摘要：武汉大学科学技术发展研究院、武汉大学动力与机械学院、中国科学院半导体研究所的科研人员综述报道了熔池激光冲击中复杂互锁界面形成研究进展。相关论文以“Study on the formation of anfractuous interlocking interf

长三角G60激光联盟导读

武汉大学科学技术发展研究院、武汉大学动力与机械学院、中国科学院半导体研究所的科研人员综述报道了熔池激光冲击中复杂互锁界面形成研究进展。相关论文以“Study on the formation of anfractuous interlocking interface in laser shock of molten pool”为题发表在《Journal of Manufacturing Processes》上。

重点：

1.在铝-钛异种金属间形成了复杂互锁界面。

2.评估了不同激光冲击能量下的熔池及复杂互锁界面。

3.该方法适用于多种异种金属间互锁界面的调控。

在混合增材制造中，采用双熔池与激光冲击相结合的方法来形成复杂互锁界面，从而提高异种金属的连接性能。利用两种金属熔点的显著差异，在定向能量沉积技术中，使用连续波激光对Ti6Al4V焊丝（熔点约1668℃）部分熔化，而铝合金基体（熔点约635℃）通过热传导实现部分熔化。这一过程形成了由液态焊丝、固态焊丝和液态基体组成的双熔池区域。此外，同时施加激光冲击会引发熔池内的振荡并促进热传递。该过程有效消除了气孔缺陷，有利于复杂互锁界面的形成。对不同激光冲击能量下的熔池及复杂互锁界面进行了评估。在2J能量下，铝-钛接头强度达到422.6 MPa，气孔缺陷数量减少约63.23%，显微硬度提高9.20%。此外，该方法对异种材料的连接具有启发意义，为异种焊接提供了重要参考，为激光增材制造提供了一项新技术。

关键词：激光冲击；复杂互锁界面；连接性能；异种金属；熔点

视频：熔池演化过程及模拟。

图1.(a)本研究的实验与方法示意图。(b)2J能量下双熔池示意图。(c)0J和2J能量下熔池激光冲击模拟结果。(d)2J能量下熔敷轨迹的复杂互锁界面。

图2.不同情况下熔池的演变过程：(a)脉冲能量0J。(b)脉冲能量1J。(c)脉冲能量2J。(d)脉冲能量3J。

图3.不同情况下样品的显微组织：(a)脉冲能量0J。(b)脉冲能量1J。(c)脉冲能量2J。(d)脉冲能量3J。

图4.不同情况下铝和钛元素的分布：(a)脉冲能量0J。(b)脉冲能量1J。(c)脉冲能量2J。(d)脉冲能量3J。无激光冲击样品的模拟结果(e)和有激光冲击样品的模拟结果(f)。

图5.2J脉冲能量下铝-钛连接界面的透射电子显微镜（TEM）结果。

图6.不同情况下样品的流场：(a)脉冲能量0J。(b)脉冲能量1J。(c)脉冲能量2J。(d)脉冲能量3J。

图7.不同情况下样品的显微硬度：(a)显微硬度测试结果。(b)测试位置示意图。

图8.不同情况下样品的电子背散射衍射（EBSD）结果：(a)脉冲能量0J。(b)脉冲能量1J。(c)脉冲能量2J。(d)脉冲能量3J。1-晶粒映射；2-相图。

图9.(a)激光冲击后气泡溢出示意图。(b)脉冲能量0J和(c)脉冲能量2J时样品的气孔缺陷。(d)不同情况下气孔缺陷的球形度。(e)不同情况下等效直径的分布。

图10.2J脉冲能量下铝-钛的界面特征：(a)TEM样品取样位置。(b)(a)中铝元素的分布。(c) (a)中钛元素的分布。(d)(c)中复杂互锁界面的放大图像。(e)不同情况下熔敷轨迹中气泡溢出和复杂互锁界面示意图。

图11.使用该工艺在其他异种金属中形成的复杂互锁界面：(a)脉冲能量0J。(b)脉冲能量1J。(c)脉冲能量2J。(d)脉冲能量3J。

本文报道了激光冲击在定向能沉积技术中的应用。通过实验与模拟相结合的方式，评估了不同激光冲击能量下铝-钛之间的复杂互锁界面。

1.在激光增材制造（LAM）中施加激光冲击，会引发熔池振荡并加速热传递。这一过程有效地消除了气孔缺陷，并最终形成了复杂互锁界面，从而增大了铝-钛之间的接触面积，提升了连接性能。

2.熔池中的振荡导致流速增加，最大增幅约为38.36%。这些变化与施加的脉冲激光冲击能量成正比。此外，显微硬度和接头强度也都得到了增强。

3.发现2J能量下的复杂互锁界面最为理想，气孔缺陷数量减少约63.23%，显微硬度提高 9.20%。接头强度达到422.6 MPa。此外，断口呈现出典型的韧窝形貌。

在异种金属的激光增材制造中应用激光冲击，有望突破单一材料的限制，提供更强的设计灵活性和更广泛的材料选择。此外，该方法对异种金属的连接具有启发意义，也为异种焊接提供了重要参考。而且，这种方法很容易推广到其他异种金属。

论文链接：

长三角G60激光联盟陈长军转载

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来源：江苏激光联盟