熔融（LPBF）制备了用于骨修复的Zn-2Al（质量百分比）部件。低能量密度（Ev）导致熔池内高液体粘度形成气孔，从而造成致密化率不足；而高Ev则引发锌粉蒸发并导致LPBF工艺失效。随着Ev增大，所得晶粒及含η-Zn与α-Al相的层状共晶沉淀结构因热积累增强和冷却速率降低而粗化。在优化能量密度114.28 J/mm3条件下，获得了致密化率达98.3±1.4%的完全致密Zn-2Al部件，其硬度达64.5±1.8 Hv、抗拉强度为192.2±5.4 MPa，且具有适中的腐蚀速率0.14 mm/年。体外细胞实验进一步证实其良好生物相容性。研究表明，LPBF制备的Zn-2Al部件是潜在的骨修复材料。

    关键词： 锌合金、激光增材制造、力学性能、降解速率、生物相容性

    更新于2025-11-21 11:18:25

  • 超级合金激光增材制造中不同冷却速率下的晶粒尺寸演变

    摘要： 激光增材制造中的加工参数对凝固微观结构（尤其是晶粒尺寸）具有关键影响，从而影响最终产品的性能。本文通过实验研究了扫描速度、激光功率和送粉速率等加工参数对激光金属沉积过程中凝固轨迹晶粒尺寸的影响。同时建立了一个考虑传热、相变和马兰戈尼对流的三维模型，用于模拟凝固参数（特别是冷却速率G×R）以阐明其内在机制。实验与模拟结果表明：随着扫描速度从2 mm/s提升至10 mm/s，冷却速率增大且晶粒尺寸从8.7 μm减小至4.7 μm；相反，激光功率和送粉速率的增加会导致冷却速率降低及晶粒尺寸增大。数值模拟与实验结果为增材制造工艺提供了微观结构调控与性能优化的潜在可能。

    关键词： 晶粒尺寸，激光增材制造，高温合金，凝固，冷却速率

    更新于2025-11-21 11:18:25

  • 在几何特征明确的不锈钢粉末层中测量的动态激光吸收率

    摘要： 真实粉末分布与光学耦合之间的关系，是深入理解激光增材制造物理机制、建立更可靠精准的可预测制造模型的关键基础。金属粉末对激光的吸收特性与致密材料存在显著差异，这受到颗粒尺寸、形貌分布及堆积状态等附加参数的影响。本研究采用X射线计算机断层扫描技术，实验测定了金属基板上薄层奥氏体不锈钢粉末的这些参数，并结合1毫秒稳态激光照射下的光学吸收率测量数据，模拟增材制造过程。在该薄层粉末中，颗粒体积分数从粉末表面近乎零值连续变化至235微米深度处的峰值0.72，其中前100微米区间增幅最为显著。通过解析模型研究发现：该颗粒体积分数梯度与光学吸收率的关系表明，深度平均吸收率测量虽能反映预测平均值，但无法捕捉粉末密度变化导致的局部效应。时间平均吸收率在激光功率跨越两个数量级范围内始终维持在0.67至0.80之间，显著高于实心不锈钢实验观测值。而吸收率的动态行为则揭示了氧化、熔融及蒸汽空腔（匙孔）形成等物理现象，并量化了这些效应对吸收能量的影响。

    关键词： 钥匙孔形成、激光增材制造、不锈钢粉末、X射线计算机断层扫描、光学耦合、光学吸收率、颗粒体积分数

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光冲击处理对激光增材制造Ti6Al4V钛合金抗氧化性能的影响

    摘要： 研究了激光增材制造（LAM）Ti6Al4V在激光冲击处理（LSP）前后的高温抗氧化性能。样品在空气中于400?800°C氧化1?50小时。结果表明，LAM制造的Ti6Al4V的增重速率降低，且LSP对提高抗氧化性具有积极作用。在700°C氧化温度下，LSP前截面观察到富铝层；LSP后富铝层转变为三层结构。该富铝层阻止了氧的扩散，从而提升了Ti6Al4V的抗氧化性能。

    关键词： Ti6Al4V钛合金，高温抗氧化性，激光冲击处理，激光增材制造

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 激光喷丸对激光增材制造316L钢的影响

    摘要： 激光喷丸技术在传统制造业中应用广泛。然而在增材制造领域，零件初始应力?；嵯魅跫す馀缤栊Ч?，导致难以获得理想的残余应力分布。本研究通过数值模拟与实验测试，探究了初始残余应力与激光喷丸诱导应力的相互作用。通过建立有限元模型预测激光沉积试样的应力分布及其受激光喷丸影响的演变状态，并对微观组织与力学性能进行了实验表征。结果表明：激光沉积试样中热致拉应力会影响激光喷丸在横向和纵向的作用效果。经激光喷丸处理后，增材制造试样的部分力学性能发生改变——表面及1毫米深度处的硬度分别提升7%和22%，屈服强度提高16%，而抗拉强度与延伸率未见显著变化。

    关键词： 有限元分析、激光喷丸、激光增材制造、残余应力

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 铝合金纳米颗粒激光增材制造中凝固动力学与颈部生长的分子动力学模拟

    摘要： 激光增材制造是一种通过熔合粉末颗粒逐层构建部件的先进制造工艺。该过程具有多面性，理解粉末颗粒在加工过程中结合的底层物理机制至关重要，这直接影响构建部件的结构和力学性能。本研究针对激光增材制造过程中预合金化铝合金（AlSi10Mg）颗粒的结合现象，建立了经典分子动力学（MD）模型。通过改变激光能量密度（7-17 J/mm2），该模型用于研究不同粒径配对颗粒的颈部生长与结合动力学。模拟结果表明：相比等粒径颗粒，非等粒径颗粒能实现完全结合；且AlSi10Mg颗粒的颈部生长速率随激光能量密度增加而提升。本研究表明，AlSi10Mg纳米颗粒的结合动力学主要受表面扩散、体积扩散及颗粒结合过程中的表面能降低机制支配。该分析将为新部件打印的工艺参数设计与质量控制提供指导准则。

    关键词： 分子动力学、激光增材制造、聚结、激光能量密度、粉末床熔融

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 原子探针断层扫描技术在激光增材制造样品复杂微观结构中的应用

    摘要： 增材制造（AM）技术已在从生物医学到航空航天等多个工业领域获得日益广泛的关注。该技术不仅用于原型制作，还应用于模具制造及最终零部件生产。这种计算机控制的逐层堆叠工艺提供了更大的设计自由度，几乎能够制造任何形状的部件。其额外优势包括潜在的资源效率提升、产品定制化程度提高以及轻量化设计。两种主流的金属激光增材制造（LAM）技术是激光粉末床熔融（LPBF）和激光金属沉积（LMD）。在LPBF工艺中，聚焦激光束扫描填充金属粉末的粉床，局部熔化并融合粉末以制造全致密金属部件，随后铺展新粉层并再次进行激光扫描。LMD则是基于喷嘴的增材制造工艺，通过聚焦激光束在构建表面形成熔池，再经喷嘴向熔池注入金属粉末，通过喷嘴/激光组件逐道次、逐层向前移动来构建三维部件。 LAM制造的金属材料具有独特的热历史：材料最初在熔池中从液态快速冷却，随后在LAM过程中因相邻轨迹及后续层沉积而经历循环再加热（即所谓本征热处理IHT）。这种热历史导致的后果极为复杂，有时会形成从纳米到毫米尺度存在不均匀性的层级微观结构。要全面理解和表征这些微观结构极具挑战性，需要综合运用从光学显微镜（LOM）到电子显微镜直至原子探针断层扫描（APT）等覆盖相似尺度范围的技术手段。本文通过实例展示APT如何提供复杂微观结构的关键信息，以深入理解不同金属合金中的本征热处理、快速凝固及相分离现象，具体包括钢、铝/镍基高温合金以及高熵合金（HEA）的案例分析。

    关键词： 激光增材制造，增材制造，相分离，微观结构，原子探针断层扫描，快速凝固，本征热处理

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 激光增材制造Ti-Zr同成分合金的微观组织与性能

    摘要： 本工作采用激光增材制造技术在纯钛基板上制备了Ti40Zr（原子百分比）共晶合金及共晶点附近的四种Ti-Zr合金?；谙晕⒆橹?、力学性能、摩擦学性能、耐蚀性和成形性对这些合金进行了对比分析。结果表明：随着Zr含量增加，合金组织依次从40at.%Zr时的魏氏体结构发展为近乎全β-(TiZr)柱状晶，进而形成β-(TiZr)柱状晶与颗粒状α-(TiZr)的复合组织。具有近乎全β-(TiZr)结构的Ti60Zr40共晶合金展现出延展性、耐蚀性与成形性的新颖组合，但与其他共晶点附近Ti-Zr合金相比，其硬度略低、强度稍差且摩擦学性能欠佳。因此，通过合金化开发该共晶合金作为高强度激光增材制造材料具有重要研究价值。

    关键词： 同源合金、激光增材制造、钛合金、性能、微观结构

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 激光定向能量沉积增材制造过程中熔池横截面几何形状与晶粒取向的在线测量

    摘要： 理解激光定向能量沉积（L-DED）过程中熔池的行为对于预测和控制工艺质量至关重要。以往的研究主要集中在观察熔池表面特征。本文采用同轴成像系统来确定高沉积速率L-DED过程中的熔池横截面几何形状，并预测凝固晶粒取向。研究了图像处理流程、沉积轨迹横截面轮廓预测以及熔池形状与熔池动力学和晶粒生长取向之间的关系。结果表明，可以获得锐利的熔池边缘，从而以超过95%的精度预测熔池宽度。熔池长度的估算方法精度为90%。利用实验获得的熔池宽度和深度数据，以92%的精度预测了沉积轨迹的横截面轮廓，并与实验数据取得了良好匹配。研究发现，熔池的形成能够预测凝固过程中的晶体生长方向。

    关键词： 熔池尺寸、激光增材制造、轨迹几何形状、激光定向能量沉积、晶粒生长

    更新于2025-09-23 15:19:57