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中国激光
中国激光

周炳琨

月刊

0258-7025

cjl@siom.ac.cn

021-69918427

201800

上海市嘉定区清河路390号 上海800-211邮政信箱

中国激光/Journal Chinese Journal of LasersCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是我国唯一全面反映激光领域最新成就的专业学报类期刊。主要发表我国在激光、光学、材料应用及激光医学方面卓有成就的科学家的研究论文。涉及领域包括激光器件、新型激光器、非成性光学、激光在材料中的应用、激光及光纤技术在医学中的使用，锁模超短脉冲技术、精密光谱学、强光物理、量子光学、全息技术及光信息处理。
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    适用于激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的裂纹控制与成分设计研究进展(特邀)

    史淑静李卓杨晨曾子恒...
    1-22页
    查看更多>>摘要：γ'相强化镍基高温合金以其良好的高温组织与性能稳定性被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车能源等领域,激光增材制造可满足现代工程领域对零部件内部结构优化与自身轻量化的要求,成为镍基高温合金复杂结构零部件制造与修复的新兴技术.然而,传统牌号的高强镍基高温合金的成分及强化机制与激光增材制造快速非平衡凝固及固态相变过程不适配,较宽的凝固温度区间和失衡的高温强韧性易引起微裂纹缺陷,难以保证合金的组织完整性和力学性能,严重制约了激光增材制造技术在高性能高温合金中的应用推广.基于此,本文综述了激光增材制造γ'相强化镍基高温合金裂纹的形成原因和影响因素,根据开裂机理从成分修正、成形工艺参数优化、后处理制度调控等方面总结了裂纹控制相关研究进展,探讨了当前能从根源上抑制裂纹的专用合金成分开发策略,并对激光增材制造γ'相强化镍基高温合金的未来发展方向进行了展望.

    激光技术增材制造高温合金裂纹优化与设计

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    航天运载器大型金属构件激光定向能量沉积研究及应用进展(特邀)

    周庆军严振宇张京京衣凤...
    23-45页
    查看更多>>摘要：激光定向能量沉积(LDED)增材制造技术由于成形效率高、材料送进方式灵活、成形自由度高等特点,非常契合当前及未来航天装备结构大型化、整体化、轻量化、高精度的发展趋势,并已在运载火箭、载人飞船、火箭发动机等领域实现牵引性应用.总结当前铝合金及其复合材料、钛合金及其复合材料、镍基高温合金及其复合材料等3类航天装备结构主体材料的LDED研究现状,在此基础上,梳理出LDED工艺的发展方向及研究进展.重点介绍航天装备主承力结构、异质合金一体化结构、集成流道整体化结构等3类典型结构LDED制造难点、研制及应用进展.最后,对LDED增材制造技术材料、工艺及装备等的发展方向进行了展望.

    激光技术增材制造激光定向能量沉积金属材料大型构件航天运载器

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    异质金属激光增材制造研究及应用进展(特邀)

    马毅管迎春
    46-67页
    查看更多>>摘要：极端服役环境对空天等核心构件可靠性和集成性提出了严峻挑战.传统单一材料体系和制造工艺难以满足复杂性能需求.激光增材制造技术是实现异质金属结构-功能一体化的有效途径,但异质材料兼容问题(易诱发缺陷、加工参数响应不一等)限制了高质量异质界面的形成,这对制造装备与连接工艺提出了更高挑战.本文基于异质金属激光增材制造的最新研究进展,聚焦异质金属成型的关键问题及解决方案,回顾了近年来异质金属体系的发展及空天领域应用,从送粉方式、复合制造等方面介绍了激光增材装备的改进策略,总结了近年来激光增材技术在连接方式、参数调控、监测预测和前后端处理方面的研究进展,并针对这一技术的共性及难点问题给出了展望与思考.

    激光技术异质金属空天应用增材装备增材制造工艺

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    激光增材制造金属功能材料及其原位同步辐射研究(特邀)

    李冠奇张东升郑嘉兴吕超...
    68-88页
    查看更多>>摘要：近年来,基于激光增材制造技术的先进结构材料和构件制备及应用取得了重要进展,并由此带动了该技术在金属功能材料制备与调控方面的发展.作为金属功能材料典型代表的形状记忆合金兼具形状记忆、超弹性和弹热效应等新奇特性,这些特性与合金的微观组织、微结构演化高度相关,但难以通过传统制备和表征手段实现精细化调控和实时相变测量,因而通过激光增材制造技术调控微结构并进行原位同步辐射观测成为形状记忆合金性能提升的重要手段.本文综述了基于激光增材制造的形状记忆合金设计、微结构调控、工艺-结构-性能关系以及国内外研究现状,并从技术原理、材料特性、工艺优化、结构调控和原位表征等方面对形状记忆合金激光增材制造研究进展进行了介绍,归纳整理了现阶段激光增材制造形状记忆合金的主要性能.另外,本文介绍了激光增材制造过程的原位X射线衍射表征方法以及该表征方法的典型应用,对增材制造过程中合金的相变动力学测量及单晶原位表征方法进行了梳理,并对该技术的未来发展趋势进行了展望.

    激光增材制造金属功能材料形状记忆合金同步辐射原位X射线衍射

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    多场调控金属激光增材制造研究现状与展望(特邀)

    高海瑞李继康张振武郑可盈...
    89-111页
    查看更多>>摘要：激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形,在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景.但是,高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场,导致飞溅、球化、气孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的微观性能,影响了该技术更广泛的应用.光束矫形和场辅助原位调控激光增材制造过程是控制缺陷产生的有效方法.综述了国内外在光束矫形以及热、磁和超声多场调控金属激光增材制造领域的研究进展,重点揭示外场-激光-材料-组织-性能间的作用机理,并对多场调控金属激光增材制造未来发展进行了展望,可为金属激光增材制造的高性能调控提供有益参考.

    激光技术激光增材制造光束矫形磁场热场超声场

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    增材制造自支撑设计综述

    魏伟吴海鑫吴晓萱吴金斗...
    112-135页
    查看更多>>摘要：增材制造(AM)的零件若存在悬垂部件,则往往需要添加额外的支撑结构,这不仅会影响打印效率,而且拆除支撑也会引发新的问题.结构自支撑设计能使增材制造摆脱对支撑结构的依赖,现已成为国内外的研究热点.本文首先总结了增材制造结构自支撑设计的原理,接着综述了增材制造零件整体结构自支撑设计的研究进展以及增材制造填充结构自支撑设计的研究进展.其中,根据不同的结构优化方式,将增材制造零件整体结构自支撑设计进一步划分为基于连续体结构拓扑优化、离散结构拓扑优化和形状优化的结构自支撑设计,并分析了各类优化方法的优缺点.最后,讨论了提升计算效率以及提升结构性能的解决方案,并对未来的应用场景以及未来的研究重点进行了展望.

    增材制造结构优化拓扑优化填充结构结构自支撑

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    基于熔池光信号的激光粉末床熔融沉积缺陷在线监测与诊断(特邀)

    陈香媛韦辉亮刘婷婷张凯...
    136-149页
    查看更多>>摘要：在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中,铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量,但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案.采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号,探究不同粉末厚度条件下熔池尺度光信号的变化规律,实现对零件质量的初步诊断.研究结果表明,粉末厚度的异常增加会导致零件熔化状态出现波动,并最终导致严重的球化.表面粗糙度从正常打印状态的5μm显著增加至100 μm以上,同时在零件内部形成了未熔合孔隙缺陷.阐述了粉末厚度对沉积缺陷的影响机制,深入分析了光强与熔池面积的特征及其相互关系,提出了一种基于阈值百分比诊断沉积缺陷的信号监测方法.

    增材制造激光粉末床熔融在线监测熔池光信号沉积缺陷

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    激光选区熔化NbMoTaW系难熔高熵合金组织韧化与性能研究(特邀)

    徐金涛周庆军严振宇李东来...
    150-160页
    查看更多>>摘要：NbMoTaW难熔高熵合金(RHEA)在超高温下表现出优异的力学性能,但其室温脆性限制了其在航空航天等领域中的应用.采用激光选区熔化技术制备了(NbMoTaW)100-xCx和NbMoTaWTix两种难熔高熵合金(x％为原子数分数),通过合金化的方法提高了 NbMoTaW合金的室温脆性抗性.研究表明:原子数分数为0.5％的C的加入显著提高了 NbMoTaW合金的成形性和室温力学性能,使(NbMoTaW)99.5C0.5合金的屈服强度、极限抗压强度和塑性分别提高到1695 MPa、1751 MPa和6.9％;随着Ti含量的增加,NbMoTaWTi,合金的强度和塑性也同时提高.研究结果为增材制造高强韧的NbMoTaW系难熔高熵合金提供了一种新的研究思路.

    激光技术难熔高熵合金激光选区熔化合金化显微组织力学性能

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    粉末循环使用对激光选区熔化GH4169合金组织及拉伸行为的影响(特邀)

    宋巍朱玉平梁静静周亦胄...
    161-175页
    查看更多>>摘要：激光选区熔化GH4169合金粉末的循环使用可以显著降低制备成本、缩短生产周期.但是,利用循环使用的合金粉末,通过激光选区熔化技术成形的部件在组织、缺陷、性能行为上均存在差异.研究了不同循环使用次数下GH4169合金粉末的组织、缺陷及粒径分布等特征对成形件热处理态组织和相分布、拉伸行为及变形机制的影响.分析了循环使用后的粉末形貌和粒径分布、热处理试样的断口形貌、断口纵剖面组织和断口附近透射组织特征,详细阐述了拉伸断裂方式和强韧化机制.结果表明:粉末多次循环使用后平均粒径由30.45 µm逐渐增大至41.80 μm;表面愈加粗糙,流动性由14.85 s/50g增加到18.62 s/50g,较差的流动性导致热处理试样出现孔洞缺陷;合金拉伸强度(50～100 MPa)下降,力学性能受损;而断裂方式和变形机制不受影响.热处理态合金析出 了纳米尺寸的块状碳化物、短棒状δ相、Laves相以及γ"和γ'强化相,拉伸过程中有效的钉扎位错提升了合金性能,使合金在室温和650 ℃下的最大抗拉强度分别达到1430 MPa和1205 MPa,优于或接近已报道的锻造、铸造和增材制造GH4169合金.研究结果为激光选区熔化GH4169合金的粉末循环使用和拉伸变形机制分析提供了参考.

    增材制造激光选区熔化GH4169合金粉末特性组织演变拉伸行为

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    基于胞元堆叠的拉伸-扭转耦合变形结构设计与增材制造验证(特邀)

    朱学仁黄可陈玮张家应...
    176-184页
    查看更多>>摘要：提出了一种拉伸-扭转耦合变形的新型力学超结构,该结构可在轴向拉伸的同时显著提升其截面扭转能力.针对这种简单构型的力学超材料胞元结构进行了建模,并通过胞元堆叠的方式设计了具有拉伸-扭转耦合变形能力的宏观梁结构.通过有限元分析方法研究了胞元的拉伸刚度和拉伸-剪切变形耦合特性,验证了宏观梁结构的变形性能并分析了相关参数,采用激光选区烧结(SLS)技术制备样品进行了实验验证.结果显示:四胞元悬臂梁的扭转角明显大于双胞元悬臂梁,在46.69 N拉力作用下,它们分别产生了 0.667°和0.479°的扭转角,与有限元分析结果具有较好的一致性.此外,相比于双胞元悬臂梁,四胞元组合堆叠悬臂梁在质量上仅增加了 2.77％,但耦合系数却增大了 42.97％,这表明四胞元堆叠悬臂梁具有更优的拉伸-扭转耦合特性.宏观梁结构中的扭转变形近似成线性累积,可通过增加胞元组合的堆叠次数增大其扭转角.

    超材料结构设计胞元堆叠增材制造

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