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激光辅助化学气相沉积研究进展 被引量：9
1
作者 范丽莎 刘帆 +2 位作者 吴国龙 Volodymyr S.Kovalenko 姚建华 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期1-29,共29页
激光化学气相沉积技术(LCVD)相较于传统化学气相沉积技术具有低沉积温度、高膜层纯度、高沉积效率等特点,在各类功能薄膜材料制备上有着巨大的应用前景。围绕激光化学气相沉积技术,本文详细阐述了激光热解离、激光光解离与激光共振激发... 激光化学气相沉积技术(LCVD)相较于传统化学气相沉积技术具有低沉积温度、高膜层纯度、高沉积效率等特点,在各类功能薄膜材料制备上有着巨大的应用前景。围绕激光化学气相沉积技术,本文详细阐述了激光热解离、激光光解离与激光共振激发解离作用机制,同时介绍了各类LCVD的常用设备,着重总结了LCVD在金属材料、碳基材料、氧化物材料以及半导体材料等各类材料制备应用上的最新研究进展,特别介绍了LCVD制备过程中常用的检测与分析方法,最后讨论了激光化学气相沉积技术目前所面临的挑战与机遇,并展望了该技术的发展前景。 展开更多
关键词 激光化学气相沉积 薄膜制备 热解离 光解离 共振激发解离
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光斑尺寸对42CrMo钢激光深层淬火硬化层几何特征的影响 被引量：16
2
作者 张群莉 童文华 +4 位作者 陈智君 姚建华 李铸国 冯凯 Volodymyr SKovalenko 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期254-261,共8页
目的提高42CrMo钢激光淬火后硬化层的深度和分布均匀性。方法利用COMSOL Multiphysics软件对42CrMo钢激光淬火过程中温度场的演变进行分析,且考虑材料的热物性参数随温度变化。通过设定激光工艺参数模拟试样的温度场分布,利用马氏体转... 目的提高42CrMo钢激光淬火后硬化层的深度和分布均匀性。方法利用COMSOL Multiphysics软件对42CrMo钢激光淬火过程中温度场的演变进行分析,且考虑材料的热物性参数随温度变化。通过设定激光工艺参数模拟试样的温度场分布,利用马氏体转变条件得到硬化层形貌尺寸。参照模拟结果,利用连续输出的光纤耦合半导体激光器对42CrMo钢进行激光淬火实验,用热电偶测温仪对试样测温并与模拟的温度历史曲线进行对比,用光学显微镜对试样横截面处硬化层形貌进行分析,将实验所得硬化层形貌与模拟结果进行比较。并在相同的功率密度下,改变光斑的几何尺寸进行模拟,分析并比较硬化层的几何特征。结果实验所测某点的温度历史曲线与模拟结果一致性较高,硬化层实际形貌与模拟结果基本吻合。在激光功率密度不变时,随着垂直于扫描方向上的光斑宽度增加,硬化层宽度呈正比例增加,硬化层深度则先增后减,距离硬化层中心最深处相同距离点的曲率则逐渐减少。结论通过优化激光淬火工艺参数,控制激光淬火的热传导时间和深度方向的温度梯度分布,可以在表面不熔化的前提下,获得较深的硬化层。光斑尺寸对42CrMo钢激光深层淬火硬化层深度和硬化层均匀性有较大影响,选择较大的光斑宽度可以得到更为均匀的硬化层。 展开更多
关键词 激光深层淬火 42CRMO钢 数值模拟 几何特征 均匀性 马氏体转变
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前驱体对激光熔覆复合溶胶凝胶制备陶瓷涂层的影响 被引量：3
3
作者 张群莉 姚中志 +2 位作者 周塘 姚建华 Volodymyr S.Kovalenko 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期1-9,共9页
目的研究不同前驱体配比下,激光熔覆复合溶胶凝胶在3Cr13不锈钢表面制备的陶瓷涂层的性能,并对强化机理进行分析。方法通过溶胶凝胶法制备均匀的前驱体,即Ti O2和C(微米石墨和碳纳米管),利用激光熔覆技术,在3Cr13不锈钢基体表面制备出... 目的研究不同前驱体配比下,激光熔覆复合溶胶凝胶在3Cr13不锈钢表面制备的陶瓷涂层的性能,并对强化机理进行分析。方法通过溶胶凝胶法制备均匀的前驱体,即Ti O2和C(微米石墨和碳纳米管),利用激光熔覆技术,在3Cr13不锈钢基体表面制备出高性能的涂层。采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪对涂层组织和相成分进行分析,采用维氏硬度计对涂层的硬度进行测试,采用HT-600型高温摩擦磨损试验机测试基体和熔覆层在常温下的磨损性能。结果通过溶胶凝胶法,制备出均匀的Ti O2和C混合粉末。激光熔覆后,在覆层中均匀分布着Ti C和Cr7C3强化相。改变前驱体配比,当C和Ti O2的摩尔比增大时,涂层组织明显细化,且涂层中无气孔,显微硬度也有较大提高。当n(TiO2)∶n(C)=1∶8时,次表面显微硬度达到810HV0.2,涂层硬度从上到下呈现递减的趋势,且涂层的耐磨性最好,为基体的4.5倍。结论增大C和Ti O2两者摩尔比,可以提高熔覆层的显微硬度和耐磨性。在熔池中,Ti C密度较小,涂层中硬质颗粒从上到下依次减少,与之对应,硬度也依次递减。同时,碳纳米管的加入将对涂层起到细晶强化的效果。Ti与碳纳米管和微米石墨结合生成微米级和亚微米级Ti C,提高了形核率,Cr7C3以亚微米级Ti C为非均质核心,形核长大,生成均匀分布的Cr7C3强化相。 展开更多
关键词 激光熔覆 溶胶凝胶 3Cr13不锈钢 TIC Cr7C3 碳纳米管
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铺粉厚度对选区激光熔化316L沉积层致密度与表面形貌的影响 被引量：2
4
作者 张杰 杨高林 +2 位作者 徐侠 姚建华 Volodymyr Kovalenko 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期286-295,共10页
目的 为了解决选区激光熔化增材再制造时出现的首层铺粉粉层厚度不均的问题,研究首层粉层厚度为400μm时选区激光熔化成形工艺。方法 采用倾斜基板预置楔形粉层,在粉层上进行不同激光功率的激光扫描实验,研究楔形粉层对沉积的影响规律... 目的 为了解决选区激光熔化增材再制造时出现的首层铺粉粉层厚度不均的问题,研究首层粉层厚度为400μm时选区激光熔化成形工艺。方法 采用倾斜基板预置楔形粉层,在粉层上进行不同激光功率的激光扫描实验,研究楔形粉层对沉积的影响规律。然后在水平放置的基板上分别预置50、100、200、300、400μm厚度粉层,在粉层上进行激光扫描实验,研究粉层厚度对沉积的影响规律。最后做首层400μm层厚,后续5层每层50μm的多层沉积实验,研究厚粉层对后续SLM成形的影响规律。结果 在倾斜上表面采用选区激光熔化技术进行修复,铺粉厚度的增加会导致沉积层致密度变差且表面起伏增大。通过提高激光能量密度的方式,采用300 W、800 mm/s的工艺参数在400μm大层厚下激光扫描,可改善沉积层与基板的结合情况并减小沉积层上表面的起伏轮廓,同时该参数也能在小层厚时得到致密的沉积层。在首层400μm层厚的基础上进行SLM成形时,需用首层沉积的工艺沉积5层作为过渡区,后续可按正常的SLM成形工艺进行沉积。结论 用SLM技术进行零件修复时,虽然首层会出现厚度不均的楔形粉层。当粉层最厚区域不超过400μm时,需提高激光功率密度进行沉积。在高功率密度参数下沉积5层后可以采用正常SLM工艺进行后续成形。 展开更多
关键词 选区激光熔化 修复 沉积层 致密度 表面形貌
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电磁复合场协同激光熔覆制备TiB_w/Ti网状结构复合涂层 被引量：1
5
作者 袁莹 林英华 +4 位作者 王梁 张杰 姚建华 刘新新 Volodymyr S.Kovalenko 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期102-107,共6页
目的利用电磁复合场(EMCF)辅助激光熔覆制备TiB_w/Ti网状结构复合涂层,探索电磁场对涂层组织结构的影响。方法以TiB_2∶Ti=1∶1(摩尔比)的混合粉末为熔覆材料,TC4作为基板材料,通过外加电磁复合场进行激光熔覆试验。通过扫描电子显微镜(... 目的利用电磁复合场(EMCF)辅助激光熔覆制备TiB_w/Ti网状结构复合涂层,探索电磁场对涂层组织结构的影响。方法以TiB_2∶Ti=1∶1(摩尔比)的混合粉末为熔覆材料,TC4作为基板材料,通过外加电磁复合场进行激光熔覆试验。通过扫描电子显微镜(SEM)观察洛伦兹力方向对熔覆层组织结构的影响,利用X射线衍射仪(XRD)和维氏显微硬度计分析施加电磁复合场前后熔覆层的相组成和硬度分布。结果未施加电磁复合场的熔覆层组织主要为细针状、粗棒状和颗粒状组织。而施加电磁复合场后,熔覆层出现了网状结构,而且方向向下的洛伦兹力可使涂层内部形成空间间距更大的网状结构。此外,单独施加稳态磁场后,熔覆层只出现细针状和粗棒状组织。电磁复合场施加前后熔覆层硬度与基体相比,均有很大的提高。但未施加电磁复合场的熔覆层硬度变化幅度较大;施加电磁复合场后,随着距熔覆层表面距离的增加,硬度的变化幅度比较平缓。结论在洛伦兹力作用下,可得到TiB_w/Ti网状结构的复合涂层,电磁复合场使TiB_w/Ti网状结构强化相均匀分布,同时提高涂层的显微硬度。 展开更多
关键词 激光熔覆 洛伦兹力 网状结构 TIB 电磁复合场 显微组织
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不同气氛对激光熔覆IN718涂层形貌、组织与性能的影响 被引量：16
6
作者 李栋 张群莉 +2 位作者 张杰 姚建华 Volodymyr S.Kovalenko 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期185-190,共6页
目的研究不同气氛条件下激光熔覆IN718高温合金涂层的微观偏析。方法利用激光熔覆技术,在不同送粉气和不同保护气条件下制备了IN718高温合金涂层,并对制备的涂层进行双时效热处理。采用光学显微镜观察显微组织结构和特征,采用扫描电镜... 目的研究不同气氛条件下激光熔覆IN718高温合金涂层的微观偏析。方法利用激光熔覆技术,在不同送粉气和不同保护气条件下制备了IN718高温合金涂层,并对制备的涂层进行双时效热处理。采用光学显微镜观察显微组织结构和特征,采用扫描电镜和能谱仪对涂层组织和相成分进行分析,采用维氏硬度计对涂层热处理前后的硬度进行测定。结果送粉气种类对熔覆层的形貌和组织有一定影响,而保护气种类对熔覆层的形貌和组织影响不明显。与氩气作为送粉气制备的涂层相比,氦气作为送粉气制备的涂层组织更加细密,Laves相的尺寸更小且分布更均匀,Laves相的体积分数由氩气送粉的9.35%减少到氦气送粉的5.25%,并且Laves相中Nb的质量分数由20%下降到16%,涂层硬度由287HV0.2提高到306HV0.2。双时效热处理后,涂层的显微硬度明显提高,氦气作为送粉气制备的涂层硬度为468HV0.2,高于氩气作为送粉气制备的涂层硬度447HV0.2。结论氦气作为送粉气能有效降低激光熔覆IN718涂层的Nb元素偏析,同时细化涂层组织,提高涂层显微硬度。氦气作为保护气对涂层形貌和组织的影响不明显。 展开更多
关键词 激光熔覆 IN718高温合金 保护气 送粉气 LAVES相 微观偏析
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预制坡口角度对激光增材再制造IN718合金组织与性能的影响 被引量：13
7
作者 张群莉 李栋 +2 位作者 张杰 姚建华 Volodymyr S.Kovalenko 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期90-96,共7页
目的研究在激光增材再制造IN718合金过程中,不同预制坡口角度对其组织与性能的影响。方法利用激光增材再制造技术对不同预制凹槽进行逐层叠加修复,采用光学显微镜观察显微组织,采用扫描电镜观察断口形貌,采用维氏硬度计对再制造试样进... 目的研究在激光增材再制造IN718合金过程中,不同预制坡口角度对其组织与性能的影响。方法利用激光增材再制造技术对不同预制凹槽进行逐层叠加修复,采用光学显微镜观察显微组织,采用扫描电镜观察断口形貌,采用维氏硬度计对再制造试样进行硬度测量,采用残余应力测试仪测量再制造后基体表面的残余应力,采用万能拉伸试验机进行拉伸力学性能测试。结果当预制坡口角度大于130°时,能得到无组织缺陷、成形质量良好的增材再制造试样;当预制坡口角度小于110°时,修复界面会出现熔合不良现象,且修复区内部会出现裂纹。预制大的坡口角度进行激光增材再制造试验能获得组织更加细密、硬度分布更为均匀的再制造层,且大的坡口角度能有效降低再制造试样基体的残余应力。增大坡口角度有助于提高再制造试样的塑性,随着坡口角度的减小,再制造试样的力学性能变差。结论在进行激光增材再制造试验时,不宜预制过小的坡口角度,应根据损伤情况预制坡口角度较大的凹槽,有助于增加再制造成形件的组织均匀性,提高其力学性能。 展开更多
关键词 激光增材再制造 IN718高温合金 坡口角度 显微组织 残余应力 拉伸性能
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316L表面激光熔覆复合微弧氧化制备陶瓷涂层 被引量：7
8
作者 孙敏 吴国龙 +3 位作者 王晔 张群莉 姚建华 Volodymyr S.Kovalenko 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期24-32,共9页
目的提高316L不锈钢表面的耐蚀性和生物活性。方法首先采用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备钛层,然后对钛层表面进行微弧氧化处理,从而在316L不锈钢表面制备出含有Ca、P元素的多孔状陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(Scanning Electron M... 目的提高316L不锈钢表面的耐蚀性和生物活性。方法首先采用激光熔覆技术在316L不锈钢表面制备钛层,然后对钛层表面进行微弧氧化处理,从而在316L不锈钢表面制备出含有Ca、P元素的多孔状陶瓷涂层。利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、能谱仪(Energy Dispersive Spectrometer,EDS)、X射线衍射仪(X-Ray Diffraction,XRD)分析了钛层厚度对陶瓷涂层的表面显微形貌、元素含量及物相组成的影响。利用电化学实验、浸泡实验分别测试了涂层在1.5倍SBF溶液中的耐蚀性能和生物活性。结果通过激光熔覆复合微弧氧化能够在316L不锈钢表面制备出多孔状陶瓷涂层。随着钛层厚度的增加,微弧氧化原位生成的陶瓷涂层致密度、厚度也增加。当钛层厚度达到0.4 mm时,微弧氧化后得到的陶瓷涂层完整致密,厚度达到20μm。涂层主要由锐钛矿相Ti O2、金红石相Ti O2组成。极化曲线分析可知,腐蚀电位Ecorr为-0.162 V,腐蚀电流密度降至5.11×10-7 A/cm2。陶瓷涂层在1.5倍SBF中浸泡3天后表面即有羟基磷灰石沉积。结论通过激光熔覆复合微弧氧化在316L不锈钢表面制备的陶瓷涂层在模拟体液环境下具有较好的耐蚀性能,同时也具备良好的生物活性。 展开更多
关键词 316L 激光熔覆 微弧氧化 生物活性 耐蚀性
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超音速激光沉积Ti-6Al-4V合金结合界面特征数值模拟及试验验证 被引量：7
9
作者 汪伟林 吴丽娟 +3 位作者 李波 Volodymyr Kovalenko 张群莉 姚建华 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期324-332,共9页
目的探究超音速激光沉积(SLD)过程中激光辐照温度和颗粒撞击速度对Ti-6Al-4V合金结合界面特征的影响规律,并通过试验对数值模拟结果进行验证。方法基于Johnson-cook材料模型,利用ABAQUS 2017软件并采用欧拉-拉格朗日耦合CEL(Coupled Eul... 目的探究超音速激光沉积(SLD)过程中激光辐照温度和颗粒撞击速度对Ti-6Al-4V合金结合界面特征的影响规律,并通过试验对数值模拟结果进行验证。方法基于Johnson-cook材料模型,利用ABAQUS 2017软件并采用欧拉-拉格朗日耦合CEL(Coupled Euler-Lagrange)计算模型和Lagrange计算模型,进行Ti-6Al-4V单颗粒和多颗粒的撞击行为数值模拟,并结合超音速激光沉积试验验证模拟结果。采用扫描电镜(SEM)和光镜(OM)对涂层的界面结合特征进行观察和分析。结果单颗粒撞击温度场模拟结果表明,当激光辐照温度为1073 K时,随着撞击速度的增加,颗粒界面结合温度不断升高。当撞击速度为800 m/s和900 m/s时,颗粒与基体局部最高温度分别为1876.7 K和1874.8 K,界面发生微熔。800 m/s时,颗粒压缩率为34.3%,扁平率为1.27,有效塑性应变为2.6,基体的凹坑深度为7.88μm,该参数下的超音速激光沉积涂层界面结合良好。多颗粒撞击温度场模拟结果表明,当撞击速度为800 m/s时,随着激光辐照温度的升高,孔隙逐渐减少。激光辐照温度为1073 K时,颗粒撞击界面的温度高达3463.7 K,但颗粒内部的温度还未达到熔点并保留在1073~1676.8 K。随着激光功率的升高,钛合金涂层的孔隙率降低为0.67%(SLD 700W),约为同条件下CS涂层孔隙率(8.31%)的1/12。结论激光辐照的热能使颗粒与基体以及颗粒间界面处的温度达到了材料熔点,实现颗粒表面微熔形成冶金结合。冷喷涂Ti-6Al-4V涂层中,颗粒与基体以及颗粒间均存在明显的孔隙,超音速激光沉积Ti-6Al-4V涂层颗粒与基体以及颗粒间的界面结合良好,试验结果与数值模拟结果大致吻合。 展开更多
关键词 超音速激光沉积 TI-6AL-4V CEL 微熔 界面结合
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开放条件下气流对激光重熔过程中氧化行为的影响 被引量：1
10
作者 叶正挺 方铮 +3 位作者 杨高林 张群莉 VOLODYMYR Kovalenko 姚建华 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期108-116,共9页
在激光加工过程中,保护气和载粉气对熔池氧含量有很重要的影响,为了减少在开放条件下激光加工过程中产生的氧化,需要研究保护气和载粉气工艺参数对激光加工过程中氧化行为的影响。以激光重熔45钢为例,通过测定熔池上方气氛以及重熔后基... 在激光加工过程中,保护气和载粉气对熔池氧含量有很重要的影响,为了减少在开放条件下激光加工过程中产生的氧化,需要研究保护气和载粉气工艺参数对激光加工过程中氧化行为的影响。以激光重熔45钢为例,通过测定熔池上方气氛以及重熔后基材表层的氧含量,对比研究了不同保护气流量、载粉气流量和离焦量对激光重熔过程中氧化行为的影响。结果表明:气流量较低时,气流卷吸周围空气,载粉气流量、保护气流量以及离焦量升高会加剧激光重熔时的氧化。当载粉气流量超过84 L/min时,大量氩气对周围空气进行了稀释,熔池上方气氛中的氧含量会有所降低。但是保护气流量过高会加剧熔池飞溅。降低熔池上方气氛中氧含量的气流量工艺参数为:保护气流量8.5 L/min,载粉气流量6.5 L/min。 展开更多
关键词 激光重熔 保护气 载粉气 离焦量 氧化
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