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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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    仿生竹纤维五系铝基复合结构强-韧性调控与界面显微组织研究(特邀)

    杨光马一鑫赵朔钦兰云...
    185-193页
    查看更多>>摘要：为进一步提高铝基复合材料的强度与韧性,避免强韧性倒置关系,通过在铝基体中加入不同体积分数与尺寸的钛合金骨架结构,制备出强韧性可调控的仿竹纤维Al-Ti复合结构.研究发现:钛合金强化骨架与铝合金基体界面间发生了扩散反应,形成了致密的冶金结合,界面内析出相为钛铝金属间化合物.与传统铝基复材相比,复合结构铝基复合材料抗压强度高达380～1085 MPa,形成一体化微/宏观"高强-高韧"纤维状复合结构.对微观变形机制进行研究:高强度化合物的析出有效阻止了异质界面内裂纹萌生、扩展.同时高分辨下观察发现,界面内析出的Ti3Al相变形后在晶粒内部形成了有效的变形孪晶,提升了界面内高、低模量析出相间协调变形能力,是复合结构增强-增韧的主要机制.

    激光技术增材制造仿生结构Al-Ti复合结构材料微/宏观强韧性调控

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    Ti6Al4V/NiTi异质功能材料原位梯度增材成形与界面组织演化(特邀)

    高佳丽汪徐郝云波王志强...
    194-204页
    查看更多>>摘要：面向航天领域极端复杂工况,Ti6Al4V/NiTi异质功能结构可在充分发挥高比强度、耐蚀性等材料性能优势的同时实现智能变形等功能需求.然而,两种金属过渡界面区具有较高的开裂倾向.笔者采用激光熔化同步输送异质合金粉末沉积成形工艺,在富氧环境下开展了组分梯度过渡的Ti6Al4V/NiTi合金的原位制备,并在此基础上通过等能量密度成形法和基板热管理,实现了 Ti6Al4V/NiTi异质材料的一体化沉积成形,分析了过渡区界面组织的演化规律.扫描电镜和能谱分析结果表明:经组分梯度优化后,梯度层界面之间呈良好的冶金结合;随着NiTi组分逐渐增加,从 Ti6Al4V 区到 NiTi 区,相组成演变为 a-Ti+β-Ti→a-Ti+NiTi2→NiTi2→NiTi2+NiTi→NiTi→NiTi+Ni3Ti.梯度过渡区的显微硬度从Ti6Al4V区的343 HV±13 HV变化到NiTi区的275 HV±10 HV,40％Ti6Al4V+60％NiTi区域由于NiTi2强化相的析出而具有最高的硬度值,硬度值为576 HV±5HV.

    激光熔化沉积异质功能材料原位梯度增材制造界面组织等能量密度成形

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    因瓦合金镜筒激光选区熔化增材制造工艺及结构优化研究(特邀)

    张天雷张子龙李培鑫汪小明...
    205-214页
    查看更多>>摘要：因瓦合金以其独特的因瓦效应被应用于航天用精密光学镜筒制造中.对因瓦合金镜筒激光选区增材制造工艺及其结构设计进行了探究与优化,结果表明:增加激光扫描间距同时适当降低扫描速度可以有效减少匙孔与未熔合等缺陷,得到了显微组织均匀分布且无明显缺陷的样件,其抗拉强度为482 MPa,屈服强度为388 MPa,最终获得了高质量的镜筒结构件.将镜筒结构拓扑优化为斜拉筋式结构并进行去应力热处理后,其内部残余应力仅为屈服应力的13％,且热膨胀系数仅为1.9×10-6 K-1.

    增材制造激光选区熔化因瓦合金工艺优化结构设计及后处理

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    超声辅助对摆动激光熔丝增材制造2319铝合金沉积成形和显微组织的影响行为

    王燕霜张震吴世凯
    215-228页
    查看更多>>摘要：为解决高强铝合金激光增材制造过程中存在的孔洞缺陷、组织不均、晶粒粗大等难题,在摆动激光熔丝沉积的基础上引入超声能场是可行的抑制措施.搭建了超声辅助摆动激光熔丝增材制造试验平台,探究了超声功率、变幅杆压力、变幅杆输入位置对2319铝合金沉积层形貌和显微组织的影响规律并对超声工艺参数进行了优化.结果表明:变幅杆压力对沉积宏观形貌具有显著影响,随着压力的增大熔池横截面形貌逐渐趋于上宽下窄;超声参数对单道沉积层的晶粒尺寸有着明显影响,随着超声功率的增加晶粒尺寸先减小后增大,当超声功率占比(超声波发生器的输出功率占其最大输出功率的百分比)为40％时晶粒尺寸达到最小值70.9 µm.超声输入位置在熔池之后时晶粒细化效果更好,且在-10 mm处晶粒尺寸同组最低,只有80.9 μm.当变幅杆压力处于40～100 N范围内时晶粒的细化效果比较明显,晶粒尺寸在110～130 μm之间.观察多层沉积结果可知,超声的引入使得多层样品的平均晶粒尺寸降低了 66.3％、增加了 Al2Cu强化相的含量并且抑制了 Al的滑移面生长趋势.超声在熔池中传递所产生的声流效应和空化效应是使沉积层成分均匀、缺陷减少和组织细化的主要原因.

    激光技术摆动激光超声辅助2319铝合金增材制造显微组织

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    激光功率对激光粉末床熔融成形Al2O3-ZrO2共晶陶瓷熔池形态、微观组织和力学性能影响的研究

    熊志伟张凯刘婷婷廖文和...
    229-241页
    查看更多>>摘要：熔融生长的Al2O3-ZrO2共晶陶瓷具有优异的高温性能.采用激光粉末床熔融(LPBF)直接制备Al2O3-ZrO2共晶陶瓷,研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能.结果表明,激光功率的提升将增加熔池的长度和单沉积道的宽度.Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的表面粗糙度(Ra)和气孔率均随着激光功率的增加先降低后升高.在没有添加Y2O3等稳定剂的条件下,Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的物相主要包括α-Al2O3、m-ZrO2和亚稳相t-ZrO2.随着激光功率的增加,m-ZrO2逐渐减少,这是由于LPBF的快速冷却过程抑制了马氏体相变.样件的晶粒尺寸随着激光功率的增加呈增大趋势,晶界密度减小,因此测量的显微硬度和断裂韧性呈现下降的趋势.当激光功率为60 W时,得到硬度为H=17.19 GPa和断裂韧性为KIC=6.67 MPa·m12的最优力学性能样品.

    激光技术激光粉末床熔融Al2O3-ZrO2共晶陶瓷熔池晶粒尺寸断裂韧性

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    激光粉末床熔融稀土改性高强铝合金形性调控研究

    齐世文顾冬冬张晗戴冬华...
    242-252页
    查看更多>>摘要：激光增材制造稀土改性高强铝合金因具备轻质高强、复杂构件一体化成形等优势,在航空航天领域具有广阔的应用前景.围绕激光增材制造成形工艺优化、冶金缺陷抑制、力学性能提升及复杂构件形性调控等的研究是近年来的研究难点.本团队开展了激光粉末床熔融成形稀土改性高强铝合金Al-4.2Mg-0.4Sc-0.2Zr的激光工艺优化研究,基于试验表征与数值模拟相结合的方法,揭示了激光扫描速度对成形试件表面质量、内部冶金缺陷、熔池传热传质行为及纳米析出相分布的影响机制.结果显示:当激光功率为300 W、激光扫描速度为800 mm/s,并辅以325 ℃/4 h的时效热处理时,成形试件的致密度最优,为99.5％,抗拉强度为512.4 MPa,延伸率为13.3％.基于优化工艺参数对航空领域两类典型的复杂构件开展了成形试验研究,成形试件的最长外形尺寸为570 mm,表面粗糙度Ra≤7.3µm,尺寸精度可达0.1 mm/100 mm.

    激光技术增材制造激光粉末床熔融高强铝合金工艺调控力学性能

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    激光定向能量沉积Inconel 718合金高频窄脉冲电化学后处理行为研究

    耿建峰吴琳郭鹏飞王慧君...
    253-264页
    查看更多>>摘要：高频窄脉冲电解加工技术能有效提高加工精度和表面质量,在镍基高温合金等难加工金属材料的精密制造方面有着广泛的应用.然而,对于微观组织极不均匀的激光定向能量沉积构件,其加工质量尚不清晰,尤其是采用无水电解液时.以激光定向能量沉积Inconel 718合金为研究对象,采用频率为30～100 kHz、占空比为30％～80％的高频窄脉冲电流以及饱和NaCl乙二醇电解液进行射流电解加工实验.结果表明:沉积态Inconel 718合金组织由γ基体相、Nb偏析区与枝晶间相(主要为γ/Laves共晶相)组成;在10.50 A/cm2的电流密度下,加工区表面粗糙度随脉冲频率的增加而增大,且脉冲频率为30 kHz时表面粗糙度最小(Ra=1.562 μm),加工精度最高;表面粗糙度随占空比的增加先减小后增大,占空比为50％时表面粗糙度最小,占空比为60％时加工精度最高;而在直流模式下,表面粗糙度随电流密度的增大而降低,且电流密度为10.50 A/cm2时,表面质量最优(Ra=0.526 μm),这是由于高电流密度更容易诱导表面"过饱和盐膜"的形成,从而有效抑制选择性溶解,降低表面粗糙度.但在加T精度方面,高频窄脉冲电流模式的加工定域性较好.最后,基于"盐膜"理论和双电层模型,揭示了高频窄脉冲电流模式下沉积态Inconel 718合金的微区阳极溶解机理,为提高激光增材制造镍基高温合金射流电解加工表面质量提供了理论支撑和实验依据.

    激光技术激光定向能量沉积Inconel718镍基高温合金射流电解加工表面完整性加工精度

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    基于视觉大模型的激光粉末床熔融铺粉缺陷检测

    谭鲲鹏唐甲锋赵志斌王晨希...
    265-274页
    查看更多>>摘要：激光粉末床熔融增材制造面临质量稳定一致性的挑战,铺粉质量是影响成形件质量的重要因素.近年来,计算机视觉在铺粉缺陷监测中的应用表现突出,但其性能却受到标注数据数量不足的限制.针对这一问题,笔者设计了基于视觉大模型分割一切模型(SAM)的铺粉缺陷分割模型(PSAM).针对SAM预训练参数的知识迁移问题,引入Adapter模块实现参数微调;针对铺粉分割任务中类别信息的需求,改进了 SAM中的掩码解码器;针对工业场景中人工提示难的问题,提出了自动提示生成器,实现了视觉提示的自动生成.在训练样本数量仅为50的情况下,PSAM表现出了良好的分割性能,平均交并比(mIoU)可达到65.02％,相较于Deeplab v3和U-Net分别提升了 8.52个百分点和5.31个百分点.本研究展示了视觉大模型在增材过程监控中的应用价值和应用潜力.

    激光技术激光粉末床熔融过程监测视觉大模型缺陷检测

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    DD6镍基单晶高温合金激光重熔区杂晶的形成机制研究

    王慧君郭鹏飞耿建峰许建军...
    275-287页
    查看更多>>摘要：研究了 DD6镍基单晶高温合金在不同功率下重熔区内部杂晶的形成机制.碳化物的形成导致固液界面塌陷,进而诱导杂晶的形成;熔池顶部杂晶的产生主要与温度梯度、固液界面的迁移速率有关.激光功率升高导致温度梯度降低,进而诱导柱状晶向等轴晶转变(CET);转向枝晶交汇处杂晶的产生是由枝晶交汇处的温度梯度比其他地方小以及温度梯度方向改变引起的.热应力数值模拟结果表明:低激光功率下的热输入可以有效提高温度梯度并有效降低残余应力水平,有利于抑制单晶修复过程中杂晶的形成.该研究可为单晶修复过程中杂晶的抑制提供理论和实验支撑.

    镍基单晶高温合金杂晶单晶修复激光重熔

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    热处理对选区激光熔化TC4合金微观组织及力学性能的影响规律研究

    冯恩昊陈蓉邸士雄周占伟...
    288-299页
    查看更多>>摘要：激光增材制造过程中的快速冷却,导致成形零件一般具有较高的残余应力与亚稳态结构.因此,优化热处理工艺对提高成形零件的使用性能至关重要.研究了选区激光熔化(SLM)TC4钛合金经不同热处理(退火、固溶、固溶时效)后的显微组织演化规律及拉伸性能特征.在实验过程中,首先对致密度优良的SLM TC4钛合金进行了不同制度的热处理,再分别对不同状态的样块进行宏观和微观结构、力学性能及断口组织的表征.实验结果表明,沉积态的SLM TC4钛合金显微组织主要为粗大的β相柱状晶,柱状晶内部为大量的、细小的α'相针状马氏体和α相板条间少量的β相颗粒.退火态α'相针状马氏体分解,重新形核长大为α相和β相.固溶态α相发生粗化后呈短棒状.固溶时效处理样品时,其显微组织为呈弥散分布的较均匀的(α+β)相,其中α相粗化为板条状,β相分布在α相周围.沉积态SLM TC4钛合金的强度最大,延伸率最低.沉积态和热处理态SLM TC4钛合金均没有织构.沉积态SLM TC4钛合金的抗拉强度为1238.75 MPa、屈服强度为1080.00 MPa、断后延伸率为8.85％.综合分析得到,三种热处理态SLM TC4钛合金的抗拉强度、屈服强度均有所下降,而断后延伸率有所提高.SLM TC4钛合金分别经过三种热处理后,其断裂方式从沉积态的韧性-脆性混合断裂转变为韧性断裂.

    激光技术热处理TC4合金选区激光熔化微观组织力学性能

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