| 高密度激光CuCr合金表面改性中的羽辉特性研究 | |
| Alternative Title | Study on the characteristics of plume during high power density laser surface modification on CuCr alloy |
| 解晓宇 | |
| Thesis Advisor | 何秀丽 |
| 2017 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Subtype | 硕士 |
| Degree Discipline | 一般力学与力学基础 |
| Abstract | CuCr合金广泛应用于轨道交通和电力行业的电接触元件，其表面失效会导致高速列车的安全事故及电网瘫痪，成为制约轨道交通运输和输变电网络发展的瓶颈问题。高密度激光表面改性技术可有效提升其表面性能。改性过程中羽辉会对激光产生吸收、折射和散射等衰减作用，改变激光在工件表面的能量分布，从而影响熔池流动与改性状态。对于CuCr合金材料高密度激光表面改性过程中羽辉的机理缺乏相关研究，大大限制了CuCr合金在工业实际生产中的推广应用。 本研究基于高密度激光表面改性CuCr合金研究的需求，搭建了包括循环水冷夹持装置和惰性气氛系统在内的实验平台，采用不同曝光时间的摄像机采集羽辉图像，经过图像处理后提取羽辉特征参量，研究了羽辉瞬态和稳态的时空分布特性。结果表明，激光功率密度越高，改性过程中羽辉越不稳定，周期性振荡的频率越高；在作用时间为3ms的情况下，当激光功率密度大于$9.4 \times 10^6W/cm^2$时，羽辉的振荡周期大于1kHz，羽辉的面积、长度和熵特征参量迅速降低，平均灰度值急剧增加，羽辉中心部分电子密度迅速增加，浮动部分的倾斜角度逐渐增加；羽辉在不同的激光功率密度下的羽辉有四种形态特征，随激光功率密度的增加依次为圆形亮斑、锥形羽辉、倒三角形羽辉和火星四溅。 开展了不同激光功率和扫描速度下的工艺试验，研究了工艺参数对于熔池形貌的影响，探索建立了羽辉与熔池形貌的联系。建立了高密度激光CuCr合金表面改性的气液固三相耦合模型，综合考虑了反冲压力、表面张力、浮力以及对流、辐射等影响因素，采用Level-set方法追踪气液界面的演化，研究羽辉与熔池的动态演化过程。结果表明，当激光功率密度在$7.8 \times 10^6W/cm^2$和$9.4 \times 10^6W/cm^2$之间时，产生明显改性层且单道改性层深宽比较小，呈扁平状；随着激光功率密度的增加，单道改性层逐渐由扁平状转变为钉型，且熔池深度增加缓慢；对应羽辉的四种形态特征，有四种不同的熔池形貌与表面改性状态；当熔池较浅时，金属蒸汽垂直于熔池表面向上扩散；当熔池深宽大于1时，熔池凹陷内部和外部的金属蒸汽存在一定的分离现象，气液界面处容易产生溅射物。 |
| Call Number | Mas2017-012 |
| Language | 中文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60397 |
| Collection | 先进制造工艺力学实验室 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 解晓宇. 高密度激光CuCr合金表面改性中的羽辉特性研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017. |
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| File Name/Size | DocType | Version | Access | License | ||
| 201766131147.pdf（2796KB） | 学位论文 | 开放获取 | CC BY-NC-SA | Application Full Text | ||
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