Nd：YAG脉冲激光熔凝AISI 304不锈钢表面氧化现象的研究
发布时间：2021-12-17 21:12
本文采用Nd:YAG脉冲激光表面熔凝的方法对AISI 304奥氏体不锈钢的表面氧化进行了深入的研究,并在奥氏体不锈钢表面成功地制备了高性能的金属氧化物。通过简单的数学解析模型和具体实验研究了脉宽以及激光能量密度的变化对AISI 304奥氏体不锈钢表面氧化物形貌和性能的影响规律,得出了当脉宽>1ms、激光能量密度相对较高时可获得较好的奥氏体不锈钢表面改性效果,并指出脉宽的工艺控制是获得良好表面质量的必要条件。研究了不锈钢表面单个激光光斑内的形貌,发现在同一激光光斑内具有不同的物相组成和显微组织。光斑中心区域主要为纳米颗粒的Fe2O3,而在光斑边缘区域主要为六边形形貌的Cr2O3和MnO2等氧化物。同一光斑内形貌的不同主要是由于光斑中心区和边缘区凝固速率的巨大差异造成的,在光斑中心区凝固速率最大为89m/s,而在边缘区凝固速率近似于0。研究了激光工艺参数对奥氏体不锈钢的显微硬度、耐磨性以及腐蚀性能的影响规律,获得了具有实际应用价值的数据,为激光熔凝氧化处理不锈钢材料提供了实验数据与理论依据。
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
激光氧化示意图
1.4 The Ellingham diagram for metal oxidation re化物形成的动力学确定金属氧化能否自发进行以及氧化产物的相对热稳决反应过程进行的机理和速率问题，即氧化反应动力入地了解金属的氧化速率与氧化机制。金属的氧化膜不能完全覆盖金属表面，金属氧化动力学的控制环一种是能够覆盖金属表面，起到金属与气体的隔离作经由氧化膜扩散传质来实现[67]。热力学讨论表明反应自发向着生成氧化物的方向进应过程简单描述如下：清洁金属表面发生的初始氧化化物的形核。值得注意的是，这种初始氧化一般是在取出来，放置在大气中约 10 分钟就可以形成，吸附形成的同时伴随有应力的产生。如果表面氧化物为一
用的材料为 AISI 304 奥氏体不锈钢，其化学成分(wt.%工成尺寸约为 12mm×12mm×3mm 的块状样品，分别经水、酒精在超声波中清洗干净。表 2.1 AISI 304 奥氏体不锈钢的化学成分The chemical compositions of AISI 304 austenite staC Mn P S Si Ni ≤ 0.08 ≤ 2.0 ≤ 0.04 ≤ 0.03 ≤ 1.0 8~10 备使用的激光器为武汉楚天研制的 JHM-1GY-100B 型 N示。本激光器的主要技术指标为：激光波长 1064nm，在 1~100Hz 之间连续可调，晶体 Nd:YAG 消光比≥32dB量稳定度±3%以及光束发散角≤5mrad。
【参考文献】：
期刊论文
[1]1Cr18Ni9Ti高温氧化行为研究[J]. 龙剑平,胤驰,邓苗,冯珊. 热加工工艺. 2008(18)
[2]0Cr15Ni5Cu2Ti钢的高温氧化行为[J]. 刘建华,李明,陶斌武,李松梅. 航空学报. 2008(01)
[3]退火工艺对低压铝箔氧化膜和比电容的影响[J]. 吕亚平,毛卫民,何业东,杨宏. 材料热处理学报. 2007(05)
[4]热浸镀铝工艺对不锈钢微弧氧化陶瓷膜厚度的影响[J]. 张宇,闫康平,王伟,田间. 新技术新工艺. 2007(10)
[5]磁控溅射技术制备ZnO透光薄膜[J]. 俞振南,姜乐,熊志华,郑畅达,戴江南,江风益. 南昌大学学报(理科版). 2007(05)
[6]激光冲击处理对304不锈钢力学性能的影响[J]. 马壮,李应红,张永康,任旭东,张凌峰. 材料热处理学报. 2007(03)
[7]磁控溅射制备ZnO薄膜及其声表面波特性[J]. 杨光,Santos Paulo V.. 物理学报. 2007(06)
[8]激光表面改性的发展趋势[J]. 张光钧,李军,李文戈. 金属热处理. 2006(11)
[9]金属粉末激光熔覆成形温度场的数值分析[J]. 薛春芳,戴耀,王丹杰,王永峰,陈强. 装甲兵工程学院学报. 2006(03)
[10]激光表面改性技术及其应用综述[J]. 肖爱红,邱长军,李学兵. 机械制造. 2006(03)
博士论文
[1]铜合金高温抗氧化性的研究[D]. 刘国军.吉林大学 2008
[2]氧化铬薄膜的生长机理及力学性能表征[D]. 庞晓露.北京科技大学 2008
[3]强流脉冲离子束辐照316L不锈钢结构及性能研究[D]. 王旭.大连理工大学 2007
[4]表面强化铁基粉末冶金材料的摩擦磨损特性研究[D]. 李月英.吉林大学 2004
硕士论文
[1]不锈钢表面激光制造彩色氧化膜的机制研究[D]. 王明耀.华中科技大学 2006
[2]1Cr17不锈钢表面纳米化组织耐高温氧化性研究[D]. 栾卫志.大连交通大学 2005
本文编号：3540951
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：135 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
激光氧化示意图
1.4 The Ellingham diagram for metal oxidation re化物形成的动力学确定金属氧化能否自发进行以及氧化产物的相对热稳决反应过程进行的机理和速率问题，即氧化反应动力入地了解金属的氧化速率与氧化机制。金属的氧化膜不能完全覆盖金属表面，金属氧化动力学的控制环一种是能够覆盖金属表面，起到金属与气体的隔离作经由氧化膜扩散传质来实现[67]。热力学讨论表明反应自发向着生成氧化物的方向进应过程简单描述如下：清洁金属表面发生的初始氧化化物的形核。值得注意的是，这种初始氧化一般是在取出来，放置在大气中约 10 分钟就可以形成，吸附形成的同时伴随有应力的产生。如果表面氧化物为一
用的材料为 AISI 304 奥氏体不锈钢，其化学成分(wt.%工成尺寸约为 12mm×12mm×3mm 的块状样品，分别经水、酒精在超声波中清洗干净。表 2.1 AISI 304 奥氏体不锈钢的化学成分The chemical compositions of AISI 304 austenite staC Mn P S Si Ni ≤ 0.08 ≤ 2.0 ≤ 0.04 ≤ 0.03 ≤ 1.0 8~10 备使用的激光器为武汉楚天研制的 JHM-1GY-100B 型 N示。本激光器的主要技术指标为：激光波长 1064nm，在 1~100Hz 之间连续可调，晶体 Nd:YAG 消光比≥32dB量稳定度±3%以及光束发散角≤5mrad。
【参考文献】：
期刊论文
[1]1Cr18Ni9Ti高温氧化行为研究[J]. 龙剑平,胤驰,邓苗,冯珊. 热加工工艺. 2008(18)
[2]0Cr15Ni5Cu2Ti钢的高温氧化行为[J]. 刘建华,李明,陶斌武,李松梅. 航空学报. 2008(01)
[3]退火工艺对低压铝箔氧化膜和比电容的影响[J]. 吕亚平,毛卫民,何业东,杨宏. 材料热处理学报. 2007(05)
[4]热浸镀铝工艺对不锈钢微弧氧化陶瓷膜厚度的影响[J]. 张宇,闫康平,王伟,田间. 新技术新工艺. 2007(10)
[5]磁控溅射技术制备ZnO透光薄膜[J]. 俞振南,姜乐,熊志华,郑畅达,戴江南,江风益. 南昌大学学报(理科版). 2007(05)
[6]激光冲击处理对304不锈钢力学性能的影响[J]. 马壮,李应红,张永康,任旭东,张凌峰. 材料热处理学报. 2007(03)
[7]磁控溅射制备ZnO薄膜及其声表面波特性[J]. 杨光,Santos Paulo V.. 物理学报. 2007(06)
[8]激光表面改性的发展趋势[J]. 张光钧,李军,李文戈. 金属热处理. 2006(11)
[9]金属粉末激光熔覆成形温度场的数值分析[J]. 薛春芳,戴耀,王丹杰,王永峰,陈强. 装甲兵工程学院学报. 2006(03)
[10]激光表面改性技术及其应用综述[J]. 肖爱红,邱长军,李学兵. 机械制造. 2006(03)
博士论文
[1]铜合金高温抗氧化性的研究[D]. 刘国军.吉林大学 2008
[2]氧化铬薄膜的生长机理及力学性能表征[D]. 庞晓露.北京科技大学 2008
[3]强流脉冲离子束辐照316L不锈钢结构及性能研究[D]. 王旭.大连理工大学 2007
[4]表面强化铁基粉末冶金材料的摩擦磨损特性研究[D]. 李月英.吉林大学 2004
硕士论文
[1]不锈钢表面激光制造彩色氧化膜的机制研究[D]. 王明耀.华中科技大学 2006
[2]1Cr17不锈钢表面纳米化组织耐高温氧化性研究[D]. 栾卫志.大连交通大学 2005
本文编号：3540951
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