激光二維運動控制系統(tǒng)開發(fā)及激光誘導(dǎo)Fe基TiN強化復(fù)合層形成基礎(chǔ)研究.pdf

1、激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對材料進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術(shù)。激光加工作為先進制造技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各大國民經(jīng)濟重要部門，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率、自動化、無污染、減少材料消耗等起到越來越重要的作用。
　　在現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展的背景下，機械工業(yè)產(chǎn)品被要求具備越來越優(yōu)秀的性能，能夠在惡劣的工作環(huán)境下長期穩(wěn)定的工作。在工業(yè)生產(chǎn)中材料或零件的失效多發(fā)生在其表面或從表面開始，有關(guān)資料顯示：表面損傷

2、失效占全部失效的80％以上，其中我國僅因磨損造成的損失就高達每年數(shù)千億元。而通過表面技術(shù)來降低磨損、改善潤滑帶來的經(jīng)濟效益約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的2％以上。因此，研究如何提高材料表面的耐磨性是很具有研究價值的課題。
　　激光誘導(dǎo)原位生成金屬陶瓷復(fù)合層兼有金屬基體和陶瓷增強相的雙重優(yōu)點,而且原位反應(yīng)法促使復(fù)合層與基體潤濕良好,結(jié)合力強,且清潔無污染,近年來成為金屬基復(fù)合材料制備領(lǐng)域及材料表面改性領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。
　　課題試驗將

3、以TiO2為主要成分的混合物以一定比例敷在 Fe基試樣表面，通以一定流量氮氣（N2），在激光掃描輻照誘導(dǎo)作用下將TiN原位復(fù)合于Fe基試樣表層，而并不是沉積于Fe基試樣的表面，同時Fe基體也未經(jīng)歷熔化再凝固的循環(huán)。
　　原位復(fù)合TiN形成條件的問題是熱力學(xué)的問題，研究使用物質(zhì)吉布斯自由能函數(shù)法(Φ函數(shù)法)進行熱力學(xué)計算。由此經(jīng)過計算可獲得激光誘導(dǎo)Fe基復(fù)合層TiN形成的熱力學(xué)溫度，從而通過調(diào)控激光溫度場來控制TiN的形成。通過研究

4、激光輻照溫度場的數(shù)值模擬來掌握輻照過程中溫度場分布、演變，對于理論研究和實驗均具有指導(dǎo)意義。近幾年數(shù)值模擬基本上都利用通用型商業(yè)軟件來處理初始條件、邊界條件以及優(yōu)化方面，節(jié)省了大量的實驗時間。研究通過ANSYS軟件進行溫度場模擬分析獲得實驗進行的可行性參照。
　　試驗中激光器作為移動光源需要進行XY軸方向上的二維運動，由于現(xiàn)有的運動控制程序不便于完成運動要求，因此開發(fā)了一種激光二維運動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅滿足試驗所需運動控制條件，