Лазерное воздействие при размерной обработке и модифицировании поверхностных слоев гетерогенных материалов

• Автор: Кузьменко, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Глава 1. ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ С КОНДЕНСИРОВАННЫМИ СРЕДАМИ
1.1. Классификация методов лазерной обработки материалов
1.2. Теплофизические модели лазерной обработки металлических материалов
1.3. Лазерная обработка металлов и гетерогенных материалов на их основе
1.4. Лазерная обработка гетерогенных и композиционных материалов
1.5. Основные физические параметры лазерного излучения для
обработки конденсированных материалов
Глава 2. МЕТОДЫ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ, МОДИФИЦИРОВАНИЯ
И КОНТРОЛЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Физико-технические параметры используемых технологических
лазерных комплексов
2.1.1. Технологические лазерные комплексы с непрерывным СОг-лазером
2.1.2. Технологические лазерные комплексы на базе УАО:Ш3+ - лазера
2.2. Модернизация системы интерфейса для газолазерной размерной
обработки металлических материалов по сложному контуру
2.3. Оптический контроль теплофизических свойств обрабатываемых
материалов
2.4. Основные физико-химические свойства полимерных композиционных
материалов
2.5. Программное управления параметрами и разверткой лазерного излучения
Глава 3. ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РАЗМЕРНОЙ
ОБРАБОТКИ ТВЕРДЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Физическое моделирование процессов размерной лазерной обработки
конденсированных гетерогенных материалов
3.2. Оптимизация газолазерной обработки полимерных композиционных
материалов
3.3. Исследование процессов взаимодействия лазерного излучения при с
полимерными композиционными материалами
3.4. Физико-технические аспекты эффективной размерной обрабтки
гетерогенных материалов
Глава 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ГЕТЕРОГЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
4.1. Физические процессы при формообразовании поверхностных слоев
на основе гетерогенных соединений под лазерным взаимодействием
4.2. Природно-легированные композиционные материалы
4.3. Взаимодействие лазерного излучения и электронных пучков с гетерогенными материалами
4.3.1. Методы исследований и испытаний поверхностных слоев
на металлических материалах
4.3.2. Электроннолучевая наплавка композиционных материалов с металлическими добавками
4.3.3. Лазерная наплавка композиционных материалов с добавками стандартных самофлюсующихся порошков
4.3.4.Анализ и обсуждение результатов лазерной наплавки гетерогенных материалов
4.4. Воздействие лазерного излучения на золото и цирконий содержащие
минеральные ассоциации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
В последнее десятилетие в мире все очевиднее обозначилась нарастающая тенденция вытеснения композиционными и гетерогенными материалами металлов и их сплавов практически во всех областях машиностроения. Особенно активно этот процесс происходит в авиастроении и автомобилестроении, приняв в экономически развитых странах всеобъемлющий характер. Это в значительной степени обусловлено существенными преимуществами таких материалов по целому ряду эксплуатационных и функциональных свойств. Расширение сферы внедрения этих материалов, особенно в условиях развития гибких, высокоавтоматизированных производств натолкнулось на проблему их прецизионной размерной обработки и модифицирования поверхностных свойств.
Размерная обработка традиционными механическими, электроннолучевыми, плазменными и электроэрозионными методами композиционных и гетерофазных материалов требует применения режущего и штампового инструмента повышенной твердости, становится практически невозможной при резке таких материалов по сложным контурам. С учетом динамично изменяющейся конъюнктуры рынка в этой ситуации безальтернативным становится применение высококонцентрированного электромагнитного излучения для сложно профильной размерной, обработки таких материалов.
Стремительное развитие лазерной техники, включающее повышение интенсивности, улучшение модового состава, расширение диапазона рабочих частот излучения в пучке, совершенствование электронного и оптического управления пространственно-временными параметрами излучения все более позволяют использовать преимущество лазерного излучения - большая энергетическая интенсивность, высокая монохроматичность, пространственная и временная когерентности, узкая направленность и слабую расходимость.
Взаимодействие лазерного излучения с веществами, как показано в работах [1-5], сопровождается целым рядом физико-химических процессов, которые, как правило, носят комплексный характер, приводят к многофакторным структурным и физическим изменениям, существенным образом влияющим на механизмы резания и модифицирования обрабатываемых материалов. Для разработки промышленно

применении двухпозиционной голографии, формируемой при обращении обращении волнового фронта [91 -93]. Помимо этого в предлагаемом методе при исследовании процессов формирования и модифицирования поверхностных слоев может быть реализован режим реального времени.
На рис. 7 приведен один из вариантов схемы для реализации указанного способа. Когерентное излучение Ео контрольного лазера (с гауссовым профилем интенсивности) с помощью делительных пластин П расщеплялся на три луча, один из которых ЕН1, вместе с отраженным от плоского зеркала 3 лучом ЕН2 служит для формирования опорных волн в среде с тепловой нелинейностью С. Второй луч направлялся на нагреваемую поверхность неподвижного образца О и в течение длительности импульса ЛИ г после окончания ее термической обработки, совместно с волной Ес1 записывает в нелинейной среде (С) голограмму. Линзы Л( проецировали изображение в область взаимодействия. После этого с помощью модуляторов излучения М сигнальная волна ЕС1 отключались, и опорная волна Ен2 считывала голограмму. В этом случае, как показано в работах [91-93], восстановленное излучение Есг распространялось в направлении, встречном к ЕС1 ■ В плоскости образца волновой фронт отличался от сигнала крупномасштабной фазовой модуляцией, вызванной действием тепловой линзы в нелинейной среде С. На рис. 7 представлена предлагаемая схема измерения профиля шероховатой поверхности.
Если время записи голограммы было /и достаточно малым, то восстановленное излучение приобретало дополнительную фазовую модуляцию, пропорциональную изменению профиля поверхности Щх,у). Для компенсации действия тепловой линзы служил контрольный сигнал Екь который направлялся в область взаимодействия симметрично к сигналу. В результате интерференции соответствующего восстановленного изображения ЕК2, совместно с ЕС2 на делительной пластине П в направлении фотоприемника ФП интенсивность излучения будет пропорциональна изменению фазы волны ЕС1 за время 1и. Линзы Л2 служат для проецирования волновых фронтов Ес2 и Ек2 с поверхности образца на поверхность ФП, где формируется изображение, интенсивность которого пропорциональна Щх,у).