定向能量沉积 (DED) 工艺的有限元模型可预测高速钢长方体样品制造过程中的热历史。模拟结果验证依赖于测量数据和预测数据之间的比较,例如基体内部的温度历史和最后一层涂层的熔池深度。这些 DED 模拟集成在优化循环中,可确定两个可变激光功率函数,它们能够产生恒定的熔池大小。这些函数有望在各层上提供均匀的微观结构。计算出的热场和由三个 AISI M4 实验产生的微观结构是相互关联的,这些实验是在恒定激光功率情况下进行的,两个优化函数位于沉积物内不同深度的三个关注点处。观察到熔体过热温度和热循环历史对微观和纳米硬度测量的影响。因此,优化的激光功率函数为样品提供了比恒定激光功率函数更均匀的微观硬度,但是,整个沉积的 M4 钢层的纳米硬度图并未完全证实微观结构的均匀性。
通常使用热检测器进行高功率激光器的光学测量,从计量的角度来看,必须针对可追溯参考标准检测器进行校准,以实现可靠的测量。传统上,大多数国家计量学院(NMI)将基于空腔或平坦的热探测器用作参考标准,用于在高光谱功率上传播辐射单元瓦特。这些设备可直接可追溯到电气SI单元(伏特,欧姆)或通过低光电功率(低温辐射计)的主要标准进行间接追溯。当前,在最好的情况下,使用这些参考探测器实现的光功率测量的不确定性在功率范围内在100 w至2.5 kW的范围内,在1 µm和10.6 µm左右的波长下。对于更高的激光功率测量值,很难将热检测器用作参考标准,因为它们的测量能力和准确性在很大程度上取决于用作传感器的腔体的吸光度和热容量。此外,腔尺寸(总热量)必须与要测量的最大激光功率成比例增加,并且更多的热质量转化为较慢的测量响应时间。
Mg 合金的粉末床熔合 - 激光束 (PBF-LB) 为生产具有优化设计的复杂结构提供了新的可能性,既可用于减轻航空航天应用中的重量,也可用于骨科应用中针对特定患者的植入物。然而,尽管已经对该主题进行了大量研究,但各个 PBF-LB 工艺参数对 Mg 合金微观结构和由此产生的材料性能的影响仍然不明确。因此,本研究旨在研究激光功率对表面粗糙度、微观结构和由此产生的关键材料性能(即耐腐蚀性和机械性能)的影响。样品由气雾化的 Mg-4%Y-3%Nd-0.5%Zr(WE43)合金粉末通过 PBF-LB 制成,使用三种不同的激光功率:60 W、80 W 和 90 W。与预期相反,90 W 样品的降解率最高,而 60 W 样品的降解率最低,尽管后者的表面粗糙度最高且内部孔隙较大。相反,发现 90 W 样品的较高降解率源于近表面微观结构。较高的能量输入和随之而来的晶粒尺寸减小,导致第二相沉淀物的数量比 60 W 样品增加,从而增加了通过微电偶腐蚀发生点蚀的趋势。对于拉伸强度和断裂伸长率,观察到了相反的趋势。在这里,发现 90 W 样品的晶粒尺寸减小和沉淀物增加是有益的。总之,观察到激光功率对微观结构的形成有一定影响,最终影响 WE43 的腐蚀和拉伸性能。未来的工作应该研究其他 PBF-LB 工艺参数的影响,以期在耐腐蚀和机械性能之间建立最佳平衡。
近年来,银纳米颗粒电极因其稳定性和导电性而被广泛研究,作为可穿戴和柔性电子产品的电极材料。湿化学沉积技术被认为是一种低成本且可扩展的技术。目前基于湿化学的纳米颗粒沉积技术包括电喷雾沉积、滴铸法、旋涂法和喷墨打印工艺。这些技术通常需要单独的沉积后退火步骤。这对于低熔点的基底来说可能是一个问题。此外,上述某些方法需要物理接触,这增加了交叉污染的可能性。在本研究中,我们提出了一种结合电喷雾和激光辐射的技术,可以在刚性或柔性基底上同时沉积和烧结纳米颗粒。在此过程中,银纳米颗粒水相悬浮液的微滴以所谓的微滴模式从金属毛细管喷嘴喷出,喷嘴可通过电位控制。锥形空心激光束用于蒸发液体并将纳米颗粒烧结到基底上的所需位置。与传统的导电微图案制备方法相比,这项技术前景广阔,因为它简化了一步沉积过程,减少了交叉污染,并且适用于各种表面。我们利用功率为 5 至 13 W 的 Nd:YAG 激光器制备了银纳米颗粒薄膜微图案。我们利用扫描电子显微镜、能量色散 X 射线和四探针分析研究了晶粒尺寸分布、成分和电阻率之间的相关性。结果与传统的热烧结方法相当。
摘要:直接激光金属沉积(DLMD)是一种最先进的制造技术,用于在这项研究中制造316L不锈钢/inconel 625功能分级材料(FGM)。对于这些材料在行业中的实际应用,过程参数对几何特征和表面粗糙度的影响需要更多的研究。通过更改每一层中316升不锈钢/inconel 625的比例,该女性FGM是在五层中加上五层制造的。研究了激光功率对几何特性,身高稳定性和表面粗糙度的影响。研究了微观结构分析和微硬度填充。结果表明,尽管有较高的固定速率,但合金元素的分离发生了。还发现,增加激光功率将增加梯度壁的高度,宽度,高度稳定性和表面粗糙度。在最高激光功率(280 W)处,沉积层的最大宽度和高度分别为1.615和6.42 mm。在220 W的激光功率下,将获得最小的表面粗糙度(R a =105μm)和最佳的高度稳定性(0.461 mm)。在225-277 HV范围内的各个部分的各个部分中,显微硬度值将有所不同。
利用三维动力学模拟,我们研究了具有预填充圆柱形通道的结构化激光辐照目标发射的准直 γ 射线束及其随激光功率(在多 PW 范围内)的变化。通过增加激光能量和焦斑大小来增加激光功率,同时保持峰值强度固定在 5 × 10 22 W / cm 2 。通道半径按比例增加以适应激光斑大小的变化。将激光能量转换为 MeV 级 γ 射线束(具有 10 ◦ 的开角)的效率随着入射激光功率 P 的增加而迅速增加,然后在 P ≈ 4 PW 以上达到饱和。详细的粒子跟踪显示,功率缩放是较高激光功率下电子加速增强的结果。直接受益于这种强大缩放的一项应用是通过双光子碰撞产生对。我们研究了通过线性 Breit-Wheeler 过程生成对的两种方案:两束 γ 射线碰撞和一束 γ 射线与黑体辐射碰撞。对于 P = 4 PW 产生的 γ 射线,这两种方案分别投射出多达 10 4 和 10 5 对。与激光照射空心通道的情况进行比较,证实了预填充通道装置的稳健性。
本研究制定了沉积指南,该指南考虑了利用多轴激光金属沉积工艺制造悬垂和弯曲结构等复杂几何形状的部件时,激光功率等工艺变量对激光喷嘴和基板在不同倾斜角度下沉积质量的影响。该指南基于分析激光功率、光束直径和比能等工艺变量对六个空间变量下沉积质量的影响。空间变量的定义结合了基板与地面的角度(0°、45°和90°)和激光喷嘴与基板的角度(90°和45°)。焊珠接触角和稀释度被用作沉积质量评价的指标。如果两个评价指标都满足理想范围,则沉积材料可以表现出较高的表面质量和几何精度。为了防止在倾斜激光喷嘴条件下由于沉积物变宽变平而导致的过度稀释,应使用比激光喷嘴垂直于基材时更大的光束直径。对于重力影响占主导地位的情况,例如基材垂直于地面,应同时控制激光功率和比能,以保持理想的接触角和稀释度。此外,对于每次倾斜运动,都应考虑由于光束直径变化引起的熔化粉末量变化对横截面几何形状的影响。
图 1 | 单层 WSe 2 中的窄谱线。a,沉积有 WSe 2 单层的设备示意图。 b ,在 56 µ m × 56 µ m 上,能量范围在 1.525eV 和 1.734eV 之间的光致发光强度云图。白色虚线标记了潜在的单层区域。c ,WSe 2 单层中局部发射极在 4.5K 下的光致发光光谱,随着激光功率的增加显示出不同的发射行为,以 1.7167eV(P1)和 1.7206eV(P2)处的峰值为主。d ,P1 和 P2 的提取线宽,以激发功率为函数绘制。低激发功率的光谱显示 P1 和 P2 的线宽分辨率有限。e,P1 和 P2 的光子发射的积分计数随着激光功率的增加显示出超线性和亚线性行为
使用铝合金的添加剂制造是增加工业利益的主题。使用高功率激光器和粉末饲料的定向能量沉积是一个有用的选择,但是粉末流和激光束之间的相互作用尚未完全了解。众所周知,粉末颗粒在激光束中加热,一些理论模型预测它们可以达到汽化温度,并因相关的后坐力压力而改变了飞行路径。为了了解有关这些现象的更多信息,在不同的激光功率(高达6 kW)的高速摄像头和三批不同粒径的粉末(ALSI10MG)上观察到粉末流。结果表明,随着激光功率的增加,粉末聚焦的增加。此外,发现一些颗粒在激光束中分解。证明粒子瓦解最有可能是由后坐压力引起的动量引起的。