一、激光熔覆成形金属零件中微裂纹的减少和消除（论文文献综述）
陈泽坤,蒋佳希,王宇嘉,曾永攀,高洁,李晓雁[1]（2021）在《金属增材制造中的缺陷、组织形貌和成形材料力学性能》文中研究说明金属增材制造是近30年发展起来的一种新型制造技术,不同于传统的减材制造过程,它是基于离散-堆积原理,根据设计的三维数据模型,逐层加工获得立体实物的制造技术,具有近净成形、快速制造、设计自由度高等优点,特别适用于具有复杂几何结构的高熔点金属构件的直接成形,在航天航空、核能工业、交通运输、生物医疗等领域具有巨大的技术优势和广阔的应用前景.本文首先介绍了3种典型的金属增材制造技术原理,包括选区激光熔化技术、激光金属沉积技术和选区电子束熔化技术.随后对金属增材制造中的熔合不良、气孔、裂纹等缺陷的形成机理及其控制方法进行了综述,以激光功率、扫描速度和扫描策略等工艺参数为例阐述了工艺参数对成形构件组织形貌的影响,同时介绍了金属增材制造技术在传统合金、高熵合金以及非晶合金等材料中的应用及其力学性能.最后对金属增材制造在扩充可打印的合金体系、量化缺陷与残余应力对材料性能的影响、发展可预测组织形貌的模拟方法、建立金属增材制造数据库和相关标准等方向进行了展望.
廉艳平,王潘丁,高杰,刘继凯,李取浩,刘长猛,贺小帆,高亮,李好,雷红帅,李会民,肖登宝,郭旭,方岱宁[2]（2021）在《金属增材制造若干关键力学问题研究进展》文中研究指明金属增材制造是一种兼顾复杂结构和高性能构件成形需求的颠覆性制造技术,在航空、航天、交通、核电等领域具有广阔的应用前景和发展空间.该技术大规模推广应用所面临的制造效率和控形保性挑战是一个涉及力学、光学、材料、机械、控制等多学科交叉的难题.本文针对其中涉及的若干关键力学问题,阐述了近年来国内外在面向金属增材制造的结构拓扑优化设计、制造过程数值模拟、成形材料与结构的缺陷表征和性能评价方面的研究进展,并对金属增材制造的结构设计-制造模拟-性能评价的发展趋势进行了展望.
徐猛[3]（2021）在《激光熔覆CoCrFeMoNi高熵合金涂层的组织及性能分析》文中研究表明
吴先哲[4]（2021）在《骨科植入用多孔钽激光3D打印成形工艺及生物力学性能研究》文中认为在骨科医学诊疗中,个性化精准诊疗的需求日益旺盛。3D打印技术和现代医学影像技术的发展,为此提供了一个绝佳的解决方案。本论文针对激光3D打印（SLM）个性化多孔钽的设计制造需求,深入研究了SLM打印金属钽的优化工艺,以此为基础应用Euler-Bernoulli梁理论研究建立了多孔体相对密度与弹性模量之间理论的函数关系,并用有限元法在ABAQUS软件中进行了模拟修正。研究了基于理论等刚度条件下,变截面梁模型与对应等截面梁模型几何参数的换算关系。选取典型的孔结构设计参数,打印系列多孔结构试样,并检测了其力学属性参数。对比了理论数学模型,研究了样件相对密度与弹性模量之间的内在关系。最后针对复杂的髋关节翻修手术病例,根据人体生物力学、临床手术要求,用有限元法优化植入假体的设计结构。在确保假体结构安全的前提下优化轻量化结构,探索性提出了变密度的假体设计方法,为多孔钽假体临床植入应用奠定了研究基础。本论文主要研究工作及成果是:（1）针对具有耐高温（熔点为2996℃）、高密度（16.65 g/cm3）的金属钽粉,对SLM工艺中激光功率、扫描速度、铺粉层厚、扫描间距等4个关键工艺参数进行了系统的研究优化,探究了激光功率密度与成形试样质量的内在关系。研究表明SLM成形钽粉材料过程中,实际作用激光功率小于300w时,可有效降低样件组织内部裂纹的产生概率。试样致密度随着激光能量密度的升高而增高,但过高的激光能量密度也会引起打印缺陷。激光功率密度在800J/mm3左右,样件的微观缺陷较少,SLM打印致密钽样件的相对密度可达到98%,能够达到工业化制造金属钽的静力学性能,可以打印设计直径是0.25mm以上的圆柱结构。（2）本论文研究了变截面梁菱形十二面体的几何特性,确定其主要结构设计参数为长径比（β）,孔径（d）以及变径比（τ）。为了保证设计的多孔结构的几何特性,在菱形十二面体的节点处,融合圆柱最小高（g）与小梁名义直径D1的比值α应为?2?2。当β趋近于?2时,多孔体相对密度的理论极限值约为0.5984。根据Euler-Bernoulli梁理论,研究得出了变截面梁菱形十二面体单胞结构在相互垂直的两个方向弹性模量的函数模型,理论弹性模量与孔结构的β和τ直接相关。用有限元法在ABAQUS软件中对函数模型进行了模拟修正,得出单胞变截面梁菱形十二面体孔结构理论等效弹性模量的修正系数为0.76,而多胞结构的弹性模量减小并不明显。当基体材料属性（钽,185.7Gpa）和变径比τ确定时,理论上多孔体相对密度与等效弹性模量之间符合指数函数关系。（3）应用Euler梁理论推导了圆形等截面菱形十二面体的理论力学模型。研究表明等截面梁模型弹性模量也与孔结构的长径比直接相关。基于理论计算,得出了等刚度条件下变截面梁模型与等截面梁模型几何参数的换算关系。选取典型孔结构设计参数,SLM打印成形了系列多孔钽试样,其实测弹性模量在1.82Gpa-5.15Gpa之间,接近人骨的力学性能。发现由于SLM工艺局限,多孔样件表面形貌粗糙,样件与理论设计模型偏差较大。样件弹性模量的实测值随样件的相对密度增大而增大,且呈线性增长趋势。（4）针对复杂的髋关节翻修手术病例,运用本文研究的多孔体力学属性成果,根据人体生物力学的要求,找到了优化的假体设计方案。按照假体应力分布,提出了“框架式”的变密度多孔结构假体设计方案。用有限元法对等效变密度模型受载进行了仿真模拟。在确保结构安全性的前提下,设计的变密度假体理论上减少质量25%,为多孔钽假体临床植入应用奠定了研究基础。
李云峰[5]（2021）在《大型齿圈齿面激光熔覆高厚度耐磨耐冲击涂层技术研究》文中指出大型履带式工程车辆广泛应用于建筑、采矿、石油等工程领域。由于工作环境恶劣,驱动履带行走的主动轮齿圈齿面在伴有高冲击载荷摩擦力作用下,短期内出现严重磨损现象,现有的齿面感应淬火工艺已无法满足工作需要。为了解决齿面短期失效问题,提升轮齿服役周期,论文以大型齿圈常用的ZG42CrMoA材料为研究对象,以提高该材料表面耐磨性能并改善抗冲击与耐腐蚀性能为研究目标,采用激光熔覆技术开展了涂层材料选择和基础工艺优化、耐磨颗粒选配、稀土元素调控、脉冲激光熔覆影响、复合涂层设计与制备以及齿圈齿面激光熔覆工艺等研究工作,取得如下主要研究结果:（1）为提升主动轮齿圈齿面耐磨耐冲击性能,设计了一种包含界面连接层、增韧层与耐磨层的“三明治”夹层式复合结构涂层。界面连接层连接熔覆涂层与基材,为消除铸钢基材气孔、夹杂等冶金缺陷,采用大稀释率制备,有利于缺陷的排除,在界面形成良好冶金结合。增韧层用于缓冲外力作用,增强涂层耐冲击性能。耐磨层用于提升涂层的耐磨性能。增韧层与耐磨层以交替层叠方式制备。选择韧性与润湿性俱佳的Ni201粉末作为连接层与增韧层的材料。由于Ni45合金具有相对良好的耐磨、耐冲击和耐腐蚀性能,因此将其作为耐磨层主体材料,通过添加WC颗粒增强耐磨性,添加稀土提升耐冲击性。（2）采用数值模拟与工艺试验相结合的方法,获得了激光熔覆过程的最佳载粉气流量为600 L/h。在此基础上通过正交试验分析方法,针对激光熔覆的激光功率、扫描速度与送粉量进行优化选择,得到Ni45涂层与Ni201涂层的最佳激光熔覆工艺参数,即Ni45涂层采用2100 W激光功率、300 mm/min扫描速度、8.87 g/min送粉率;Ni201涂层采用2700 W激光功率、300 mm/min扫描速度、4.72 g/min送粉率。采用上述参数进行多道搭接优化试验,得到40%的最佳搭接率。通过300℃的预热缓冷处理解决了40%搭接率涂层的开裂问题。（3）为提高激光熔覆Ni45涂层的耐磨性能,研究了微米与纳米两种尺度WC颗粒对涂层组织与性能的影响。由于微米WC颗粒具有较高的硬度和较低的粘着键形成几率,因而具有良好的抗粘着磨损特性,能有效提高Ni45涂层的耐磨性能。但具有较高脆性的WC颗粒会在涂层中形成高应力集中点,使Ni45涂层的耐冲击性能明显下降。而纳米WC颗粒尺寸小、比表面积大,会附着在固液界面前沿阻碍晶粒生长,从而使涂层组织得到显着细化。在提升涂层耐磨性的同时,耐冲击性及耐腐蚀性也得到显着改善。相比于Ni45涂层,添加10 wt.%纳米WC后,涂层磨损率降低53.17%,冲击韧性提高13.4%,腐蚀电流密度降低34.12%。（4）为改善激光熔覆Ni45涂层的耐冲击性能,研究了稀土钇及其氧化物对涂层组织与性能的调控作用。纯钇能抑制晶粒生长,从而细化涂层组织,但也会产生许多硬质析出相。由于硬质相在涂层内会成为应力集中点,在冲击力作用下会增加涂层开裂倾向,进而限制涂层耐冲击性的提高。同时,硬质相会增加Cr元素析出量,加剧涂层贫Cr现象,进而不能显着提高涂层耐腐蚀性。由于氧化钇难熔且不与其他金属发生反应,阻碍晶粒生长的同时,还会成为异质形核质点,因此能有效细化涂层组织并抑制硬质相析出,缓解涂层的应力集中与贫Cr现象,提高涂层耐冲击与耐腐蚀性。相比于Ni45涂层,添加0.4 wt.%氧化钇的涂层磨损率仅降低2.86%,冲击韧性提高53.8%,腐蚀电流密度降低56.24%。（5）为进一步调控Ni45涂层的综合性能,分析了脉冲频率对涂层组织与性能的影响机制。脉冲激光使熔池具有更大的温度梯度与冷却速率,因此可以有效细化组织并减少硬质相析出。相比于连续激光熔覆层,脉冲频率为80Hz的涂层磨损率降低26.63%,冲击韧性提高29.94%,腐蚀电流密度降低40.08%。（6）综合前述最优工艺分别制备了匀质和夹层式两种结构的复合涂层。结果表明:匀质复合涂层组织细化均匀,富W与富Cr相尺寸与数量较小。夹层式复合涂层中的增韧层晶界富集Mo元素,能有效阻碍Cr元素扩散。匀质复合涂层磨损率与腐蚀电流密度较基材降低76.94%和87.98%,较高频淬火基材降低72.80%和92.71%。夹层式复合涂层具有最优异的耐冲击性能,较匀质复合涂层与高频淬火试样分别提高8.21%和14.67%。（7）设计了大型齿圈齿面激光熔覆工装夹具。该工装结构简单,能快速安装定位,运动稳定,并能实现齿圈和送粉头的联动。根据齿圈和送粉头的运动轨迹控制方法在齿面制备了均匀等厚的夹层式复合涂层。通过有限元模拟方法对比分析了高频淬火、激光熔覆匀质和夹层式复合涂层三种齿面与履带销在冲击和摩擦过程中的应力分布状态。相比于高频淬火和激光熔覆匀质涂层,由于夹层式复合涂层中的增韧层在冲击和摩擦过程中会发生微观塑性变形,从而分散涂层内部应力,有效缓解齿面的应力集中,因此该涂层在保证优异耐磨性能的同时,可获得良好的耐冲击性能。
李慧[6]（2021）在《形态、结构耦元及特征量对40Cr合金钢抗磨损性能的研究》文中认为40Cr合金钢因其具有较高的强度、良好的韧性和塑性而广泛应用于制造各种轴类部件。制动凸轮轴的表面磨损失效限制了挂车高速重载的需求,直接关系到挂车的行车安全。因此,为了增强40Cr合金钢制动凸轮轴的抗磨损性能,通常采用传统的感应淬火（Induction Quenching）技术,但是该技术由于需要将整个表面加热,能耗较多、生产成本高,存在加工效率低、热处理变形难以控制等缺点。因此,寻求一种简单、环保、高效的方法来代替传统的感应淬火技术具有重要的实用价值和理论意义。仿生学的出现,为人类提供了一把打开自然、学习自然的钥匙,很多科学研究和工程技术问题都在自然界中寻求答案。通过对自然界具有良好耐磨性生物体表特征的模仿来再现其功能,提高机械部件表面性能、延长使用寿命。受此启示,本课题组致力于研究利用激光加工的方法在材料上制备出具有不同形态、结构耦元的仿生表面,进而改善材料的性能。基于激光表面纹理技术和仿生原理,本文提出了一种激光仿生纹理技术,其可能替代感应淬火技术以改善制动凸轮轴的抗磨损性能。在激光仿生纹理强化过程中,基体材料的微观组织发生转变,硬度提高,类似自然界耐磨生物原型体表独立分布的硬质强化相,与部件基体共同形成“软”-“硬”相间、“刚”-“柔”相济的仿生纹理表面。首先,通过形态仿生设计,研究不同形态耦元下试样的磨损情况,并且与传统的感应淬火试样进行比较,来验证最佳仿生纹理试样的优异性。其次,研究耦元特征量（分布间距和分布角度）对新型仿生耦合40Cr合金钢抗磨损性能的影响。再次,研究了分布角度对仿生40Cr合金钢拉伸性能的影响,并建立仿生纹理试样拉伸性能关于分布角度的关系方程。探讨了分布角度对仿生纹理强化效果的影响规律。最后,通过调整激光加工参数控制能量密度,对不同激光能量密度下仿生纹理横截面的宽度、深度和面积进行拟合,得到在一定参数范围内仿生纹理特征参量与激光能量密度之间的关系方程,进一步对其抗磨损性能进行试验研究并且探讨了其影响规律。取得的主要结论如下:1.阐明了形态耦元对仿生纹理试样抗磨损性能的影响。仿生纹理内部的组织由原来的珠光体+铁素体在高能激光的作用下,转变成马氏体。其显微硬度是未处理试样的三倍。与感应淬火试样相比,条纹形和网纹形仿生纹理试样的平均显微硬度值分别提高了 28.57%和33.93%。仿生纹理试样的优良性能取决于激光快速加热和冷却过程中的晶粒细化和相变强化。网纹形仿生纹理试样的磨损失重量最小,抗磨损性能的改善效果最好,与未处理试样相比,其抗磨损性能改善程度达73.83%;其次是条纹形仿生纹理试样,其抗磨损性能改善程度达70.22%;第三是感应淬火试样,其抗磨损性能改善程度达62.47%。与感应淬火试样相比,网纹形仿生纹理试样的抗磨损性能提高了 30.28%,其在磨损方向上形成明显“软”-“硬”相间的仿生模型,同时起到连续支撑作用,获得了最佳的抗磨损性能。2.阐述了耦元的分布间距对仿生纹理试样抗磨损性能的影响。建立了仿生纹理试样抗磨损性能与分布间距之间的关系方程:yWL=15.88571-5.01143d+1.64286d2;当分布间距在2 mm≤d≤4 mm范围内时,此时材料的抗磨损性能和激光仿生纹理的强化区域面积有关,其占主导优势,随着分布间距的减小,材料的抗磨损性能呈现增大的趋势;当分布间距在0 mm ≤ d ≤ 2 mm范围内时,“硬”质相和“软”质相间的不一致变形则起主导作用,随着分布间距的减小,材料的抗磨损性能呈现减小的趋势。因此,当分布间距d=2 mm时,仿生纹理强化40Cr合金钢的抗磨损性能最优。3.揭示了耦元的分布角度对仿生纹理试样抗磨损性能的作用机理。当仿生纹理与磨损方向相交排列时,能将其在表面所产生的应力分散到无限个切应力平面,从而使应力集中现象得到缓解,此外,相交的仿生纹理还能在磨损过程中为滚柱提供连续的支撑,消除滚柱和基体直接接触的可能性,显着地提高40Cr合金钢的使用寿命。4.阐明了激光仿生纹理技术能够同时提高40Cr合金钢的强度与塑性的规律。揭示了分布角度与40Cr合金钢拉伸性能的关系。相比于未处理试样,当仿生纹理平行于拉伸方向,即α为0°时,仿生纹理试样T1的屈服强度（YS）和抗拉强度（TS）分别提高了 24.77%和20.73%,其强化效果最好。然而随着分布角度的逐渐增大,仿生纹理试样的屈服强度（YS）和抗拉强度（TS）则呈现下降的趋势,但是延伸率不断提高。当仿生纹理垂直于拉伸方向,即α为90°时,T5试样的塑性变形抗力明显增加,延伸率（EL）达到最大值,与未处理试样相比增加了 48.98%。此外,通过回归分析,建立了仿生纹理试样拉伸性能关于分布角度的关系方程:关于仿生纹理试样的屈服强度和分布角度的线性关系:yYS=679.69672-0.69754α关于仿生纹理试样的抗拉强度和分布角度的线性关系:yTS=792.82787-0.7959α关于仿生纹理试样的延伸率和分布角度的定量关系:yEL=18.48187+0.07372α-0.000393444α2显着性检验表明,回归方程的置信度可达99%。5.探讨了不同能量密度对仿生纹理试样抗磨损性能的影响。能量密度是影响表面成形质量的主要因素。当能量密度为18.00-3 +3 J/mm2时,激光仿生纹理强化方法能够有效地获得更好的表面成形质量,其表面粗糙度的算术平均值为1046.81 nm。随着能量密度的增加,仿生纹理横截面的宽度、深度和面积增大;通过能量密度分别对横截面的宽度、深度和面积的影响规律进行拟合,并分别建立了数学模型。横截面的宽度随能量密度变化的线性方程表达式:ywidth=2.01854+0.0743x;横截面的深度随能量密度变化的线性方程表达式:ydepth=0.26422+0.02609x;横截面的面积随能量密度变化的线性方程表达式:yarea=-0.0974+0.1013x。与此同时,硬度逐渐增加,仿生纹理试样S1到S5的显微硬度平均值分别比基体的硬度提高了 194.55%、205.45%、220.45%、228.64%和239.09%。晶粒细化和马氏体相变的复合强化作用使仿生纹理试样具有良好的力学性能。而且随着能量密度的增大,试样的磨损失重量呈下降趋势。与未处理试样相比,S1至S5仿生纹理试样的磨损失重减少率分别下降了 64.71%、67.97%、71.90%、73.20%和73.86%。同时表明仿生纹理能够有效提升试样表面的抗磨损性能。此外,随着激光能量密度的不断增大,其抗磨损性能也随之增加。
刘佳[7]（2021）在《气阀钢表面激光熔覆Ni基WC熔覆层的强化工艺研究》文中研究指明发动机进、排气门是发动机燃烧室的关键零部件,进、排气门按照一定的规律打开或者关闭,使发动机燃烧室可以排出燃烧废气并及时获得新鲜空气,同时还有密封燃烧室的作用,对发动机的性能、油耗以及可靠性有着重要的影响。但发动机气门在工作时会承受较大的负荷,导致气门杆端面以及杆部常被磨损,造成发动机动力输出下降,燃油消耗增高。因此,对于发动机气门材料的强化工艺研究,具有重要的实际工程意义。40Cr10Si2Mo钢是一种气阀钢,常被用来制造发动机的气门。本课题采用激光熔覆技术,选择碳化钨含量为35%的镍包碳化钨粉末作为熔覆材料,在气阀钢表面制备Ni基WC熔覆层,以此来提升气阀钢的耐磨性或修复磨损的气门。首先,设计激光熔覆工艺参数的正交试验,通过比较磨损量来确定激光熔覆的工艺参数。其次,在熔覆前将基体表面预热至不同温度,通过观察与分析不同预热温度下Ni基WC熔覆层的表面形貌、物相、组织与性能,得到基体的最佳预热温度。接下来,通过在镍包碳化钨粉末中分别加入含量为0.5%、1%、1.5%的稀土Y2O3粉末,分析Y2O3含量对Ni基WC熔覆层形貌、物相、组织与性能的影响,得到Y2O3的最佳添加量。为防止熔覆层被过度氧化,以上试验均是在氮气直吹保护下进行的。最后,将氮气直吹保护改为真空环境保护,探究真空环境保护对Ni基WC熔覆层与Ni基WC/Y2O3熔覆层形貌、物相、组织与性能的影响。试验结果表明,在气阀钢表面激光熔覆镍包碳化钨粉末的最佳工艺参数为:激光功率1200W、扫描速度4mm/s、搭接率40%。在最佳工艺参数下得到的熔覆层耐磨性明显高于经过传统热处理的40Cr10Si2Mo钢,但在最佳工艺参数下得到的熔覆层表面存在宏观裂纹缺陷。通过在熔覆前预热基体可以消除熔覆层表面的宏观裂纹,减少熔覆层中的粗大硬质相的数量,但预热基体会增加熔覆层的稀释率,并使熔覆层内部的组织明显长大,虽然对熔覆层的性能有一定提升,但还没有发挥出Ni基WC熔覆层的最佳性能。稀土Y2O3的加入可以净化熔池、细化晶粒、降低稀释率,明显提升熔覆层的硬度与耐磨性;但Y2O3的过多加入会产生大量的难熔杂质,影响熔覆层的组织与性能;当稀土Y2O3的含量为1%时,熔覆层的组织与性能最为优异。经过测试与分析,加入1%Y2O3的Ni基WC熔覆层平均硬度为1054HV,磨损机理为磨粒磨损,比未添加稀土的Ni基WC熔覆层耐磨性提升了26.7%。真空环境保护对加入1%Y2O3的Ni基WC熔覆层组织与性能提升不明显;但真空环境保护可以明显改善Ni基WC熔覆层的组织,提升Ni基WC熔覆层的硬度与耐磨性。经过测试,在真空环境保护下得到的Ni基WC熔覆层的平均硬度为1020HV,磨损机理为磨粒磨损,比在氮气直吹保护下的熔覆层耐磨性提升了22.4%。因此通过激光熔覆技术可以在发动机气门材料表面制备出耐磨性优异并且缺陷极少的熔覆层。
朱冬[8]（2021）在《激光选区熔化钛合金组织调控及其复合材料成形工艺研究》文中认为激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）是激光快速成形技术中最具有发展潜力的金属增材制造技术之一,能通过高能激光束熔化金属粉末来实现高性能复杂金属构件的快速、近净成形,成形构件经简单喷砂处理即可使用。本文以TA2、TC4、B4C/Ti、LaB6/Ti粉末体系为原始材料,利用SLM工艺制备了TA2、TC4、B4C/Ti、LaB6/Ti成形试样,系统地研究了工艺参数优化及成分调控对于SLM成形钛及钛合金及其复合材料表面形貌、相对致密度、显微组织以及宏观力学性能的影响,分析了不同工艺和成分下成形试样的显微硬度及抗拉强度的变化,并探讨了增强相增强钛基复合材料的强化机理,得到的主要结论如下:采用SLM工艺成功制备了基于同等激光体积能量密度的TA2纯钛成形试样,在该工艺调控下对于显微硬度无显着影响,但对于成形质量影响较大。在同种激光功率条件下（200 W、240 W和280 W）,随着扫描速度的增加和扫描间距的降低,试样纵截面表面形貌孔隙呈现明显先减小后增大的趋势,即成形质量先提高后下降;当激光功率较高、扫描速度较快、扫描间距较小时,熔池中的气体来不及逃逸出来,形成孔隙等缺陷。采用SLM工艺成功制备基于激光多次扫描策略的TC4钛合金成形试样,激光多次扫描的扫描策略对于成形质量有较大影响,较好的扫描策略可以显着改善成形孔隙等缺陷,在P1=240 W、P2=120 W、v=1200 mm/s、h=0.14 mm和P1=320 W、P2=160 W、v=1200mm/s、h=0.14 mm的工艺参数下能成形几近致密的试样,纵截面中基本无孔隙存在。由于未能观察到多次扫描对于晶粒的细化作用,因而显微硬度提升也不够显着,但钛合金单次扫描时在一定功率范围内显微硬度随着功率先上升后下降的结论在多次扫描试验中仍然成立。B4C陶瓷颗粒增强钛基复合材料粉末耗材在成形过程中需要更大的激光体积能量密度,但过高的激光体积能量密度会导致能量起伏大,从而导致成形试样结构起伏较大,影响成形质量。在激光体积能量密度在175～233 J/mm3范围内,成形质量相对较好。随着激光体积能量密度从175 J/mm3增加到233 J/mm3再增加到292 J/mm3时,B4C增强钛基复材显微硬度却呈现先下降后上升的趋势。成分调控比工艺参数调控对于性能的影响大得多。陶瓷颗粒增强钛基复合材料显微硬度可达513 HV0.5,较TA2基体的213.9HV0.5提升近131.4%,但与此同时成形质量变差,导致塑性大幅度降低。原位析出的Ti B晶须和Ti C颗粒的承载以及TA2基体组织的细化是显微硬度增强的主要原因。与B4C陶瓷颗粒增强钛基复合材料粉末耗材相比,LaB6增强钛基复合材料粉末耗材在成形过程中需要的激光体积能量密度较小,当激光体积能量密度在107 J/mm3时,成形试样相对致密度最高,该工艺参数为P=240 W、v=800 mm/s、h=0.14 mm。随着LaB6添加质量分数从1%增加到4%,相对致密度都有不同程度的降低,在P=280 W、v=1000mm/s、h=0.05mm的工艺参数下尤为显着。在一定范围内,随着激光功率的增加和扫描速度的增加,在不同成分下LaB6增强钛基复合材料试样相对致密度都呈现先上升后下降的趋势。在2%LaB6添加时,增强相增强效果较为显着,与1%LaB6添加相比,显微硬度由228.2 HV0.5提升至297 HV0.5,提升近30.1%。在400℃高温下LaB6增强复合材料抗拉强度能达到420 Mpa,较TA2基体的322 Mpa提升高达30.4%,随着测试温度的升高,与TA2基体相比性能提升更加显着,具有更好的服役性能。Ti B晶须和La2O3颗粒的承载、TA2基体组织的细化以及位错强化,是力学性能增强的主要原因。本文主要进行了SLM成形钛合金及钛基复合材料的相关研究,研究了工艺参数、扫描策略对钛及钛合金表面形貌、成形质量的影响,增强相成分和添加质量对于原位自生钛基复合材料表面形貌、显微组织和宏观力学性能的影响,并通过显微组织演变和断裂行为分析,揭示了原位自生钛基复合材料的强化机理,为制备高性能、高质量钛基复合材料提供了依据。
谢敏[9]（2021）在《激光增材制造Cu-Fe偏晶合金凝固机制与性能调控研究》文中研究说明Cu-Fe难混溶合金,又称Cu-Fe偏晶合金,能够同时兼备组元合金元素Cu的良好导热性、导电性、韧性、延展性和Fe的高硬度、高强度、优异耐磨性及磁学性能等,被广泛应用于制备大型集成电路、电器工程开关以及电气化铁路列车架空导线等。同时,在电子工业、汽车和航空领域中也具有良好的应用前景。目前,有关Cu-Fe偏晶合金的研究侧重于揭示亚稳难混溶合金液相分离过程及微观组织形成机理;调控工艺解决Cu-Fe偏晶合金在常规熔铸过程中产生的组织偏析问题。然而,由于其有限的样品尺寸及复杂的制备工艺,Cu-Fe偏晶合金性能研究甚少,极大地限制了该种合金的工业化应用进程。基于此,本论文采用激光增材制造技术（激光熔化沉积和激光选区熔化）成功制备了块体Cu-Fe偏晶合金,取得了重要的研究结果如下:针对Cu-Fe偏晶合金易偏析分层问题,采用激光熔化沉积结合机械合金化技术,通过调控Fe含量成功制备了颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金。结合理论计算构建了微观组织演变的物理模型,揭示了颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金的液相分离机制。其中,第二相液滴以形核生长机制发生相分离,液滴晶核以扩散、Ostwald熟化和布朗运动、Stokes效应和Marangoni迁移驱动的碰撞和凝并方式长大和粗化,碰撞凝并过程中Marangoni迁移起主导作用,导致第二相富Fe颗粒尺寸呈现从熔池底部到顶部增大的趋势。开展了颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金的性能研究,发现颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金的硬度(～153 HV0.2)呈均匀分布且略高于黄铜(～137.7 HV0.2);此外,电化学腐蚀过程中富Fe颗粒优先腐蚀,能够实现富Cu基体的阴极保护,使得Cu95Fe5偏晶合金的耐蚀性优于黄铜;Cu-Fe偏晶合金还表现出较好的软磁性能:饱和磁化强度为9.19 emu/g,剩余磁化强度和矫顽力分别为0.13 emu/g和9.25Oe。在快速凝固过程中,由于Kirkendall效应引起的元素分布不均,生成“单孔”和“多孔”富Fe颗粒增强Cu-Fe偏晶合金。“多孔”富Fe颗粒增强Cu-Fe偏晶合金在3.5 wt.%Na Cl溶液中浸泡5天后的耐蚀性优于“单孔”Cu-Fe偏晶合金和黄铜。基于液相分离机制,通过调整光斑尺寸控制冷却速率,缩短液相分离过程中富Fe液滴的形核扩散、粗化以及碰撞凝并的周期,实现了富Fe颗粒增强相尺寸细化与分布优化,使Cu-Fe偏晶合金的硬度、耐磨性和耐蚀性更加优异。针对激光熔化沉积高Fe含量Cu-Fe偏晶合金偏析分层现象与尺寸限制,通过采用激光选区熔化成功制备了高Fe含量宏观质量良好的块体Cu-Fe偏晶合金,发现异质“纤维/颗粒-孪晶”富Fe相嵌于富Cu相基体的微观形貌特征,分析了Cu-Fe偏晶合金微观组织演变,探讨了其塑性变形及裂纹扩展机制。在断裂失效过程中,高密度纳米孪晶结构在裂纹扩展过程中起到裂纹桥接作用,能够有效屏蔽裂纹尖端的应力集中,从而抑制裂纹的扩展。为克服Cu及Cu合金硬度较低和耐磨性较差的难题,基于液相分离机制与低Fe含量弥散结构强化行为研究,引入Ti B2颗粒作为形核剂,有效调控液相分离形核过程,优化了Cu-Fe偏晶合金组织结构,使得“纤维/颗粒-孪晶”富Fe相明显细化分散,分析讨论了Ti B2颗粒和高密度纳米孪晶增强Cu-Fe偏晶合金强化机制与磨损机理。其中,高硬度纤维富Fe相增强了富Cu基体,使Ti B2颗粒难以移动或移除,增加了Ti B2颗粒在磨损过程中的支撑作用,保护表面富Cu基体不受磨损,提高富Cu相基体的承载能力,使Cu-Fe偏晶合金耐磨性明显提高。针对Cu-Fe偏晶合金“强-韧”倒置矛盾,基于高Fe含量Cu-Fe偏晶合金脆性富Fe相在变形过程中易断裂失效行为研究,通过选用316L不锈钢粉末代替初始Fe合金粉末,降低混合粉末层错能,原位形成强韧性良好的“纤维/颗粒-孪晶/层错”结构富Fe相增强增韧Cu-Fe偏晶合金,其强度约590±10 MPa,延伸率约8.9±1%,这主要归因于富Cu基体具有大角晶界类似于界晶强化、细小富Cu基体含有过饱和固溶Fe呈现固溶强化与细晶强化、大量“纤维/颗粒-孪晶/层错”富Fe相的界面强化和孪晶界/层错强化综合作用增强Cu-Fe偏晶合金力学性能。
王灏[10]（2021）在《基于过程特征的脉冲激光熔化沉积组织性能及热变形研究》文中指出激光熔化沉积技术通过快速加热、熔化、凝固、冷却的工艺,可以逐层的制造零部件。目前普遍使用的热源是连续激光,由于过高的能量输入容易造成热损伤,并且使得工件残余应力和基体热变形过大,导致累积误差增大。脉冲激光周期性能量输入会降低热输入量,减小热损伤,然而较低的激光能量只能生成较薄的沉积层,限制了脉冲激光的应用。尽管关于脉冲激光的应用已经有了很多尝试,但对不同参数脉冲激光加工过程特征的分析不充分,缺少对热变形影响的研究。因此,提取脉冲激光熔化沉积的过程特征,并研究其对于工件的组织性能及热变形的影响有重要的意义。本文具体内容如下:1过程特征提取与分析:融合多个传感器设备搭建了过程监测平台,对温度信息和熔池形貌进行了实时监测,此外建立了熔池流场仿真模型,对熔池瞬态变化进行了模拟。通过对比两种模式激光加工过程的差异,分析了脉冲激光对过程特征影响的机理。基于python语言开发了温度梯度、冷却速率、凝固速度等温度特征的提取算法,研究了不同脉冲参数对温度特征的影响规律。并使用图像处理技术对熔池轮廓过程进行了提取,揭示了熔池面积变化过程,同时结合模型仿真结果分析了脉冲激光与连续激光加工时熔池瞬态变化过程。2结合过程特征分析了脉冲激光对工件性能的影响机理。验证了脉冲激光较低的能量输入对沉积层形貌的影响,并对影响机理进行了分析,同时通过提高脉冲激光的热输入量对沉积层均匀性进行了改善。研究了脉冲激光对稀释率的影响规律,发现脉冲激光需要先熔化上一周期形成的沉积层,对基体的渗透有限,结合带主要存在沉积层内部,尽管稀释率较低,但不会对结合强度造成太大影响。基于加工过程特征的差异,研究了脉冲参数对工件金相组织和显微硬度的影响规律,并分析了大量等轴晶形成的原因。3脉冲激光对工件残余应力和基体热变形抑制效果的研究。解释了沉积层残余应力产生的机理,并研究了不同参数脉冲激光对残余应力的影响,以及脉冲激光减小横向残余应力与纵向残余应力差异的原因。基于加工过程的传热特征分析了基体热变形经历三个阶段的原因,并验证了脉冲激光对热变形的抑制效果,分析了不同脉冲参数激光对基体变形量影响的机理。最后,为了改善脉冲激光加工沉积高度较差,沉积层不均匀等问题,采用相同热输入量的脉冲激光进行了实验,此时基体变形量比连续激光模式小,同时沉积质量较好。
二、激光熔覆成形金属零件中微裂纹的减少和消除（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、激光熔覆成形金属零件中微裂纹的减少和消除（论文提纲范文）
（2）金属增材制造若干关键力学问题研究进展（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 面向金属增材制造的结构优化设计 |
| 2.1 造物制于形:考虑增材制造工艺约束的拓扑优化 |
| 2.1.1 最小/最大尺寸约束 |
| 2.1.2 自支撑约束 |
| 2.1.3 连通性约束 |
| 2.1.4 成形材料力学性能的各向异性约束 |
| 2.1.5 残余应力与变形约束 |
| 2.2 造物不止于形:基于增材制造的材料/结构多尺度拓扑优化 |
| 2.2.1 尺度分离模型 |
| 2.2.2 尺度相关模型 |
| 2.3 小结 |
| 3 金属增材制造的数值模拟 |
| 3.1 传热传质过程数值模拟 |
| 3.1.1 热-流耦合模型 |
| 3.1.2 热-固耦合模型 |
| 3.1.3 热-流-固耦合模型 |
| 3.2 凝固微观组织数值模拟 |
| 3.2.1 枝晶尺度模型 |
| 3.2.2 晶体尺度模型 |
| 3.3 过程-组织-性能一体化数值模拟 |
| 3.4 小结 |
| 4 金属增材制造材料与构件缺陷表征与性能评价 |
| 4.1 缺陷类型及表征 |
| 4.2 强度分析评价 |
| 4.2.1 实验测试方法 |
| 4.2.2 数值模拟方法 |
| 4.3 疲劳性能评价 |
| 4.3.1 缺陷诱发疲劳失效机理 |
| 4.3.2 疲劳性能表征 |
| 4.3.3 疲劳寿命预测方法 |
| 4.4 抗冲击性能评价 |
| 4.5 小结 |
| 5 展望 |
（4）骨科植入用多孔钽激光3D打印成形工艺及生物力学性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 引言 |
| 第一章 国内外现状及研究内容 |
| 1.1 激光选区熔化(SLM)技术发展 |
| 1.1.1 3D打印技术概述 |
| 1.1.2 SLM技术发展现状 |
| 1.2 3D打印骨科植入假体发展现状 |
| 1.2.1 多孔金属在骨科植入中的应用 |
| 1.2.2 3D打印金属植入假体的临床应用 |
| 1.3 SLM打印多孔金属研究现状 |
| 1.3.1 SLM打印多孔金属工艺研究现状 |
| 1.3.2 SLM打印多孔金属的孔结构及力学性能研究现状 |
| 1.4 本论文研究内容 |
| 第二章 金属钽激光选区熔化成形的基础工艺及基本性能研究 |
| 2.1 实验研究方案及主要设备 |
| 2.1.1 研究的目标参数及实验方案设计 |
| 2.1.2 实验用材料及主要设备 |
| 2.2 激光能量密度对金属Ta成形的影响 |
| 2.2.1 初次SLM实验方案设计 |
| 2.2.2 初次SLM实验结果分析 |
| 2.2.3 激光能量密度范围确定 |
| 2.3 金属钽SLM成形工艺优化 |
| 2.3.1 SLM成形工艺优化实验设计 |
| 2.3.2 样件致密度及微观缺陷分析 |
| 2.3.3 实验样件力学性能分析 |
| 2.4 金属钽样件细小结构SLM成形研究 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 变截面梁菱形十二面体多孔钽理论模型与力学性能研究 |
| 3.1 菱形十二面体特点 |
| 3.2 变截面梁菱形十二面体孔结构 |
| 3.3 变截面梁菱形十二面体孔结构理论模型与力学特性分析 |
| 3.3.1 变截面梁菱形十二面体2 方向单胞理论模型与力学性能分析 |
| 3.3.2 变截面梁菱形十二面体1 方向单胞理论模型与力学性能分析 |
| 3.4 金属多孔钽力学性能的数字模型与模拟分析 |
| 3.4.1 单胞结构2 方向力学性能数字模型与模拟分析 |
| 3.4.2 多胞结构2 方向力学性能数字模型与模拟分析 |
| 3.5 金属多孔钽力学性能与相对密度的内在关系 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 SLM打印金属多孔钽构件实验与实用力学预估模型 |
| 4.1 等刚度下菱形十二面体几何参数换算及实验用模型参数设计 |
| 4.1.1 等截面梁菱形十二面体力学性能分析 |
| 4.1.2 等刚度条件下菱形十二面体几何参数换算 |
| 4.1.3 实验用模型几何参数设计 |
| 4.2 实验计划及检测方法 |
| 4.3 SLM打印金属多孔钽构件相对密度分析与预估 |
| 4.3.1 SLM打印多孔钽试样形貌分析 |
| 4.3.2 SLM打印多孔钽试样相对密度分析 |
| 4.4 SLM打印金属多孔钽构件力学性能分析与预估 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 个性化多孔钽植入假体设计研究 |
| 5.1 个性化植入假体设计概述 |
| 5.2 基于医学影像数据的三维数据重构 |
| 5.2.1 CT扫描和数据采集 |
| 5.2.2 患者骨骼三维数据重构 |
| 5.3 生物力线分析及假体形貌设计 |
| 5.3.1 假体方案设计 |
| 5.3.2 假体生物力学分析及优化 |
| 5.4 多孔结构假体设计及力学性能数字模拟 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 作者简介 |
（5）大型齿圈齿面激光熔覆高厚度耐磨耐冲击涂层技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 相关技术研究现状 |
| 1.2.1 齿形件传统表面改性研究现状 |
| 1.2.2 金属耐磨耐冲击涂层制备技术研究现状 |
| 1.2.3 激光熔覆技术 |
| 1.2.4 激光熔覆技术研究现状 |
| 1.2.5 大型齿圈齿面激光熔覆高厚度耐磨耐冲击涂层需解决的科学问题 |
| 1.3 本文主要研究内容与方案 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 论文研究方案 |
| 第2章 复合涂层结构的初步设计、材料选择及试验方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基体材料 |
| 2.3 激光熔覆耐磨耐冲击复合涂层结构的初步设计与材料选择 |
| 2.3.1 复合涂层结构的初步设计 |
| 2.3.2 界面连接层与增韧层粉末材料选择 |
| 2.3.3 耐磨层合金粉末材料选择 |
| 2.4 试验与测试分析方法 |
| 2.4.1 激光熔覆耐磨耐冲击复合涂层制备方法 |
| 2.4.2 X射线衍射分析 |
| 2.4.3 金相样件制备及组织观察 |
| 2.4.4 扫描电子显微镜观察与分析 |
| 2.4.5 透射电子显微镜观察与分析 |
| 2.4.6 热辐射谱测试与高速摄像设备 |
| 2.5 相关性能测试方法 |
| 2.5.1 维氏硬度测试 |
| 2.5.2 耐磨性能测试 |
| 2.5.3 耐冲击性能测试 |
| 2.5.4 拉伸性能测试 |
| 2.5.5 电化学腐蚀性能测试 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 激光熔覆基础工艺参数优化研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 载粉气流量对激光熔覆涂层形貌的影响 |
| 3.2.1 载粉气流量对熔覆层宏观形貌的影响 |
| 3.2.2 载粉气流量对粉末流态的影响 |
| 3.3 单道激光熔覆正交优化试验 |
| 3.3.1 单道激光熔覆涂层工艺正交优化试验 |
| 3.3.2 正交试验结果方差分析(ANOVA) |
| 3.3.3 单道激光熔覆涂层参数优化选择与响应预测 |
| 3.4 多道搭接激光熔覆工艺优化与分析 |
| 3.4.1 多道搭接激光熔覆工艺试验 |
| 3.4.2 多道搭接激光熔覆过程应力场分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 碳化钨颗粒对激光熔覆涂层组织与性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 微米WC颗粒对涂层组织与性能的影响 |
| 4.2.1 微米WC颗粒对涂层宏观形貌的影响 |
| 4.2.2 微米WC颗粒对涂层微观组织的影响 |
| 4.2.3 微米WC颗粒对熔池流动状态与凝固组织的影响机理 |
| 4.2.4 微米WC颗粒对涂层性能的影响 |
| 4.3 纳米WC颗粒对涂层组织与性能的影响 |
| 4.3.1 纳米WC颗粒对涂层宏观形貌的影响 |
| 4.3.2 纳米WC颗粒对涂层微观组织的影响 |
| 4.3.3 纳米WC颗粒对熔池流动状态与凝固组织的影响机理 |
| 4.3.4 纳米WC颗粒对涂层性能的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 稀土对激光熔覆涂层组织与性能的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 纯钇对涂层组织与性能的影响 |
| 5.2.1 纯钇对涂层宏观形貌的影响 |
| 5.2.2 纯钇对涂层微观组织的影响 |
| 5.2.3 纯钇对熔池流动状态与凝固组织的影响机理 |
| 5.2.4 纯钇对涂层性能的影响 |
| 5.3 氧化钇对涂层组织与性能的影响 |
| 5.3.1 氧化钇对涂层宏观形貌的影响 |
| 5.3.2 氧化钇对涂层微观组织的影响 |
| 5.3.3 氧化钇对熔池流动状态与凝固组织的影响机理 |
| 5.3.4 氧化钇对涂层性能的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 脉冲频率对激光熔覆涂层组织与性能的影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 脉冲激光频率对涂层宏观形貌与微观组织的影响 |
| 6.2.1 脉冲激光功率对单道涂层宏观形貌的影响 |
| 6.2.2 脉冲激光频率对涂层宏观形貌的影响 |
| 6.2.3 脉冲激光频率对涂层微观组织的影响 |
| 6.2.4 脉冲激光频率对熔池流动状态与凝固组织的影响机理 |
| 6.3 脉冲激光频率对涂层性能的影响 |
| 6.3.1 脉冲激光频率对涂层显微硬度的影响 |
| 6.3.2 脉冲激光频率对涂层耐磨性能的影响 |
| 6.3.3 脉冲激光频率对涂层力学性能的影响 |
| 6.3.4 脉冲激光频率对涂层电化学腐蚀特性的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 面向大型齿圈齿面的激光熔覆复合涂层设计与制备 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 面向大型齿面的激光熔覆复合涂层结构与成分设计 |
| 7.3 激光熔覆复合涂层的宏观形貌与微观组织分析 |
| 7.3.1 激光熔覆复合涂层宏观形貌分析 |
| 7.3.2 激光熔覆复合涂层微观组织分析 |
| 7.4 激光熔覆复合涂层性能及相关机理分析 |
| 7.4.1 匀质复合涂层显微硬度分析 |
| 7.4.2 匀质复合涂层耐磨性能与磨损机理分析 |
| 7.4.3 匀质与夹层式复合涂层的耐冲击性能分析 |
| 7.4.4 带基材复合涂层综合耐冲击性能分析 |
| 7.4.5 匀质复合涂层耐腐蚀性能分析 |
| 7.5 大型齿圈齿面激光熔覆耐磨耐冲击涂层制备 |
| 7.5.1 大型齿圈齿面激光熔覆工装夹具设计 |
| 7.5.2 齿圈齿面激光熔覆运动轨迹控制 |
| 7.5.3 主动轮齿圈齿面激光熔覆工艺过程 |
| 7.5.4 不同强化层对齿圈齿面啮合过程应力状态分布的影响 |
| 7.6 本章小节 |
| 第8章 结论与展望 |
| 8.1 结论及创新点 |
| 8.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（6）形态、结构耦元及特征量对40Cr合金钢抗磨损性能的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的与意义 |
| 1.2 表面抗磨损技术的研究现状 |
| 1.2.1 表面形变强化 |
| 1.2.2 表面感应淬火强化 |
| 1.2.3 表面化学热处理强化 |
| 1.3 激光表面强化技术 |
| 1.3.1 激光与材料表面的交互作用 |
| 1.3.2 激光表面淬火 |
| 1.3.3 激光表面熔凝 |
| 1.3.4 激光表面熔覆 |
| 1.3.5 激光表面合金化 |
| 1.3.6 激光冲击硬化 |
| 1.3.7 激光上釉 |
| 1.3.8 激光表面纹理技术 |
| 1.4 仿生耦合理论及其应用研究 |
| 1.4.1 仿生学概述 |
| 1.4.2 单元仿生 |
| 1.4.3 仿生耦合理论 |
| 1.4.4 仿生耦合在工程上的应用 |
| 1.5 激光仿生耦合技术及研究现状 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第二章 实验方法 |
| 2.1 实验思路 |
| 2.2 实验材料 |
| 2.3 仿生纹理试样的制备 |
| 2.4 实验表征 |
| 2.4.1 仿生纹理横截面结构尺寸 |
| 2.4.2 X射线衍射分析 |
| 2.5 磨损试验 |
| 2.6 表面形貌及粗糙度分析 |
| 2.7 拉伸性能测试 |
| 2.8 有限元模拟受力分析 |
| 第三章 40Cr合金钢凸轮轴的失效形式及抗磨损性能改善的可行性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 制动凸轮轴的失效形式 |
| 3.2.1 现场调研 |
| 3.2.2 主要磨损失效形式 |
| 3.3 理论最大切应力深度 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 形态耦元对40Cr合金钢抗磨损性能的影响 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 不同形态仿生纹理试样的制备 |
| 4.3 仿生纹理试样的微观特征分析 |
| 4.3.1 微观显微形貌 |
| 4.3.2 X射线衍射分析 |
| 4.3.3 显微硬度分析 |
| 4.4 不同形态仿生纹理试样的磨损结果及分析 |
| 4.4.1 磨损试验结果 |
| 4.4.2 磨损形貌 |
| 4.5 不同条件下仿生纹理试样的磨损试验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 耦元特征量对40Cr合金钢抗磨损性能的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 不同分布间距对仿生纹理试样抗磨损性能的影响 |
| 5.2.1 不同分布间距的仿生纹理试样的制备 |
| 5.2.2 磨损试验结果 |
| 5.2.3 显微硬度分析 |
| 5.2.4 抗磨损性能的影响分析 |
| 5.2.5 有限元结果分析 |
| 5.3 不同分布角度对仿生纹理试样抗磨损性能的影响 |
| 5.3.1 不同分布角度的仿生纹理试样的制备 |
| 5.3.2 磨损试验结果 |
| 5.3.3 抗磨损性能的影响分析 |
| 5.4 分布角度与仿生纹理试样拉伸性能的关系 |
| 5.4.1 不同分布角度仿生纹理拉伸试样的制备 |
| 5.4.2 不同分布角度仿生纹理试样的拉伸性能 |
| 5.4.3 断口形貌分析 |
| 5.4.4 仿生纹理试样的强化作用分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结构耦元对40Cr合金钢抗磨损性能的影响 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 不同激光能量密度的仿生纹理试样的制备 |
| 6.3 仿生纹理试样的表面成形质量 |
| 6.4 仿生纹理试样的横截面形貌及尺寸 |
| 6.5 物相分析 |
| 6.6 显微组织分析 |
| 6.7 显微硬度分析 |
| 6.8 磨损试验结果 |
| 6.8.1 磨损失重量分析 |
| 6.8.2 磨损形貌 |
| 6.8.3 抗磨损性能机理分析 |
| 6.9 本章小结 |
| 第七章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
（7）气阀钢表面激光熔覆Ni基WC熔覆层的强化工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 激光熔覆技术简介 |
| 1.2.1 激光熔覆技术的原理与方法 |
| 1.2.2 激光熔覆技术的特点 |
| 1.3 激光熔覆技术的研究与应用现状 |
| 1.3.1 激光熔覆的材料研究现状 |
| 1.3.2 激光熔覆的工艺参数研究现状 |
| 1.3.3 激光熔覆的辅助工艺研究现状 |
| 1.3.4 激光熔覆技术的应用现状 |
| 1.4 课题研究的内容 |
| 第2章 试验方案与工艺参数的确定 |
| 2.1 试验材料 |
| 2.1.1 基体材料 |
| 2.1.2 熔覆材料 |
| 2.2 试验设备与试验方法 |
| 2.2.1 激光熔覆设备 |
| 2.2.2 辅助装置 |
| 2.2.3 试验方法 |
| 2.3 熔覆层组织与性能的测试方法 |
| 2.3.1 熔覆后试样的处理 |
| 2.3.2 熔覆层的物相检测 |
| 2.3.3 熔覆层的显微组织观察及元素分布分析 |
| 2.3.4 熔覆层的显微硬度测试 |
| 2.3.5 熔覆层的耐磨性能测试 |
| 2.4 激光熔覆工艺参数的正交试验 |
| 2.4.1 工艺参数的正交试验设计 |
| 2.4.2 正交试验分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基体预热温度对熔覆层形貌、组织与性能的影响 |
| 3.1 基体预热温度对熔覆层形貌的影响 |
| 3.2 基体预热温度对熔覆层组织的影响 |
| 3.2.1 基体预热温度对熔覆层物相的影响 |
| 3.2.2 基体预热温度对熔覆层显微组织的影响 |
| 3.2.3 基体预热温度对熔覆层元素分布的影响 |
| 3.3 基体预热温度对熔覆层性能的影响 |
| 3.3.1 基体预热温度对熔覆层硬度的影响 |
| 3.3.2 基体预热温度对熔覆层耐磨性的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 稀土Y_2O_3含量对熔覆层形貌、组织与性能的影响 |
| 4.1 稀土Y_2O_3含量对熔覆层形貌的影响 |
| 4.2 稀土Y_2O_3含量对熔覆层组织的影响 |
| 4.2.1 稀土Y_2O_3含量对熔覆层物相的影响 |
| 4.2.2 稀土Y_2O_3含量对熔覆层显微组织的影响 |
| 4.2.3 稀土Y_2O_3含量对熔覆层元素分布的影响 |
| 4.3 稀土Y_2O_3含量对熔覆层性能的影响 |
| 4.3.1 稀土Y_2O_3含量对熔覆层硬度的影响 |
| 4.3.2 稀土Y_2O_3含量对熔覆层耐磨性的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 真空环境保护对熔覆层形貌、组织与性能的影响 |
| 5.1 真空环境保护对熔覆层形貌的影响 |
| 5.2 真空环境保护对熔覆层组织的影响 |
| 5.2.1 真空环境保护对熔覆层物相的影响 |
| 5.2.2 真空环境保护对熔覆层显微组织的影响 |
| 5.2.3 真空环境保护对熔覆层元素分布的影响 |
| 5.3 真空环境保护对熔覆层性能的影响 |
| 5.3.1 真空环境保护对熔覆层硬度的影响 |
| 5.3.2 真空环境保护对熔覆层耐磨性的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术成果 |
| 致谢 |
（8）激光选区熔化钛合金组织调控及其复合材料成形工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 钛基复合材料的制备方法 |
| 1.2.1 传统制备方法 |
| 1.2.2 增材制造法 |
| 1.3 增材制造钛基复合材料研究现状 |
| 1.3.1 非原位自生钛基复合材料 |
| 1.3.2 原位自生钛基复合材料 |
| 1.4 激光成形工艺参数 |
| 1.4.1 激光功率与扫描速度的影响 |
| 1.4.2 扫描间距的影响 |
| 1.4.3 铺粉厚度的影响 |
| 1.4.4 扫描方式的影响 |
| 1.5 课题主要研究内容 |
| 第二章 试验材料、设备及方法 |
| 2.1 试验材料 |
| 2.1.1 钛及钛合金粉末 |
| 2.1.2 钛合金复合材料粉末制备 |
| 2.2 激光选区熔化成形设备 |
| 2.3 试验方案 |
| 2.4 粉末及成形试样的表征与性能分析 |
| 2.4.1 粉末氧、氮含量特性测试及粒度测试 |
| 2.4.2 相对致密度测定与缺陷分析 |
| 2.4.3 成形试样物相分析 |
| 2.4.4 显微组织表征 |
| 2.4.5 EBSD试样制备与分析 |
| 2.4.6 显微硬度 |
| 2.4.7 拉伸性能测试 |
| 第三章 工艺参数对SLM成形钛及钛合金显微形貌及力学性能的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 激光体积能量密度不变试验 |
| 3.2.1 工艺参数对相对致密度的影响 |
| 3.2.2 试样上表面观察 |
| 3.2.3 试样纵截面观察 |
| 3.2.4 显微硬度测试 |
| 3.3 激光多次扫描策略 |
| 3.3.1 成形试验 |
| 3.3.2 多次扫描策略对相对致密度的影响 |
| 3.3.3 试样上表面观察 |
| 3.3.4 纵截面显微形貌观察 |
| 3.3.5 纵截面EBSD分析 |
| 3.3.6 显微硬度测试 |
| 3.3.7 仿真模拟论证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 B_4C添加对于SLM成形TA2 纯钛显微组织及性能的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 SLM成形B_4C增强钛基复合材料 |
| 4.3 试样纵截面观察 |
| 4.4 显微硬度测试 |
| 4.5 原位自生反应过程 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 LaB_6添加对SLM成形钛基复合材料的影响 |
| 5.1 研究背景与研究思路 |
| 5.2 SLM成形LaB_6增强钛基复合材料 |
| 5.3 LaB_6含量对于相对致密度的影响 |
| 5.4 上表面显微形貌观察 |
| 5.5 纵截面显微形貌观察 |
| 5.6 力学性能测试 |
| 5.6.1 显微硬度测试 |
| 5.6.2 拉伸测试及断口观察 |
| 5.7 物相分析 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
| 致谢 |
（9）激光增材制造Cu-Fe偏晶合金凝固机制与性能调控研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 偏晶合金简介 |
| 1.2.1 偏晶合金的特性 |
| 1.2.2 偏晶合金的制备方法 |
| 1.3 液相分离机制及组织类型 |
| 1.3.1 液相分离机制 |
| 1.3.2 液相分离基本过程 |
| 1.3.3 偏晶合金的组织类型 |
| 1.4 Cu基合金的强化方式 |
| 1.4.1 合金化法 |
| 1.4.2 Cu基复合材料法 |
| 1.4.3 孪晶/层错强化法 |
| 1.5 Cu-Fe偏晶合金的研究现状与存在问题 |
| 1.6 本论文的研究意义及内容 |
| 第二章 Fe含量对激光熔化沉积Cu-Fe偏晶合金组织与性能影响 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验材料与方法 |
| 2.3 不同Fe含量微观组织特征 |
| 2.4 液相分离机制 |
| 2.5 匀质Cu95Fe5 偏晶合金性能分析 |
| 2.5.1 显微硬度 |
| 2.5.2 磁学性能 |
| 2.5.3 电化学性能 |
| 2.6 “中空结构”富Fe颗粒增强Cu基偏晶合金耐蚀性 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 光斑尺寸对激光熔化沉积Cu-Fe偏晶合金组织与性能影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验材料与方法 |
| 3.3 颗粒弥散增强Cu-Fe偏晶合金组织优化 |
| 3.4 颗粒细化的液相分离机制 |
| 3.5 细化弥散颗粒优化Cu-Fe偏晶合金性能 |
| 3.5.1 硬度及耐磨性 |
| 3.5.2 磨损及增强机制 |
| 3.5.3 电化学性能分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 激光选区熔化成形块体层状Cu-Fe偏晶合金组织与力学行为分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验材料与方法 |
| 4.3 激光能量密度调控偏晶合金组织致密度 |
| 4.4 原位生成“纤维-颗粒”与纳米生长孪晶 |
| 4.5 Cu-Fe偏晶合金力学性能分析 |
| 4.6 塑性变形及裂纹扩展机制 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 TiB_2对激光选区熔化成形Cu-Fe偏晶合金组织与耐磨性影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验材料与方法 |
| 5.3 TiB_2均匀细化分散“颗粒-孪晶”结构 |
| 5.4 TiB_2形核剂调控高Fe含量液相分离机制 |
| 5.5 TiB_2颗粒与富Fe颗粒增强偏晶合金耐磨性 |
| 5.5.1 硬度分析 |
| 5.5.2 磨损行为分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 激光选区熔化成形“纤维/颗粒-孪晶/层错”增强Cu-Fe偏晶合金力学性能 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验材料与方法 |
| 6.3 原位生成“纤维/颗粒-孪晶/层错”富Fe结构 |
| 6.4 Cu-Fe偏晶合金力学性能分析 |
| 6.5 “纤维/颗粒-孪晶/层错”强韧化机制 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 结论 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 本论文的创新之处 |
| 参考文献 |
| 发表论文及参与科研情况 |
| 致谢 |
（10）基于过程特征的脉冲激光熔化沉积组织性能及热变形研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景与意义 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 激光熔化沉积监测技术研究现状 |
| 1.3.2 热变形与残余应力研究现状 |
| 1.3.3 脉冲激光研究现状 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 2 实验系统及研究方案 |
| 2.1 实验设备与材料 |
| 2.2 监测平台搭建 |
| 2.3 实验设计及方法 |
| 2.3.1 相同参数下,两种激光模式加工实验 |
| 2.3.2 相同热输入量下,两种激光模式加工实验 |
| 2.3.3 脉冲激光熔化沉积熔池流场仿真 |
| 2.3.4 微观结构的测量 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 脉冲激光熔化沉积过程特征分析与研究 |
| 3.1 温度特征提取 |
| 3.1.1 热像仪发射率的确定 |
| 3.1.2 熔池平均温度 |
| 3.1.3 温度梯度 |
| 3.1.4 凝固速度和冷却速率 |
| 3.2 熔池形貌变化 |
| 3.2.1 熔池形貌 |
| 3.2.2 熔池面积变化 |
| 3.2.3 熔池瞬态流场演化 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于过程特征的脉冲激光对沉积层形貌及组织性能影响分析 |
| 4.1 沉积层形貌测定 |
| 4.2 稀释率测定 |
| 4.3 金相组织测定 |
| 4.4 显微硬度测定 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 残余应力及基体热变形研究 |
| 5.1 残余应力测试与分析 |
| 5.1.1 残余应力测试方法 |
| 5.1.2 脉冲激光对残余应力的影响 |
| 5.2 基体热变形的分析 |
| 5.2.1 热变形规律研究 |
| 5.2.2 不同参数脉冲激光对基体热变形的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
四、激光熔覆成形金属零件中微裂纹的减少和消除（论文参考文献）
- [1]金属增材制造中的缺陷、组织形貌和成形材料力学性能[J]. 陈泽坤,蒋佳希,王宇嘉,曾永攀,高洁,李晓雁. 力学学报, 2021(12)
- [2]金属增材制造若干关键力学问题研究进展[J]. 廉艳平,王潘丁,高杰,刘继凯,李取浩,刘长猛,贺小帆,高亮,李好,雷红帅,李会民,肖登宝,郭旭,方岱宁. 力学进展, 2021(03)
- [3]激光熔覆CoCrFeMoNi高熵合金涂层的组织及性能分析[D]. 徐猛. 江苏科技大学, 2021
- [4]骨科植入用多孔钽激光3D打印成形工艺及生物力学性能研究[D]. 吴先哲. 机械科学研究总院, 2021(01)
- [5]大型齿圈齿面激光熔覆高厚度耐磨耐冲击涂层技术研究[D]. 李云峰. 长春理工大学, 2021(01)
- [6]形态、结构耦元及特征量对40Cr合金钢抗磨损性能的研究[D]. 李慧. 吉林大学, 2021
- [7]气阀钢表面激光熔覆Ni基WC熔覆层的强化工艺研究[D]. 刘佳. 青岛理工大学, 2021
- [8]激光选区熔化钛合金组织调控及其复合材料成形工艺研究[D]. 朱冬. 上海第二工业大学, 2021
- [9]激光增材制造Cu-Fe偏晶合金凝固机制与性能调控研究[D]. 谢敏. 天津工业大学, 2021(01)
- [10]基于过程特征的脉冲激光熔化沉积组织性能及热变形研究[D]. 王灏. 大连理工大学, 2021(01)