关键词： 飞秒激光   化学处理   锐钛矿TiO2   自支撑微纳米结构  

摘要： 二氧化钛（TiO2）凭借安全无毒、光电转换效率高、稳定性好等优点,被广泛应用于光催化、染料敏化太阳能电池、生物医疗等领域。论文采用飞秒激光加工与化学处理相结合的方法在Ti基底表面制备出自支撑三维微纳米结构TiO2,即先通过飞秒激光加工出前期微结构,再采用两种不同的化学处理（NaOH水热法与H2O2氧化法）在加工后Ti表面制备微纳米结构TiO2。凭借其比表面积与光利用效率的优势,通过调控飞秒激光与化学处理参数获得的多种形貌微纳米结构TiO2光催化性能优越且表现出不同的浸润性变化趋势。飞秒激光结合NaOH水热法可在飞秒激光加工后的前期微结构表面制备由纳米线与纳米片组成的三维微纳米结构TiO2,相同条件下对甲基橙的降解效率比平整表面纳米结构提高约40%。该方法处理后具有微纳米结构TiO2的Ti表面表现出超亲水特性,且可以暴露在周围环境中10天后得到保持,50天后接触角仍小于20°。飞秒激光结合H2O2氧化可以在飞秒激光加工后的前期微结构表面制备由纳米多孔组成的三维微纳米结构TiO2,相同条件下对甲基橙的降解效率比平整表面纳米结构提高约80%。该方法法处理后的超亲水钛表面极易向疏水状态转变,暴露在空气中10天后即转变为超疏水状态（接触角大于150°）。

关键词： 激光加工   陶瓷-金属复合沉积层   超音速激光沉积   冷喷涂   显微组织   磨损性能  

摘要： 陶瓷-金属复合沉积层因其兼具金属(或合金)的强度和韧性以及陶瓷相的抗高温、耐磨损以及防腐蚀等优异性能,在材料表面耐磨损和耐腐蚀领域得到广泛应用。传统的激光熔覆、热喷涂以及自蔓延高温合成技术在制备陶瓷-金属复合沉积层中涉及高热量的输入,粉末易发生氧化、分解、相变、烧损等,特别是对于相变敏感陶瓷相(如WC、金刚石等),很难在复合沉积层的制备过程中保持其形貌和成分的完整性。此外,较高残余热应力的存在还易使复合沉积层产生裂纹。超音速激光沉积技术(Supersonic Laser Deposition,SLD),把激光辐照同步引入冷喷涂加工过程,提高低压冷喷涂沉积层的沉积效率、致密性和结合强度,进而提高沉积层的使用性能。超音速激光沉积技术在保持冷喷涂固态沉积特性的同时,扩大了冷喷涂沉积材料的范围。基于超音速激光沉积技术的优势,本文拟将SS316L与WC这两种应用广泛的金属和陶瓷进行复合形成综合性能更加优异的陶瓷-金属复合沉积层。在超音速激光沉积制备单一SS316L工艺参数的基础之上,进一步制备WC/SS316L复合沉积层。系统研究了不同激光能量对沉积层沉积特性、显微组织、陶瓷相颗粒含量、WC/SS316L颗粒相互作用机制、磨损性能,并将其与激光熔覆沉积层进行对比研究。初步探讨了超音速激光沉积制备WC/SS316L复合层的沉积行为和失效机理,本文的主要研究结论如下:1.在制备单一SS316L沉积层时,激光辐照影响了超音速激光沉积层的沉积效率、基体的结合形态、显微硬度以及沉积层的耐蚀性能。在一定的激光辐照温度范围内,沉积层的峰值高度、沉积效率和显微硬度随激光辐照温度的升高而不断增加,同时扫描速度对沉积层宏观形貌影响较大。2.相较于单一冷喷涂,利用超音速激光沉积技术制备WC/SS316L复合沉积层时,WC颗粒在复合沉积层中的含量随着激光辐照温度的升高而增加,在激光辐照温度为800oC时,沉积层中的WC含量达到了29.29%,几乎达到了原始粉末中的WC含量(30%)。3.超音速激光沉积WC/SS316L沉积层致密,保留了原始颗粒内部组织。通过XRD分析表明超音速激光沉积层与原始粉末具有相同的物相,保留了冷喷涂技术中固态沉积的优势。4.超音速激光沉积层的摩擦系数较激光熔覆沉积降低了28%,表现出较优的抗磨损性能,这是由于超音速激光沉积层较激光熔覆沉积层具有更高的WC含量,且WC分布均匀,增强相与粘结相结合良好。5.在超音速激光沉积过程中,基体由于颗粒的剧烈撞击产生凹陷,同时颗粒在基体上有效沉积形成基底层。后续沉积的颗粒持续撞击进一步加剧已沉积颗粒的变形程度,产生夯实效果,使沉积层孔隙率降低。由于激光辐照作用,WC与SS316L之间由机械结合转变为机械结合与冶金结合共存。在电化学腐蚀过程中,由于WC颗粒未能与SS316L颗粒形成完全致密的结合,腐蚀溶液通过颗粒间孔隙进入沉积层内部,在结合部位WC颗粒与SS316L不锈钢因电位不同可形成原电池加速腐蚀,从而加速了沉积层的失效。

关键词： 微细电火花加工   非接触式电能传输   松耦合式变压器   机床静动态特性  

摘要： 随着微小零部件需求的增长和高硬度材料的广泛应用,传统生产加工方式在实现其生产要求上存在诸多困难。微细电火花等特种加工方法都有其独特的去除材料的原理与传统切削方式不同,由于其加工时无直接接触切削力,加工能量可调等特点,使其在许多工业领域获得了更多的应用和关注。但是由于微细电火花加工尺度非常小,特别是在大深径比的小孔加工中,极间工作液循环更新困难,直接影响了放电的稳定性,从而降低了效率并增加了电极的损耗。利用电极旋转产生的扰动可提高极间介质的流动性,促进极间介质的更新从而提高放电状态的稳定性;电极旋转可分散放电位置,有效避免火花集中和异常电弧的产生。传统的供电方式多采用碳刷或滑环的供电方式,这种接触式的供电方式在接触点处存在磨损、积碳、漏电、易产生电火花等问题,制约了电极旋转速度的提高并存在安全隐患。采用基于电磁感应原理非接触式供电技术能够有效解决上述问题,为电极的高速旋转提供了条件。本文搭建了一台小型的非接触式旋转电火花加工系统,其特点是电极上电方式采用基于电磁感应原理的非接触式供电。根据电极旋转运动的需要选取了合适的松耦合式变压器结构并建立了等效分析模型,由于松耦合式变压器的初级侧和次级侧之间存在间隙增加了漏磁和漏电感,降低了耦合系数和传输效率,研究分析了其电路补偿结构。机械运动部分选用了伺服电机搭配滚珠丝杠的传动方式和全闭环的控制方式。运动控制系统以泰道公司生产的高性能Clipper运动控制卡为核心,IPC上编写人机交互界面并用以太网与Clipper运动控制卡建立通讯,实现双CPU控制方式;运动平移台上加装增量式光栅尺反馈位置信号实现闭环控制。基于赫兹弹性接触理论和吉村允孝积分法分析计算了机床连接处的动态特性刚度参数,并利用弹簧和阻尼器等效建立了机床动态特性模型;利用Abaqus软件分析提取了机床的固有频率和振型,为预判分析机床静动态特性提供了依据。

关键词： 模具   特种加工   模具制造  

摘要： 《电加工与模具》是我国特种加工和模具制造领域国内外公开发行的专业性技术刊物,由苏州电加工机床研究所和中国机械工程学会特种加工分会主办。主要报道内容为:特种加工(包括电火花加工、电化学加工、激光加工、增材制造/3D打印、超声加工等)和模具制造领域的设计研究成果、工艺应用技术、使用维修经验、产品开发信息和行业发展动态等。

关键词： 激光加工   毛化形貌   工艺实验   金相组织  

摘要： 金属的表面处理技术作为一种融合了多个行业和多个学科的技术门类,其涉及到的内容较广,工艺方法较多,知识涵盖面较宽。常见的金属表面处理技术包括:表面改性技术,表面镀层技术,热喷涂技术,气相沉积技术以及高能束表面处理等。而激光毛化技术作为一种新型的表面处理微加工技术,通过对金属材料表面的改形改性,从而对材料表面的摩擦磨损现象起到良好的改善作用。基于激光毛化加工的这种良好效果,展开与激光毛化技术相关的基础理论与实验研究,将其应用到不同种类、不同需求的工作表面上,具有十分重要的意义。围绕激光毛化形貌的成形机理和工艺实验研究,国内外研究学者做了大量的工作,从机理解释、模拟仿真再到实验研究,均获得一系列研究成果,通过实验所获得的毛化形貌种类丰富多样,但是,针对毛化技术领域的研究仍然存在诸多问题。本文主要针对毛化形貌类型的判定标准和表征方法、如何实现毛化形貌的工艺可控性等关键问题,通过理论分析和工艺实验相结合的方法,对毛化形貌的成形机理进行阐述,建立一种表征和判定毛化点的方法,并通过特种工艺方法来尽可能地实现毛化点形貌与大小的可控性。综上所述,本文主要的研究工作如下。一、根据激光和物质相互作用的机理,对毛化形貌的成形过程进行了详细的分析、阐释,包括毛化形貌形成的物理过程变化、熔池的形成过程分析、气化现象对熔池的影响,以及熔池内部的热传导过程和温度场的分析等。二、利用SPI型光纤激光加工设备,采用单因素分析法,通过控制不同工艺参量在C r12mov模具钢试样上进行了系统的激光毛化工艺实验,对不同实验参数下加工出的毛化形貌进行检测,进行对比分析,总结了不同实验参数下毛化形貌的演变规律;并根据实验中所获得的毛化点的外形特征,建立了一种毛化点几何尺寸的表征方法和形貌种类的判定标准;研究了不同激光功率、脉冲宽度、离焦量对毛化形貌几何大小的影响规律,并对形貌形成的过程进行了分析。三、为尽可能改善毛化形貌,获得较好的毛化点质量,进而实现可控性要求,采用辅助气体、表面涂层以及水环境等不同的特种工艺方法,来探究对毛化点的影响规律。结果发现采用辅助气体为氮气时,在合适的气体压力下,所得到的毛化形貌更加均匀、规整;当表面涂层采用黑漆涂料时,毛化形貌的规律性更强,更易实现可控性。四、利用金相显微镜对毛化形貌区域的金相组织和显微硬度进行了检测,并与基体材料进行对比分析。结果发现,毛化区域材料的金相组织形态全部为马氏体组织,更加致密,毛化点位置的显微硬度整体上比基体要高出30%45%。

关键词： 摩擦   减摩   表面微织构   飞秒激光  

摘要： 在机械应用中,摩擦磨损会减小系统的稳定性和可靠性等重要性能,造成机械系统寿命的降低,同时摩擦也是导致能源浪费损失的重要原因,因此减少摩擦副表面摩擦磨损现象具有重要意义。通过构造表面微织构来改善摩擦副表面摩擦性能的方法,已被国内外众多学者关注,成为当前摩擦学研究热点。本文从微织构减摩理论与仿真、微织构飞秒激光加工工艺和微织构表面摩擦性能三个方面做了系统的研究。首先结合液体润滑理论和N-S方程,建立了微织构的动压润滑物理模型。根据仿真结果发现微织构的深宽比、形状、截面形状等参数对表面动压润滑具有重要影响,仿真得到了微织构区域产生流体动压与深宽比的关系曲线;对比了不同微织构形状和截面形状对动压润滑的影响,为后续的试验提供了相应的理论支持。随后对飞秒激光加工轴承钢GCr15的工艺进行了试验研究。根据试验结果,计算得到轴承钢GC15材料的飞秒激光烧蚀阈值;在此基础上分析了不同脉冲能量和脉冲个数对凹坑形貌的影响,拟合得到了凹坑深度与脉冲能量和脉冲个数的关系曲线;分析了激光重复频率、激光扫描速度及扫描次数对微沟槽加工的影响,研究表明只有合适的扫描速度和激光频率才能实现高质量的微沟槽加工;最后对阵列微织构的加工进行了探究,提出扫描方式和单点加工相结合的方式,来提高加工效率。最后采用往复摩擦试验和旋转摩擦试验两种方法,对不同微织构表面的摩擦性能进行了试验分析。试验表明,圆形微织构表面在不同速度和载荷下均具有较好的减摩性能,三角形微织构表面在不同滑动方向下摩擦系数不同;不同深宽比凹坑试验结果验证了仿真的结果;微织构表面具有最合适的面密度为0.07,此时表面摩擦系数最小;微织构表面具有更好的耐磨性能。

关键词： 特种加工  

ISBN: (纸本)9787301272855

摘要： 本书阐述了特种加工工艺方法的原理、基本规律、设备构成、加工特点及主要应用。全书共8章，包括绪论、电火花加工、电火花切割加工、电化学加工、高能束流加工、增材制造技术、微细特种加工技术和其他特种加工方法。该书配套了100多段加工视频，可利用移动设备扫描后在线观看，视频介绍了特种加工方法在实际生产中的最新应用。

关键词： 特种加工   模具制造   领域   电加工机床   技术刊物   电化学加工   电解加工   模具  

摘要： 《电加工与模具》是我国特种加工和模具制造领域国内外公开发行的专业性技术刊物,由苏州电加工机床研究所和中国机械工程学会特种加工分会主办。主要报道内容为:特种加工(包括电火花加工、电化学加工、激光加工、增材制造/3D打印、超声加工等)和模具制造领域的设计研究

关键词： 激光加工  

摘要： 激光加工以"光能源"和"光工具"作为新加工手段,可对多种金属、非金属,特别是高硬度、高脆性及高熔点的材料进行加工,极大地提升了航空制造技术水平。当前,激光焊接、激光切割、激光制孔、激光成形以及激光表面处理等技术已广泛应用,而新型激光器及激光装备将进一步

关键词： 特种加工技术   需求  

摘要： 本书面向2030年,系统阐述了我国特种加工技术的发展现状、社会需求、应用前景、研发重点、关键技术及建议的发展路径,提出了未来的发展目标和实现措施。全书共六章,第一章和第二章论述了特种加工技术的重要性及发展现状,分析了特种加工技术的发展机遇、发展趋势及面临的挑战;第三章至第五章从产业需求、典型装备、关键技术等方面对放电加工、电化学加工、激光加工等技术分别进行了论述,提出了不同时间节点的发展重点与实现路径,