激光诱导击穿光谱表征3D打印18Ni300模具钢表面硬度

发布时间：2020-12-05 20:56

　　3D打印零件的表面硬度直接影响着其后续的运行安全和使用寿命,目前硬度的测量依赖于破坏性取样后的实验室分析,缺少无损和在线的硬度测量方法。采用激光诱导击穿光谱技术研究了3D打印18Ni300模具钢表面硬度和光谱特性与等离子体特性的关系。得到了样品表面硬度和离子谱线与原子谱线的强度比以及表面硬度和等离子体温度之间的线性关系,离子与原子谱线的强度比和等离子体温度均随着表面硬度的增加而增大。实验结果证明了激光诱导击穿光谱技术作为一种近无损和在线表征3D打印零件表面硬度的方法的可行性。 

【文章来源】：激光与红外. 2020年06期 第668-674页 北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

LIBS实验装置

图2中显示了不同硬度的模具钢样品在228～440 nm波长范围内的LIBS光谱。选用谱线丰富、易于识别的Ni和Al元素进行光谱特性分析,将实验光谱与NIST原子光谱数据库进行匹配,识别出Ni和Al元素的原子谱线与离子谱线。分析中所使用的谱线和相关谱线参数列于表4中。表4 所选分析线的谱线参数Tab.4 Spectroscopic parameters of of the selected analytical lines Wavelength/nm Lower levelEi/eV Upper levelEk/eV Transition probabilityAki/s-1 Ni Ⅰ 232.003 0 5.3424267 6.9×108 Ni Ⅱ 251.087 1.680034 6.616438 5.8×107 Al Ⅰ 394.401 0 3.1427212 4.99×107 Al Ⅱ 281.618 7.420705 11.821968 3.57×108

根据Boltzmann平面图法的计算,各样品的等离子温度在6500～9000 K之间。图5显示了各样品表面硬度与等离子体温度之间的关系,等离子体温度随着样品表面硬度的增加而增加,两者呈现良好的线性相关关系。这种相关关系的存在是因为当样品较硬时,其抵抗外界破坏的能力较强,因此在相同的激光能量和作用时间下,样品表面的烧蚀质量较小,相同的激光能量作用在较小的烧蚀质量上,则等离子体对脉冲激光能量的吸收增加,这导致等离子体羽流中更多的碰撞电离,电子温度随之增加[19]。图5 等离子体温度和表面硬度的关系

【参考文献】：
期刊论文
[1]激光诱导Cu等离子体光谱时间演化特性研究[J]. 唐慧娟,郝晓剑,胡晓涛,董智源.  激光与红外. 2018(11)
[2]水分含量对激光诱导岩屑等离子体特性的影响[J]. 贾军伟,佘明军,付洪波,王华东,倪志波,董凤忠.  光子学报. 2018(08)
[3]基于不同化学计量学方法的土壤重金属激光诱导击穿光谱定量分析研究[J]. 项丽蓉,麻志宏,赵欣宇,刘飞,何勇,冯雷.  光谱学与光谱分析. 2017(12)
[4]激光诱导击穿光谱结合PLS检测土壤中的铅[J]. 陈添兵,姚明印,周华茂,林永增,黎文兵,郑美兰,刘木华.  激光与红外. 2014(05)
[5]不同硬度受热面材料的激光诱导等离子体光谱特性分析[J]. 李俊彦,陆继东,李军,姚顺春,董美蓉.  中国激光. 2011(08)



本文编号：2900079