激光热处理过程中材料的激光吸收率研究
金属材料的激光吸收率研究
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式中 O为材料的电阻率 ! 因此 # 照射到金属表面自 由电子部分的激光除被反射部分外 # 其他都被金属 所吸收 # 吸收率为 H! " ) " ) * 其他振子的吸收 照射到金属表面的激光除被表面自由电子吸 收 部分 外 # 还有 一 部 分 被 金 属 中 的 其 他 振 子 5 束缚 电子 激子等 : 所吸收 ! 束缚电子具有一定的固有频率 # 其值由电子跃 迁 的 能 量 变 化 决 定# 一般处在可见光区和紫外光 区# 束缚电 子 的 作 用 将 使 金 属 的 反 射 能 力 降 低 # 透 射能 力增 大 # 增 强 金 属 对 激 光 的 吸 收# 呈现出非金 属的光学性质 ! 当束缚电子吸收光子跃迁时 # 由于 原子的平衡位置与电子所处的状态有关 # 电子状态 原子 平 衡 位 置 也 不 同 # 当电子由一个状态跃 不同 # 迁到另一个状态时 # 原子的平衡位置并不能马上得 到 调整 ! 例如 电子在 状态 " 原子 静止在 平衡 位 置 # 由于吸收光子 # 电子跃迁到另一状态 * 跃迁 过 上# # 程中 原子 仍 停 留 在 原 来 位 置 # 电 子 是 垂 直 跃 迁# 这 个位置相对状态 *就不是势能最低的平衡位置 # 在 恢复到状态 *的平衡位置过程中 # 多余势能转变为 原子的振动能 # 最终变成晶格能 ! 所以在光吸收过 程中 # 光子 一 部 分 能 量 实 际 上 转 变 为 晶 格 的 热 能 ! 这 部分 光子的吸 收 率 很 显 然 和 束 缚 电 子 的 能 级 状 态有 关 # 各 种 金 属 的 能 级 分 布 情 况 各 不 相 同# 比较 复杂 ! 各金属能级不同的主要原因在于金属原子的 核外电子数和原子序数的不同 # 而核外电子的分布 具有一定的规律 # 可以大致通过核外电子分布的层 而 数 R 来 反 映 各 种 金 属 的 电 子 能 级 状 态 的 不 同#
材料对激光的吸收
247理论研究0 引言 激光是一种能量密度高，方向性强及单色性好的电磁波。
当激光照射到材料表面时，只有被材料吸收，才能产生后续的热效应。
按照近代物理的观点，激光在材料表面与材料的微观粒子的相互作用是一个全量子化的能量交换过程，然而，由于强激光束中的光子流量十分巨大，考虑宏观热作用的空间及时间范围内，将发生极大数量的微观粒子间的能量交换，能量交换的量子化已经基本不能察觉，在激光加工及热处理的大多数应用及研究中，可以用经典的概念来描述光束与固体材料的相互作用。
1 材料对激光的吸收 激光入射到材料表面后，能量为0E 的光能将一部分被反射，剩余能量则被物体吸收。
按照能量守恒原理可以简单地写为吸收反射E E E +=0 上式两边同除0E 后得到ρ+=+=R E E E E 00//1吸收反射 式中，R 为反射系数，ρ为表面为吸收系数。
对于垂直入射到材料 表面的激光，反射系数由菲涅耳公式给出2)1/()1(+−=n n R 式中，n 为材料的折射率。
因此，表面吸收系数为2)1/()1(11+−−=−=n n R ρ 由于材料的折射率是波长的函数，对于不同波长的激光，材料的吸收系数是不相同的，表1为一些材料吸收系数与波长的关系。
在通常情况下，对于同一材料波长越短，吸收系数越大。
材料对激光的吸收于长兴,王洪祥,郭洪昌,周丽华,齐吉泰（绥化学院 电气工程学院,黑龙江 绥化 152000）摘 要:激光照射到材料表面时，材料吸收激光和反射激光，激光束中的大量光子流与材料的大数量的微观粒子间的能量交换的结果，了解不同材料对激光的吸收和反射能够进一步分析非熔凝态激光与物质的相互热作用。
关键词:激光；吸收；反射；波长；熔点DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.18.218图1 一些金属对激光的吸收系数随温度变化的关系 另外，材料表面对激光的吸收还随温度的变化而变化，其变化趋势通常是随温度的升高而增大，但也存在随温度的升高而吸收下降的例外[2]。
材料对激光的吸收率及影响因素
材料对激光的吸收率及影响因素激光加工原理激光之所以能作为加工手段之一是因为其光作用。
激光的该种光作用主要有光化学反应和光热效应两类。
其中，激光去除加工（如切割、打孔）和激光焊接就是利用了激光的光热效应。
因此，为了获得较为理想的激光切割质量，首先须认识和理解激光与物质的相互作用机理。
激光加工材料的过程可分为如下几个：材料热吸收过程激光辐射到被加工材料表面时,该过程会发生反射、吸收、透射及散射等光学现象。
其中，散射或反射、透射会损失部分能量，而被吸收的大量光子通过与金属晶格的相互作用而转换成材料的热能，从而致使被加工材料表面发生温升。
在转换过程中，材料对激光的吸收率与材料的类型和结构、激光波长及是否偏振等参数有关。
由于吸收热较低，该阶段不能用于一般的热加工。
材料被加热过程当激光辐射到被加工材料时,其中，被吸收的那部分能量使内部晶格的热振动转换为热能。
转化后的热能以热传导的方式由外向里在被加工材料内部及四周扩散,从而形成温度场,从而达到加热的目的，该温度场致使其变性。
该过程为材料表面熔化和汽化做准备。
材料表面熔化和汽化过程当材料表面温度超过其熔点时，材料表面开始熔化，形成熔池，熔池外主要是传热，并随着热影响区不断向内部扩散，熔化也开始向内部发展。
当材料表面温度达到其气化点后，激光束可使材料表面产生气化和等离子体辐射。
随着照射时间的持续，熔池的表面将产生气化，并开始生成等离子体，进而形成表面烧蚀，从而达到去除材料的目的。
冷却、凝固过程当激光作用结束后,被加工区的材料开始冷却降温,熔化的材料重新凝固,形成新的表层。
该表层的形成会影响激光加工的质量，应尽量避免其形成或减小其形成面积。
激光加工实质上就是激光与物质之间的相互作用。
激光与物质的相互作用是指激光束投射到物质表面（或内部）时，部分能量被反射，部分被吸收，部分被传递出去，光能以电子和原子的振动激发形式被吸收，从而发生能量的转移与传递，能量转移与传递引起各种物理、化学和生物等效应与过程。
光伏电池激光辅助烧结中激光的作用
光伏电池激光辅助烧结中激光的作用一、引言随着对可再生能源需求的不断增长，光伏产业在近年来得到了迅猛发展。
光伏电池作为光伏产业的核心组件，其制备过程中的每一个环节都至关重要。
其中，烧结是光伏电池制备过程中的一个关键步骤，它涉及到材料的致密化、结晶化以及界面反应等多个物理化学过程。
传统的烧结方法通常采用高温热处理，但这种方法能耗高、时间长，而且可能引起材料成分的挥发和氧化。
相比之下，激光辅助烧结作为一种新型的烧结技术，具有快速、节能、环保等优点，正逐渐成为研究的热点。
二、激光辅助烧结的原理激光辅助烧结是一种利用高能激光束照射材料表面，通过快速加热和冷却实现材料烧结的方法。
在激光的作用下，材料表面迅速升至高温，引发一系列物理化学变化，如材料表面的熔融、蒸发、再凝结等。
同时，由于激光的快速加热和冷却，可以在材料内部形成大量的晶格缺陷和位错，这些缺陷和位错可以有效地促进材料内部的扩散和流动，从而加速烧结过程。
三、激光在光伏电池烧结中的作用在光伏电池的制备过程中，激光辅助烧结主要在以下几个方面发挥作用：1.界面反应激活：通过激光加热，可以激活光伏电池中的活性物质与基底之间的界面反应，提高界面结合力，从而提高光伏电池的效率。
2.晶体生长控制：激光的快速加热和冷却过程可以有效地控制晶体生长的取向和大小，从而优化晶体结构，进一步提高光伏电池的性能。
3.表面改性：激光的高能光子与材料表面相互作用，可以改变材料的表面结构和性质，如增加表面的粗糙度、改变表面的化学状态等，从而提高材料的浸润性和粘附性。
4.快速成形：激光束的聚焦光斑可以精确控制加热区域的大小和形状，从而实现复杂的三维结构快速成形。
这一特性使得激光技术在光伏电池的图案化制作中具有显著优势。
5.微观结构调控：激光的快速加热和冷却过程可以产生大量的晶格缺陷和位错，这些缺陷和位错可以有效地促进光生载流子的分离和传输，从而优化光伏电池的微观结构。
四、激光辅助烧结的实验研究为了验证激光辅助烧结在光伏电池制备中的效果，一系列实验研究被开展。
金属材料表面激光热处理的研究与应用
激光 表 面强 化是 利 用 激光 对 材料 辐 射 ， 材 料 使 的表面 部分 以很 高 的速 度 被 加热 ， 后 靠材 料 自身 随 的快 速 导热 又 以很 快 的速 度 冷却 ， 种 快速 加 热和 这 快 速冷却 的 特点 使 加热 区 的组 织 结构 发 生 变化 ， 从 而 呈现很 多特殊 的性 能。对 于基体 组织 为珠光 体 ＋ 石 墨的铸铁 ， 经激 光照 射后 ， 织转 变 为马 氏体 ＋石 组 墨 组织 ， 这种 组织 极大 地提高 了铸铁 表 面的耐磨 性 进 一步的研究 结 果表 明［４ 材料 表面 强化 不仅 仅与 ｉ￣ －， 马 氏体的形 成 有关 ， 而且 还 依 赖 于 马氏 体 内部 成分 及 其尺 寸大小 。马 氏体 晶粒 越细 ， 度越高 ； 硬 如果在 马氏体 内部 形 成孪晶 ， 对基 体的强化 作 用更 明显 ， 但
摘
要 ： 激 光 袁 面 强 化 、 光 熔 覆 、 光 舍 金 化 厦 工 程 应 用 等 ４方 面 阐 述 了 近 年 来 金 属 材 料 从 激 激
表 面 激 光 热 处 理 的研 究 与 现 状 ， 出其 存 在 的 问题 与 不 足 ． 对 其 发 展 前 景 作 了展 望 ， 出 了 本 课 指 并 提
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文 章 编 号 ｛ ０ ７ ９ ３ （０ ２ Ｏ — １ ２０ １ ０ — ４ ２ ２ ０ ）ＺＯ ４ ５
金 属材 料 表 面激 光热 处理 的研 究 与 应 用
李艳芳， 英慧 ， 卫 胡兰 青 ， 并社 许
（ 原 理 工 大 学 材料 科学 与 工 程 学 院 ） 太
激光 能量 密度 、 扫描 速度等参 数来 加 以改善 。 激光 表 面相变硬化 提 高 了铸 铁表 面硬度 ， 善 了其 耐磨性 ； 改 但研 究表 明 ， 材料 的耐磨性并 不受 硬 度控制 ， 材料 的 硬 度取 决于 基体 中的碳 含量 。 含量 越高 ， 碳 激光处理
激光加工中材料变形规律探究
激光加工中材料变形规律探究激光加工技术在工业制造领域得到了广泛的应用，其高精度、高效率、非接触式加工的特点使其成为许多行业的首选。
然而，激光加工过程中材料的变形问题一直是限制其应用范围和效果的重要因素。
本文将探究激光加工中材料的变形规律，希望能够深入了解这一问题并提出解决方法。
首先，我们需要明确激光加工中材料变形的原因。
激光加工过程中，激光能量会被材料吸收并转化为热能，导致材料温度升高。
高温下材料的热膨胀系数增大，使材料发生膨胀或收缩。
此外，激光加工中产生的热应力和热应变也会引起材料的变形。
因此，激光加工中材料的变形是由热效应引起的。
接下来，我们要研究激光加工中材料的变形规律。
首先要考虑的是材料的导热性能。
导热性能直接影响激光加工过程中材料的温度分布和传热过程，进而影响材料的变形情况。
热导率越高的材料，其热能能够迅速传递到周围环境，从而减少材料的温度升高，降低变形的风险。
其次，材料的热膨胀系数也是影响材料变形的重要因素。
热膨胀系数是材料受热时单位温度升高下的线膨胀率，它描述了材料在温度变化时的膨胀或收缩情况。
热膨胀系数越大的材料，在受热时会产生更大的线膨胀变形，从而增加材料变形的风险。
此外，激光加工过程中材料的形变还受到材料的力学性能的影响。
材料的弹性模量、屈服强度和断裂韧性等参数会影响材料在激光加工过程中的应力分布和应力集中状况，进而影响材料的变形情况。
在选择激光加工材料时，应尽量选择具有良好力学性能的材料，以减少变形的风险。
此外，激光加工过程中的工艺参数也会对材料变形产生影响。
激光功率、扫描速度、光斑直径等参数的选择会直接影响激光能量的输入和分布情况，进而影响材料的温度分布和热应力分布。
在激光加工中，应根据具体材料和零件的要求，合理选择和控制工艺参数，以减少材料的变形。
针对激光加工中材料变形的问题，我们可以采取一些解决方法来降低变形风险。
首先，可以通过优化工艺参数来控制激光加工过程中材料的温度分布和热应力分布，减少变形的发生。
热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr_合金拉伸性能的影响研究
精 密 成 形 工 程第16卷 第5期 48JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年5月收稿日期：2024-01-29 Received ：2024-01-29基金项目：国家重点研发计划（2022YFB4602300）Fund ：National Key R&D Program of China (2022YFB4602300) 引文格式：段宇航, 王磊磊, 郝璐静, 等. 热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr 合金拉伸性能的影响研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 48-54.DUAN Yuhang, WANG Leilei, HAO Lujing, et al. Effect of Heat Treatment Aging Time on Tensile Properties of Laser Additive Manufactured Al-Mg-Sc-Zr Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 48-54. *通信作者（Corresponding author ）热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金拉伸性能的影响研究段宇航，王磊磊*，郝璐静，原帅超，赵艳秋，占小红（南京航空航天大学 材料科学与技术学院，南京 211106）摘要：目的 研究热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr 合金微观组织与拉伸性能的影响，揭示微观组织与力学性能的内在关联机制。
方法 采用控制单一变量的试验方法进行时效热处理，设定保温温度为325 ℃，冷却方式为空冷，在不同保温时间（2、4、6、8 h ）下进行组织与性能共通性及差异性分析。
结果 经325 ℃时效热处理4 h 后，在激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr 高强铝合金中形成了Al 3Sc 、Al 3(Sc,Zr)析出相，抗拉强度达到最大值486 MPa ，相较于未热处理，提升了21.8%，随着保温时间的进一步延长，析出相的高温停留时间变长，组织形核长大，Al 3Sc 、Al 3(Sc,Zr)强化相尺寸明显增大，最大尺寸可达0.6 μm 。
材料对激光的吸收率及影响因素
材料对激光的吸收率及影响因素激光加工原理激光之所以能作为加工手段之一是因为其光作用。
激光的该种光作用主要有光化学反应和光热效应两类。
其中，激光去除加工（如切割、打孔）和激光焊接就是利用了激光的光热效应。
因此，为了获得较为理想的激光切割质量，首先须认识和理解激光与物质的相互作用机理。
激光加工材料的过程可分为如下几个：材料热吸收过程激光辐射到被加工材料表面时,该过程会发生反射、吸收、透射及散射等光学现象。
其中，散射或反射、透射会损失部分能量，而被吸收的大量光子通过与金属晶格的相互作用而转换成材料的热能，从而致使被加工材料表面发生温升。
在转换过程中，材料对激光的吸收率与材料的类型和结构、激光波长及是否偏振等参数有关。
由于吸收热较低，该阶段不能用于一般的热加工。
材料被加热过程当激光辐射到被加工材料时,其中，被吸收的那部分能量使内部晶格的热振动转换为热能。
转化后的热能以热传导的方式由外向里在被加工材料内部及四周扩散,从而形成温度场,从而达到加热的目的，该温度场致使其变性。
该过程为材料表面熔化和汽化做准备。
材料表面熔化和汽化过程当材料表面温度超过其熔点时，材料表面开始熔化，形成熔池，熔池外主要是传热，并随着热影响区不断向内部扩散，熔化也开始向内部发展。
当材料表面温度达到其气化点后，激光束可使材料表面产生气化和等离子体辐射。
随着照射时间的持续，熔池的表面将产生气化，并开始生成等离子体，进而形成表面烧蚀，从而达到去除材料的目的。
冷却、凝固过程当激光作用结束后,被加工区的材料开始冷却降温,熔化的材料重新凝固,形成新的表层。
该表层的形成会影响激光加工的质量，应尽量避免其形成或减小其形成面积。
激光加工实质上就是激光与物质之间的相互作用。
激光与物质的相互作用是指激光束投射到物质表面（或内部）时，部分能量被反射，部分被吸收，部分被传递出去，光能以电子和原子的振动激发形式被吸收，从而发生能量的转移与传递，能量转移与传递引起各种物理、化学和生物等效应与过程。
激光热处理对金属材料性能的影响研究
激光热处理对金属材料性能的影响研究激光热处理是一种新兴的表面处理技术，可以通过短时高能激光的作用，改变金属材料的组织结构和性能。
本文将对激光热处理对金属材料性能的影响进行研究，并探讨其应用前景。
激光热处理可以显著改善金属材料的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳性能。
通过调控激光能量密度、扫描速度和处理深度等参数，可以精确控制金属材料的组织结构和相变过程，从而改变其性能。
研究表明，激光热处理可以使金属材料的晶粒尺寸细化，晶界迁移，形成致密的金属结构，提高材料的硬度和耐磨性。
同时，激光热处理还可以消除材料内部的应力和缺陷，改善材料的抗疲劳性能和耐腐蚀性能。
在钢材方面，激光热处理可以显著提高其硬度和耐磨性。
研究表明，通过激光热处理，钢材的碳化物相可以得到更高的分解温度，促使钢材中的碳化物重新析出并形成致密的硬质相。
这些硬质相的形成可以显著提高钢材的硬度和耐磨性，使其适用于高强度和耐磨性要求较高的工程领域。
在铝合金方面，激光热处理可以显著提高其耐腐蚀性和强度。
研究表明，激光热处理可以改变铝合金的晶体结构，使其形成更致密的晶界和晶粒，提高其抗腐蚀性能。
同时，激光热处理还可以促使铝合金中的硬质相重新析出，形成纳米颗粒，进一步提高其强度和耐疲劳性能。
这使得激光热处理在航空航天、汽车和电子等领域有着广阔的应用前景。
此外，激光热处理还可以用于材料表面的改性。
通过激光热处理，可以在材料表面形成一层坚硬的陶瓷涂层，提高材料的抗磨损和抗腐蚀性能。
这种涂层可以在金属基体表面形成稳定的化学键，并具有优异的化学和物理性能。
利用激光热处理技术，可以对材料表面进行局部处理，保持材料基体的机械强度，同时提高其表面的功能性。
尽管激光热处理在金属材料性能改善方面取得了显著的进展，但仍面临一些挑战。
首先，激光热处理过程中的参数控制和成本控制仍然是一个难题。
激光热处理涉及到激光能量、扫描速度、处理深度等多个参数的调控，如何合理选择参数以达到最佳效果仍需要进一步研究。
光纤激光 金属的吸收率
光纤激光金属的吸收率光纤激光是一种利用光纤作为传输介质的激光技术。
它利用光纤的高强度、高方向性和高单色性等特性，将激光能量通过光纤传输到需要处理的地方，实现对金属进行切割、焊接、打标等工艺。
金属的吸收率是指金属对激光能量的吸收程度，它直接影响到光纤激光在金属加工中的效果和性能。
金属的吸收率与金属的种类、表面状态、激光波长等因素有关。
一般来说，金属的吸收率与其表面的粗糙程度、氧化层的厚度、晶粒大小等有密切关系。
表面光洁度较高、氧化层较薄的金属对激光的吸收率较高，而表面粗糙、氧化层较厚的金属对激光的吸收率较低。
此外，不同波长的激光对金属的吸收率也会有所不同，一般来说，波长较短的激光对金属的吸收率较高。
金属的吸收率对光纤激光在金属加工中起着重要作用。
在激光切割、焊接、打标等过程中，金属的吸收率直接决定了激光能量在金属表面的吸收情况。
吸收率高的金属能够更有效地吸收激光能量，从而实现更高的加工速度和更好的加工质量；而吸收率低的金属则需要更高的激光功率才能实现相同的加工效果，同时还可能产生较多的残留激光辐射。
针对不同吸收率的金属，在光纤激光加工时需要采用不同的参数和工艺。
对于吸收率高的金属，可以采用较低功率的激光来实现高效加工；而对于吸收率低的金属，则需要采用更高功率的激光来弥补能量损失。
同时，还需要结合金属的材料特性、加工要求等因素，综合考虑选择合适的激光功率、工艺参数和加工方式，以实现最佳的加工效果。
除了对加工效果的影响外，金属的吸收率还对激光加工过程中的热影响、热传导、熔池形成等过程产生重要影响。
在激光焊接过程中，金属的吸收率直接影响了焊缝的形成和熔池的稳定性；在激光切割过程中，金属的吸收率直接影响了切割速度和形成切缝的质量。
因此，了解金属的吸收率特性，选择合适的激光参数和工艺方案，对于实现高效、稳定、精准的光纤激光加工至关重要。
随着激光技术的不断发展和应用，对金属的吸收率特性的研究也越发深入。
一方面，通过对金属材料的化学成分、晶体结构、表面处理等方面的研究，可以改善金属的吸收率特性，提高其对激光能量的吸收；另一方面，通过对不同波长、脉冲宽度、光斑大小等激光参数的研究，可以实现对金属吸收率的调控，以满足不同加工需求。
激光热处理对铝合金材料抗拉强度的改善研究
激光热处理对铝合金材料抗拉强度的改善研究引言：随着科学技术的不断发展，人们对材料性能的要求也日益增加。
铝合金作为一种重要的结构材料，具有良好的可塑性、导热性以及抗腐蚀性能，因此广泛应用于航空、汽车和电子等领域。
然而，铝合金在某些特定应用中，其抗拉强度往往不能满足需求。
因此，研究如何提高铝合金的抗拉强度具有重要意义。
激光热处理的原理：激光热处理是一种利用高能激光对材料表面进行加热处理的方法。
激光束的能量可以集中在一个非常小的区域，使得材料在极短的时间内被加热到非常高的温度。
随后，通过快速冷却，可以改变材料的晶粒尺寸和组织结构，从而影响其力学性能。
提高铝合金抗拉强度的机制：1. 晶粒细化：激光热处理可以使铝合金晶粒尺寸变小。
晶粒尺寸的减小可以增加材料的强度和塑性。
激光热处理通过快速冷却使铝合金液态区的晶粒固化速度加快，并且会在固态化过程中形成更细小的晶粒。
这种细小的晶粒结构有助于阻碍位错的移动，从而提高铝合金的抗拉强度。
2. 相变硬化：铝合金中的一些相变硬化相可以通过激光热处理来控制其形成和分布。
这些相在加热和冷却过程中发生固溶、析出或相变，从而影响材料的力学性能。
通过激光热处理，可以调控这些相变的形态和分布，从而改善铝合金的抗拉强度。
3. 应力诱导硬化：激光热处理还可以通过引入残余应力来提高铝合金的抗拉强度。
激光的快速加热和冷却过程会产生非均匀的热应力分布，从而导致材料表面产生残余应力。
这些残余应力会使铝合金的晶体结构发生畸变，形成位错和各向异性。
这种畸变结构可以提高材料的塑性，从而增加其抗拉强度。
实验研究：为了验证激光热处理对铝合金抗拉强度的改善效果，进行了一系列实验研究。
首先，选择了一种常用的铝合金作为研究对象，并进行了初始材料的性能测试和分析。
然后，通过激光热处理对铝合金进行处理，并对处理后的材料进行再次性能测试和分析。
实验结果显示，经过激光热处理后，铝合金的抗拉强度明显提高。
这主要是由于激光热处理引起的晶粒细化和相变硬化效应。
3种吸收率模型的金属激光加热数值研究比较
3种吸收率模型的金属激光加热数值研究比较陈彦北;陆建;倪晓武;徐立君;张喜和【摘要】为了比较单一常数吸收率模型、固态和液态吸收率分别为常数的组合吸收率模型以及温度相关吸收率模型对于数值结果的影响,分别采用这3种吸收率模型建立了空间轴对称有限元计算模型,模拟了激光加热铝板的过程,对比了不同吸收率模型下的计算结果,讨论了这几种吸收率模型的优劣和适用范围.结果表明,对于固态和液态均明显存在的加热过程,固态和液态阶段分别为不同常数的组合吸收率模型能得到与使用吸收率温度相关模型很相似的结果,而使用单一的常数吸收率模型与之相比则差别较大;对于加热区域为单一物态的加热过程,使用单一常数吸收率模型与使用吸收率温度相关模型的计算结果有一定的差别,但差别不大.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)006【总页数】4页(P622-625)【关键词】激光技术;激光加热;吸收率;有限元;金属【作者】陈彦北;陆建;倪晓武;徐立君;张喜和【作者单位】南京理工大学,理学院,南京,210094;南京理工大学,理学院,南京,210094;南京理工大学,理学院,南京,210094;长春理工大学,理学院,长春,130022;长春理工大学,理学院,长春,130022【正文语种】中文【中图分类】O532+.25引言在金属材料激光加热的研究中，数值计算是一种重要的理论分析手段[1-2] 。
而在进行数值分析时，金属对激光的吸收率大小将决定激光能量的沉积速率，会对计算结果有较大的影响，因此是一个非常重要的计算参量。
影响吸收率的因素非常多，除了激光波长具有显著的影响外，与被作用金属材料的温度、入射角度、表面情况(粗糙度、氧化情况和有无涂层等)、表面物态(熔化和汽化)及金属成分等因素均有着密切的关系[3]，甚至对于同一试样进行重复加热时各次的吸收率也有较大差别[4]，因而，不同文献中给出的试验结果也往往有比较大的差别。
目前确定材料吸收率主要有3类方法：第1类是测量反射率，一般装置复杂精密且有局限性；第2类是通过测量热作用区域的几何尺寸进行间接评定，仅适合于定性评价；第3类是从量热角度，通过测量材料的温度变化并进行相应的传热学计算而得到吸收率。
激光热处理原理及应用
激光热处理原理及应用激光热处理（Laser heat treatment）是利用激光器产生的高能量、高密度的激光束对材料进行加热处理的一种表面强化技术。
它通过瞬间的激光照射，使材料表面局部区域迅速加热到很高的温度，然后通过传热作用将高温局部含能量较高的物质重新排序，从而改变材料的微观结构和性能。
激光热处理的原理主要包括吸收过程、传热过程和相变过程三个方面。
首先是吸收过程。
激光束照射到材料表面时，会引起表面的光源吸收，激光能量被转化为热能。
此过程与激光在材料中的反射、散射以及折射有关。
材料的吸收率与其波长、光束形状、入射角度、材料本身的吸收特性等因素都有关系。
其次是传热过程。
激光光束在材料表面产生的热能会通过传热方式向材料内部传导，使得局部区域温度升高。
传热方式包括传导、对流和辐射三种形式。
当激光能量较大时，传热速度远远大于材料的热损失速率，就会导致局部区域温度升高。
最后是相变过程。
当局部区域温度达到材料的熔点或显著高于材料的临界温度时，相变就会发生。
相变过程包括熔化、淬火和回火等，由于瞬时的高温和快速的冷却速率，可以改变材料的晶体结构、显微组织和力学性能。
激光热处理技术广泛应用于金属、陶瓷、半导体等领域。
其中，金属材料是应用最广泛的对象。
在金属材料领域，激光热处理可以实现以下几个方面的应用。
首先，激光热处理可以改善金属材料的硬度和耐磨性。
通过瞬时的高温和快速的冷却，可以使金属材料的晶粒细化，减少缺陷和夹杂物的数量，从而显著提高材料的硬度和耐磨性。
其次，激光热处理可以改善金属材料的抗腐蚀性能。
通过调控激光加工参数和选择合适的加工介质，可以在金属表面形成致密的氧化膜或硬化层，提高金属材料的抗腐蚀性能。
再次，激光热处理可以改善金属材料的疲劳性能。
通过激光热处理抑制晶界腐蚀、消除内应力和缺陷，可以提高金属材料的疲劳寿命，延缓疲劳裂纹的扩展。
此外，激光热处理还可以修复金属材料的损伤。
通过局部加热和快速冷却，可以消除材料中的应力和缺陷，使损伤区域重新呈现良好的性能。
材料激光加工技术的研究与应用论文
材料激光加工技术的研究与应用学院: 设计艺术学院班级:08建学2班姓名: 李振薇学号: 08310202材料激光加工技术的研究与应用摘要：激光加工是利用光的能量，经过透镜聚焦，在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料的【1】。
由于激光束的能量和光束的移动速率均可调治，因此激光加工可应用于任意层面和领域上。
本文分别从激光加工技术的原理、应用及其发展前景综合评价了激光加工较传统加工技术的优越性,说明其在制造行业中的重要作用。
关键词：激光加工应用发展前景前言：激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力，专家们认为，现在是电子技术的全胜时期，其主角是计算机，下一代将是光技术时代，其主角是激光。
激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。
激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。
激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。
激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔前景。
一、激光加工技术概述激光是本世纪的重大发明之一，具有巨大的技术潜力。
激光因具有单色性、相干性和平行性三大特点，特别适用于材料加工。
激光加工是激光应用最有发展前途的领域，国外已开发出20多种激光加工技术。
激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。
激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。
激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的研究范围一般可分为：1．激光加工系统。
镍激光吸收率
镍激光吸收率
镍激光吸收率是指镍材料对激光的吸收能力。
镍是一种重要的工业金属材料，具有良好的导电性和耐腐蚀性，因此被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
在激光加工和激光焊接等工艺中，镍对激光的吸收率直接影响着工艺的效果和质量。
镍的激光吸收率与其物理性质、表面处理和激光参数等因素密切相关。
首先，镍的晶体结构和晶格常数对其激光吸收率有着重要的影响。
不同晶体结构的镍在光的波长范围内对激光的吸收率会有所不同。
其次，表面处理对镍的激光吸收率也起着重要作用。
表面粗糙度和清洁度会影响镍材料与激光之间的相互作用，从而影响激光的吸收率。
最后，激光参数如激光功率、激光脉冲宽度和激光频率等也会对镍的激光吸收率产生影响。
在实际应用中，提高镍的激光吸收率有助于提高激光加工和激光焊接的效率和质量。
一种常用的方法是通过表面处理来改变镍材料的表面特性，从而增加其与激光的相互作用。
例如，通过电化学抛光、酸洗处理或镀膜等方式可以使镍表面更加光滑，从而提高其激光吸收率。
此外，选择合适的激光参数也是提高镍的激光吸收率的重要手段。
合理选择激光功率和激光脉冲宽度等参数，可以使激光与镍材料之间的相互作用更加有效，提高激光吸收率。
总的来说，镍的激光吸收率是影响激光加工和激光焊接效果的重要
因素之一。
通过合理的表面处理和激光参数选择等手段，可以提高镍的激光吸收率，从而提高工艺的效率和质量。
在未来的研究中，我们还需要深入探究镍材料的激光吸收机制，并寻找更加有效的方法来提高镍的激光吸收率，以满足不断发展的激光加工和激光焊接等领域的需求。
激光热处理技术在金属材料中的应用研究
激光热处理技术在金属材料中的应用研究引言：金属材料作为一种常见的材料，广泛应用于工业生产和科学研究领域，其性能对各个行业的发展起着重要作用。
然而，传统热处理技术在一些特殊情况下无法满足要求，这就需要采用一些新的技术来改善材料性能。
激光热处理技术作为一种新兴的表面改性技术，在金属材料的处理中显示出了巨大的潜力。
本文将探讨激光热处理技术在金属材料中的应用，并讨论其对材料性能的影响。
1. 激光热处理技术简介激光热处理技术是一种利用高能激光对金属材料进行非接触式的加热处理的技术。
通过调整激光的能量密度和照射时间，可以实现对金属材料表面的快速升温和冷却。
激光热处理技术具有局部性好、加热速度快、变形小等优点，因此被广泛应用于金属材料的表面改性和性能提升。
2. 激光热处理技术在金属材料强化中的应用激光热处理技术可以通过改变金属材料的微观结构，在不改变整体成分的情况下提高材料的硬度和强度。
例如，通过激光表面熔化和淬火处理，可以在金属材料表面形成一层致密的晶须组织，从而改善材料的耐磨性和抗腐蚀性能。
此外，利用激光热处理技术还可以实现金属材料的局部强化，例如通过激光熔化和再结晶处理，在焊接接头附近提高材料的强度和耐疲劳性能。
3. 激光表面合金化技术的研究进展激光表面合金化技术是激光热处理技术的一种重要应用，它通过激光照射时的快速加热和冷却过程，将预先喷涂的合金粉末与金属基体表面进行熔化和混合，形成一层合金化的表面层。
这种技术可以改善金属材料的耐磨性、耐腐蚀性和高温氧化抗性等性能。
研究人员通过探究不同的合金粉末成分、加热和冷却速度等参数对合金化层性能的影响，逐步优化激光表面合金化技术，使之成为金属材料表面处理的有效手段。
4. 激光热处理技术在3D打印金属材料中的应用随着3D打印技术的快速发展，激光热处理技术在3D打印金属材料中的应用也得到了广泛关注。
通过激光热处理技术，可以消除3D打印金属材料中的缺陷和残余应力，提高材料的密实性和力学性能。
热物理学在材料科学中的应用
热物理学在材料科学中的应用热物理学是研究宏观物质热现象的一门学科，是物理学的分支之一。
在材料科学中，热物理学应用广泛，不仅能够帮助我们了解材料的热力学性质，还可以为材料的设计、制备和性能改进提供有力支撑。
热物理学与材料科学的关系材料科学旨在掌握各种材料的结构、性质、制备、使用和改进方法。
材料科学研究的主要目标是为实际应用服务，因此需要考虑材料的性能、稳定性、成本等方面。
而热物理学可以帮助我们了解材料在不同温度、压力、能量条件下的行为规律，研究材料的热力学性质、传热传质性质和相变规律等，这些都对材料的性能、稳定性和使用寿命等方面有很大的影响。
热物理学在材料性能设计中的应用材料性能的设计是材料科学中的关键问题之一。
研究人员需要设计出具有优异性能的材料，在保证安全性和环境友好的前提下，进一步提升其功能和应用范围。
在材料性能设计中，热物理学可以对材料的热膨胀性、热导率、热扩散系数以及热稳定性进行分析计算，从而为选材和性能优化提供科学依据。
例如，在太阳能电池材料的研究中，热物理学可以为光吸收剂、电子传输层和阳极电子积累层等关键材料的选择和设计提供支持。
热物理学可以研究光吸收剂的光吸收率、载流子寿命、热扩散参数等对光电转换效率的影响，进而优化光吸收剂的多层结构和材料性能。
同时，热物理学还可以控制太阳能电池材料在高温和高湿度环境中的稳定性和寿命，从而提高其应用寿命和使用效果。
热物理学在材料制备中的应用材料制备是材料科学中的另一个重要领域。
研究人员需要掌握各种制备技术和工艺，以制备出性能良好、品质稳定的材料。
而热物理学可以为材料制备提供技术支持。
例如，热物理学可以帮助研究人员优化熔体制备工艺，探讨材料中的相变过程和组织演变规律，制备出具有良好性能和稳定品质的合金材料。
又如，在激光制备材料的过程中，热物理学可以研究激光的吸收、传递和转换过程，探究激光对材料结构和性能的影响，从而实现材料的精细加工和性能调控。
热物理学在材料性能改进中的应用材料性能的改进是材料科学中不断追求的目标之一。
激光热处理过程中热吸收系数理论预测的实验研究
激光热处理过程中热吸收系数理论预测的实验研究马琨;D.GREVEY;O.PERRET;P.SALLAMAND;A.B.VANNES;S.IGNAT;李俊昌;伏云昌;桂进兵【期刊名称】《激光杂志》【年(卷),期】2003(24)6【摘要】该文提出一种利用数值模拟和简单热处理实验相结合来预测热吸收系数的方法 ,对碳钢 ,铝合金 ,镁合金在不同热处理条件下的热吸收系数进行预测 ,预测结果和热量计的测量结果显示很好的一致性。
和传统的能量吸收系数的测量方法相比 ,避免了复杂的试件准备和仪器设备 ,该方法具有简单 ,可行 ,满足实际需要的特点。
【总页数】2页(P29-30)【关键词】激光热处理;热吸收系数;预测;数值模拟【作者】马琨;D.GREVEY;O.PERRET;P.SALLAMAND;A.B.VANNES;S.IGNAT;李俊昌;伏云昌;桂进兵【作者单位】昆明理工大学激光研究所;LTm Laboratory IUT du Creusot【正文语种】中文【中图分类】TG156.99【相关文献】1.激光熔铸过程中涂层物料吸收系数及输入基材热量的研究 [J], 刘其斌2.钛宝石激光器端面抽运Nd:YAG陶瓷激光器热沉积理论和实验研究 [J], 朱洪涛;楼祺洪;漆云凤;马海霞;董景星;魏运荣3.激光诱导间质热疗中生物组织吸收系数变化特性研究 [J], 王晋阳;钱志余;钱爱平;吕操君;王栋;花国然4.激光熔化热处理的理论及实验研究 [J], 马琨;D.GREVEY;P.SALLAMAND;A.B.VANNES;伏云昌;李俊昌5.激光量热法测量KTP晶体吸收系数的实验研究 [J], 黄呈辉;曾政东;周玉平;曾瑞荣;沈鸿元;江爱栋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。