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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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    316L不锈钢表面激光熔覆Ni60合金涂层的工艺优化与性能研究

    刘丽兰李思聪豆卫涛韩飞燕...
    110-123页
    查看更多>>摘要：Ni60合金具有硬度高、耐磨耐蚀性强的特点，但其裂纹敏度性高，严重制约了其工程应用进程。笔者以在316L不锈钢表面制备无裂纹Ni60合金熔覆层为目标，提出了以激光功率、扫描速度和送粉速率为输入，以裂纹密度、稀释率和成形系数为优化目标的多元回归预测方法，并采用该方法进行了熔覆工艺参数优化;在无预热条件下，分别进行了单层单道和单层多道激光熔覆试验，然后对试验结果进行分析，总结参数影响规律，并对熔覆层的显微组织和显微硬度进行了研究。结果表明:提高激光功率、减小送粉速率和扫描速度可以降低裂纹密度，增加送粉速率、减小激光功率和扫描速度可以降低稀释率，增加扫描速度和送粉速率、减小激光功率可以增大成形系数;最佳熔覆工艺参数组合为激光功率1405 W、扫描速度5。7mm/s、送粉速率0。4r/min，搭接率50％;所获得的熔覆层从结合区至表面，晶粒尺寸逐渐减小，显微组织呈现从平面晶、树枝晶到等轴晶的转变，熔覆层与基体呈良好的冶金结合;Ni60合金熔覆层的显微硬度为641～739 HV，316L不锈钢基体的硬度为219～231 HV，熔覆层硬度约为基体硬度的2。8～3。4倍，表面强化效果明显。

    激光技术激光熔覆Ni60合金316L不锈钢多目标优化正交试验

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    湿法刻蚀钝化对GaAs表面性能影响的工艺研究

    张亚磊兰云萍韩佳媛张洪榕...
    124-132页
    查看更多>>摘要：砷化镓(GaAs)是一种典型的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，但材料本身缺少高质量的稳定钝化层，表面存在较高的表面态密度，最终影响GaAs基半导体器件的性能。采用多步湿法刻蚀钝化工艺降低了 GaAs衬底的表面态密度，详细分析了不同酸溶液、酸溶液刻蚀时间、酸溶液浓度、酸溶液中有无双氧水(H2O2)、有无正十八硫醇(ODT)溶液对湿法刻蚀钝化工艺的影响，最终获得了一种光致发光(PL)强度提升为GaAs衬底初始PL强度3。02倍的多步湿法刻蚀钝化工艺。此外，通过快速荧光光谱仪、拉曼系统和能谱仪(EDS)对刻蚀钝化前后样品的中心波长、峰值强度、半峰全宽、特征峰和表面元素含量进行了表征。采用高分辨率扫描电镜(SEM)和亚纳米等级原子力显微镜(AFM)可以看出刻蚀钝化后GaAs衬底表面的微米级缺陷减少，表面杂质得到有效清除。

    薄膜表面化学多步湿法刻蚀钝化酸溶液光致发光强度砷化镓表面均匀性

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    民机铝合金蒙皮表面漆层激光清洗仿真与实验研究

    张天刚李昱邹俊豪张志强...
    133-146页
    查看更多>>摘要：为了进一步阐明铝合金表面丙烯酸聚氨酯漆层的激光清洗机制，揭示扫描速度对激光除漆的影响规律，首先采用万能试验机测定了漆层强度极限，结合多种技术手段分析研究了单脉冲热-力耦合COMSOL仿真与清洗实验结果，探究了四种扫描速度(1000、900、800、700 mm/s)下除漆表面宏微观形貌及成分变化。结果显示:单脉冲除漆凹坑内存在明显分层与碎裂，除漆最大深度和宽度分别为34。3 μm和125 μm;漆层强度极限为2。68× 107 Pa，与热应力仿真结果接近;随着扫描速度逐步降低，漆层去除深度不断增大，氧化膜逐步显现，面漆着色剂(β型铜酞菁)与漆层功能性氧化粒子的沉积量逐渐增加。研究表明:单脉冲激光除漆过程主要包括烧蚀、热应力和等离子体冲击三种除漆机制;随着扫描速度的逐渐降低，烧蚀除漆效果逐渐增强，等离子体冲击除漆效果逐步减弱，热应力除漆效果保持不变。

    激光技术激光清洗铝合金丙烯酸聚氨酯漆层扫描速度除漆机制

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    基于激光复合技术的金刚石抛光研究

    赵智炎冯昱森罗子艺蔡得涛...
    147-154页
    查看更多>>摘要：金刚石作为一种具有独特优异性能的半导体材料，在光学和电子学领域具有重要的应用价值。目前生长金刚石最常用的方法是化学气相沉积(CVD)法，采用该方法制备的金刚石薄膜通常为多晶结构，表面粗糙度高、颗粒大的缺点制约了金刚石薄膜的应用。笔者提出了飞秒-纳秒-离子束刻蚀的复合抛光方法并采用该方法对CVD金刚石薄膜进行抛光。结果表明:经飞秒-纳秒激光刻蚀后，金刚石表面粗糙度降低得十分明显，由未刻蚀时的4μm降至0。5 μm左右，但表面出现了明显的石墨化现象;进一步采用离子束刻蚀去除表面的石墨层，最低可将表面粗糙度降至0。47μm。所提方法实现了金刚石表面的无改性平滑抛光，为金刚石表面微纳器件的发展奠定了基础。

    超快激光金刚石薄膜激光抛光离子束刻蚀粗糙度

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    选区激光熔化成形TiC/TC4复合材料的工艺参数与组织演变研究

    黄宏康罗霞戴玉宏何鑫...
    155-167页
    查看更多>>摘要：钛基复合材料具有高弹性模量、高比强度、高耐磨性和优异的高温耐久性等特点，在航空航天领域有良好的应用前景。采用低能球磨制备了纳米TiC颗粒与TC4的复合粉体，然后使用选区激光熔化(SLM)制备了 TiC/TC4钛基复合材料，分析了不同体能量密度(29～97 J/mm3)对复合材料成形质量、显微组织、显微硬度的影响，并总结了组织演变机理和TiC演变过程。结果表明，成形该复合材料的最佳体能量密度为50～70J/mm3，在该范围内试样的最高相对密度可达99。7％，显微硬度为385～392 HV。横截面上，显微组织的晶粒呈特殊的双尺寸分布，即由初生β等轴晶和沿其外围生长的不规则共晶区组成;纵截面上，显微组织呈鱼鳞状形貌分布且熔池内存在大量流纹状组织。复合材料中存在未溶TiC(主要分布于初生β晶界附近)、共晶TiC(主要呈链状网络分布于共晶β晶界)以及沉淀析出TiC(主要呈颗粒状分布于晶粒内)。随着体能量密度的增加，链状共晶TiC向棒状转变，晶内TiC尺寸长大。共晶TiC与β-Ti没有取向关系，共晶TiC、沉淀析出TiC与α'-Ti均存在明显取向关系，即{ 11-20}α'-Ti//{ 110}TiC。

    激光技术钛基复合材料选区激光熔化显微组织演变TiC演变

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    热处理对激光选区熔化18Ni300马氏体时效钢微观组织和力学性能的影响

    向超张涛吴文伟邹志航...
    168-177页
    查看更多>>摘要：使用电子万能材料试验机对不同热处理后的18Ni300马氏体时效钢进行拉伸试验，并通过X射线衍射(XRD)分析了不同热处理后马氏体及奥氏体的含量，研究了 18Ni300钢在不同热处理过程中的组织演变、力学性能以及二者的关系，对比了其在不同热处理后的综合力学性能，从而筛选出了最佳热处理工艺。结果表明，热处理后试样的熔道逐渐消失，马氏体组织特征更加明显，硬度从34。1 HRC上升到52～54 HRC，抗拉强度从1174 MPa上升到2000 MPa以上。490 ℃直接时效6 h后实现了较好的强韧组合，这与组织内生成的强韧化相(逆转奥氏体)的含量密切相关。XRD测试结果表明，490 ℃直接时效后，试样内部具有最高的逆转奥氏体含量(体积分数约为6。9％)，这些细小的逆转奥氏体分布在马氏体边界和内部，在一定程度上改善了 18Ni300钢的韧性。

    激光技术激光选区熔化18Ni300马氏体时效钢逆转奥氏体热处理拉伸性能

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    高斯移动热源作用下的选区激光熔化近场动力学模型

    杨凯亮李怀学
    178-190页
    查看更多>>摘要：对残余应力和变形的有效预测能够保证金属增材制造过程中的零件质量。基于网格的传统有限元法已经能够为许多增材制造过程建立相应的高保真度模型，但其在复杂的边界条件、大变形和裂纹扩展、界面运动和相变等问题的求解方面仍存在不足。提出了一个三维近场动力学模型，用于模拟激光增材制造过程中材料的温度场和变形。首先，模型主要考虑了激光增材制造的基本热物理过程，基于近场动力学方法对选区激光熔化过程中的热力耦合模型、粉末材料模型、热源模型等进行了建模;随后，通过多个单独的物理过程对模型进行验证，结果表明该模型稳定、准确，有望用于模拟激光增材制造过程;最后，将近场动力学模型用于模拟选区激光熔化单层制造过程并进行了分析。

    激光制造近场动力学热力学分析选区激光熔化高斯移动热源

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    热处理对激光选区熔化双金属结构连接界面微观组织与力学性能的影响

    张思远张友昭李相伟张涛...
    191-201页
    查看更多>>摘要：采用激光选区熔化(SLM)技术在H13模具钢顶部沉积了一种新型3D打印模具钢材料AM40，通过扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等方法，研究了热处理对AM40/H13双金属结构材料微观组织演变及其力学变形行为的影响。结果表明:沉积态AM40/H13双金属材料界面无裂纹缺陷，AM40侧呈现增材制造特有的Marangoni熔池特征，以及细小的胞状和柱状结构的马氏体组织，H13侧为粗大奥氏体组织，界面存在明显的组织不均匀性。经过1000 ℃淬火+560℃回火热处理后，熔池特征消失，H13侧形成均匀的板条马氏体，消除了界面晶粒尺寸和取向差的不均匀性，且界面处的元素扩散宽度增加60 μm。沉积态AM40/H13界面硬度为642 HV，高于AM40(529 HV)和H13(202 HV)。热处理消除了 AM40/H13硬度的不均匀性，使整体平均硬度为480 HV。热处理后，AM40/H13双金属的抗拉强度从沉积态的644 MPa提高到1436 MPa，强度介于AM40和H13之间，断裂位置从沉积态的H13侧变为AM40侧，界面保持较高的强度和塑性。

    激光技术激光选区熔化双金属结构热处理连接界面微观组织拉伸性能

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    热处理对激光增材ATI 718Plus的组织与力学性能的影响

    任逸群吴悦晨常帅李俐群...
    202-210页
    查看更多>>摘要：使用激光熔化沉积技术制备了 ATI 718Plus薄壁单墙样品，研究了不同热处理工艺对沉积单墙组织及力学性能的影响。沉积态组织主要呈现外延生长的柱状树枝晶形貌，枝晶间析出了大量Laves相，该相消耗了大量Nb、Mo等合金强化元素。试验发现热处理工艺对样品组织有着显著影响。直接时效热处理后，Laves未发生明显溶解，但周围析出了大量η相;982 ℃固溶时效热处理后，Laves相由长链状变为颗粒状，有部分再结晶发生;而1020 ℃固溶时效热处理后，Laves相基本溶解，再结晶现象显著，柱状晶转变为等轴晶。室温拉伸结果表明，合适的热处理可以减少Laves相，从而提高沉积样品的强度和塑性。其中直接时效热处理的强度最高，相比沉积态抗拉强度提高了 51。9％，但断后伸长率下降了 13％。1020 ℃固溶时效热处理的综合性能最好，相比沉积态抗拉强度提高了34。2％，断后伸长率提高了 25。8％。

    激光技术激光熔化沉积镍基高温合金热处理

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    激光粉末床熔融成形件的翘曲变形监测

    陈锦堂张凯刘婷婷邹志永...
    211-219页
    查看更多>>摘要：在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中，存在由热应力引起的翘曲变形，严重影响零件精度与性能。为了探究熔池辐射光信号与LPBF工艺中的翘曲变形过程的关联关系，为基于熔池辐射光采集的翘曲缺陷监测提供支持，设置了一组实验，成形了翘曲与非翘曲试样，基于统计学方法分析了翘曲与未翘曲试样成形过程中熔池辐射光信号的特性。结果表明，未翘曲变形试样的光强分布较为均匀，无明显梯度，而翘曲变形试样在翘曲区域出现了明显的光强下降。对于翘曲变形的试样，在悬垂层变形尚未发生时，区域光强均值存在较大极差。翘曲试样与未翘曲试样的光强值层间演化趋势不同。随着成形层数的增加，悬垂结构对光强信号的影响逐渐减小，第5层后光强趋于稳定。

    激光技术激光粉末床熔融翘曲变形过程监测熔池辐射光

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