基于相场法的皮秒激光对金属铜的微观组织影响研究
发布时间：2021-01-25 07:35
皮秒激光因其较高的加工效率、良好的加工精度和较低的应用成本在精密加工领域获得了普遍关注。由于数十皮秒的脉冲持续时间与电-声弛豫时间相当,皮秒激光的加工机制既不等同于纳秒激光的热平衡烧蚀,也不完全是飞秒激光的冷加工,在获得高精度和高效率的同时具有难以避免的热效应。但由于皮秒激光器拥有较低的价格、简单的结构和较高的光束质量,在工业加工中具有广阔的应用前景,因此有必要研究皮秒激光加工过程中材料的微观组织变化及其影响因素。本文以纯铜薄膜的二维纵截面为研究对象,采用相场法研究了重凝区不同位置的微观组织形貌。文中讨论了激光参数对枝晶生长的影响,得出了冷却速度与枝晶臂间距的关系,对提高皮秒激光的加工质量具有指导意义。具体内容和结论如下:（1）基于双温模型和纯金属相场模型建立了皮秒激光加工纯铜的二维温度场模型和微观相场模型,并将无量纲化后的双温方程与相场方程耦合,得到了皮秒激光加工纯金属的宏微观耦合模型。通过对宏观热传导的分析,确定了熔池形貌和凝固条件,并研究了不同的激光能量密度、脉冲宽度和脉冲个数对凝固条件的影响。结果表明,熔池内不同区域的凝固条件大不相同,熔池底部具有较大的温度梯度和较小的冷却速度...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
皮秒激光在镍基合金涡轮叶片上加工的冷却孔
基于相场法的皮秒激光对金属铜的微观组织影响研究质量和极高的加工效率亦在线切割应用中获得了一席之地。如图 2.2 所示为皮秒激光与飞秒激光切割不锈钢零件边缘的对比图[11]，可以明显地观察到图中皮秒激光的线切割质量很好，毛刺很少，几乎可与飞秒激光相媲美。
且在材料去除过程中易造成热损伤，而皮秒激光的加工特性则能很好地解决上述问题。如图1.3 所示，展现了太阳能电池的叠层结构和皮秒激光加工工序[12]，在加工时需使用皮秒激光对图中的 Mo 层、CIGS 层以及 ZnO 极层进行选择性去除。图 1.3（a）薄膜太阳能电池的电极结构和（b）皮秒激光加工工序Fig.1.3 (a) Structure of thin-film solar cell and (b) machining process of picosecond laser
【参考文献】：
期刊论文
[1]皮秒激光微纳加工研究进展[J]. 杨冬冬,蔡京辉. 激光与光电子学进展. 2017(01)
[2]355nm纳秒和1064nm皮秒激光加工蓝宝石研究[J]. 边晓微,陈檬,李港. 激光与光电子学进展. 2016(05)
[3]利用1064nm皮秒激光加工石英玻璃精密划线工艺研究[J]. 李勇,朱芸. 激光杂志. 2015(01)
[4]激光立体成形中熔池凝固微观组织的元胞自动机模拟[J]. 魏雷,林鑫,王猛,黄卫东. 物理学报. 2015(01)
[5]宏微观耦合模拟熔池不同区域中枝晶竞争生长过程[J]. 韩日宏,董文超,陆善平,李殿中,李依依. 物理学报. 2014(22)
[6]皮秒激光工程应用研究现状与发展分析[J]. 季凌飞,凌晨,李秋瑞,吴燕,闫胤洲,鲍勇,蒋毅坚. 机械工程学报. 2014(05)
[7]激光熔覆纯镍熔池底部组织生长的相场法模拟[J]. 孙道金,刘继常,李钦栋. 中国激光. 2013(04)
[8]相场法模拟NiCu合金非等温凝固枝晶生长[J]. 王明光,赵宇宏,任娟娜,穆彦青,王伟,杨伟明,李爱红,葛洪浩,侯华. 物理学报. 2011(04)
[9]纯金属TIG焊熔池等轴晶生长的相场法模拟[J]. 魏艳红,王勇,董志波,马瑞,占小红. 焊接学报. 2011(03)
[10]焊缝金属凝固组织元胞自动机模拟[J]. 黄安国,余圣甫,李志远. 焊接学报. 2008(04)
博士论文
[1]Al-Cu合金焊接熔池凝固枝晶动态生长机制的相场研究[D]. 郑文健.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]钛合金激光快速成形熔池凝固晶粒生长机理研究[D]. 李文艺.沈阳航空航天大学 2016
[2]基于相场法的激光熔注涂层凝固结晶研究[D]. 江新焱.华东交通大学 2014
[3]皮秒激光对金属材料微孔加工技术研究[D]. 姜靖.北京工业大学 2014
[4]激光微孔加工过程数值模拟技术研究[D]. 王瑜宏.长春理工大学 2008
[5]高质量激光打孔技术的研究[D]. 辛凤兰.北京工业大学 2006
[6]纯金属凝固过程的相场方法研究[D]. 梁晋洁.西北工业大学 2006
本文编号：2998843
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
皮秒激光在镍基合金涡轮叶片上加工的冷却孔
基于相场法的皮秒激光对金属铜的微观组织影响研究质量和极高的加工效率亦在线切割应用中获得了一席之地。如图 2.2 所示为皮秒激光与飞秒激光切割不锈钢零件边缘的对比图[11]，可以明显地观察到图中皮秒激光的线切割质量很好，毛刺很少，几乎可与飞秒激光相媲美。
且在材料去除过程中易造成热损伤，而皮秒激光的加工特性则能很好地解决上述问题。如图1.3 所示，展现了太阳能电池的叠层结构和皮秒激光加工工序[12]，在加工时需使用皮秒激光对图中的 Mo 层、CIGS 层以及 ZnO 极层进行选择性去除。图 1.3（a）薄膜太阳能电池的电极结构和（b）皮秒激光加工工序Fig.1.3 (a) Structure of thin-film solar cell and (b) machining process of picosecond laser
【参考文献】：
期刊论文
[1]皮秒激光微纳加工研究进展[J]. 杨冬冬,蔡京辉. 激光与光电子学进展. 2017(01)
[2]355nm纳秒和1064nm皮秒激光加工蓝宝石研究[J]. 边晓微,陈檬,李港. 激光与光电子学进展. 2016(05)
[3]利用1064nm皮秒激光加工石英玻璃精密划线工艺研究[J]. 李勇,朱芸. 激光杂志. 2015(01)
[4]激光立体成形中熔池凝固微观组织的元胞自动机模拟[J]. 魏雷,林鑫,王猛,黄卫东. 物理学报. 2015(01)
[5]宏微观耦合模拟熔池不同区域中枝晶竞争生长过程[J]. 韩日宏,董文超,陆善平,李殿中,李依依. 物理学报. 2014(22)
[6]皮秒激光工程应用研究现状与发展分析[J]. 季凌飞,凌晨,李秋瑞,吴燕,闫胤洲,鲍勇,蒋毅坚. 机械工程学报. 2014(05)
[7]激光熔覆纯镍熔池底部组织生长的相场法模拟[J]. 孙道金,刘继常,李钦栋. 中国激光. 2013(04)
[8]相场法模拟NiCu合金非等温凝固枝晶生长[J]. 王明光,赵宇宏,任娟娜,穆彦青,王伟,杨伟明,李爱红,葛洪浩,侯华. 物理学报. 2011(04)
[9]纯金属TIG焊熔池等轴晶生长的相场法模拟[J]. 魏艳红,王勇,董志波,马瑞,占小红. 焊接学报. 2011(03)
[10]焊缝金属凝固组织元胞自动机模拟[J]. 黄安国,余圣甫,李志远. 焊接学报. 2008(04)
博士论文
[1]Al-Cu合金焊接熔池凝固枝晶动态生长机制的相场研究[D]. 郑文健.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]钛合金激光快速成形熔池凝固晶粒生长机理研究[D]. 李文艺.沈阳航空航天大学 2016
[2]基于相场法的激光熔注涂层凝固结晶研究[D]. 江新焱.华东交通大学 2014
[3]皮秒激光对金属材料微孔加工技术研究[D]. 姜靖.北京工业大学 2014
[4]激光微孔加工过程数值模拟技术研究[D]. 王瑜宏.长春理工大学 2008
[5]高质量激光打孔技术的研究[D]. 辛凤兰.北京工业大学 2006
[6]纯金属凝固过程的相场方法研究[D]. 梁晋洁.西北工业大学 2006
本文编号：2998843
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