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超快激光制备有序微纳米表面结构及其改善钎焊的机理研究
结题报告
批准号:
51405258
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
刘磊
依托单位:
学科分类:
E0508.成形制造
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
周运鸿、白海林、赵振宇、沈道智、张学谦
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中文摘要
钎焊在电子、医疗、航空航天等领域的元器件和零部件制造中有广泛应用。提高液态钎料对母材表面的润湿铺展性是高钎焊质量的关键之一。超快(皮秒和飞秒)激光与物质作用时具有非线性吸收、多材料适应、极低热效应等显著优点并成为微纳加工研究热点。本项目提出在不影响非辐射区母材性能、不改变其表面成分及不增加涂层前提下,制备可控、有序微纳米表面结构,实现对钎料润湿铺展性的调控,提高钎焊质量。利用皮秒激光、飞秒激光、皮秒和飞秒激光复合分别制备微米有序、纳米有序、微米-纳米多尺度有序的表面结构并实现优化控制,研究揭示有序微纳米结构对润湿铺展性的调控机制、其尺寸和尺度效应在润湿铺展中的作用,及有序表面结构影响钎焊接头强度的规律。同时建立时域有限差分和有限元模型,分析阐明有序微纳米表面结构形成机理及其提高钎焊接头强度的影响机理。推动钎焊发展并特别适合难钎焊材料或要求钎着率高、长距离润湿铺展的场合,理论和工程意义重大。
英文摘要
Brazing has been widely applied in electronics, aerospace, energy, and medical industries. The wettability and spreadability of liquid filler metal on the base metal are essential factors affecting the brazement quality. Ultrafast lasers, including picosecond and femtosecond laser, possess prominent features derived from their interaction with materials, such as non-linear energy absorption, multi-material adaptability, and ultra-low thermal effects. Based on the above reasons, the ultrafast lasers were used to induce micro/nano Periodic Surface Structures (PSS), which would enhance the wetting and spreading of the filler metal and also improve the brazement strength. In the present project, picosecond laser, femtosecond laser and their hybrid will be used to produce micro scale PSS, nano scale PSS and micro-nano multi-scale PSS. Effects and mechanisms of PSS on the reacting/dissolving driven wetting and spreading will be systematically studied. The size effects and multi-scale effects of PSS on the wetting and spreading of filler metal will be investigated. The mechanisms of brazement strength improvement by inducing PSS will be conducted. Finite Difference Time Domain (FDTD) model and finite element model will be built up in order to simulate the PSS formation and brazement strength improvement, respectively. This project is expected to drive the development of brazing, especially for materials having bad brazability, braze components requiring high brazed rate and long spreading distance. This is meaningful for both theoretical development and engineering significance.
钎焊在电子、医疗、航空航天等领域的元器件和零部件制造中有广泛应用。提高液态钎料对母材表面的润湿铺展性是高钎焊质量的关键之一。本项目在不影响非辐射区母材性能、不改变其表面成分及不增加涂层前提下,制备可控、有序微纳米表面结构,实现对钎料润湿铺展性的调控,提高钎焊质量。利用皮秒激光、飞秒激光、皮秒和飞秒激光复合分别制备微米有序、纳米有序、微米-纳米复合的表面结构并实现优化控制,研究揭示有序微纳米结构对润湿铺展性的调控机制、其尺寸和尺度效应在润湿铺展中的作用,及有序表面结构影响钎焊接头强度的规律。项目实现了纳米有序结构制备效率提高10倍,难润湿材料铺展速度提高1.4倍,陶瓷-金属异种材料接头强度提高2.9倍,将相关成果在航空发动机叶片修复进行了验证。自行搭建高温润湿真空观测设备一套,发表SCI论文15篇,国际会议邀请报告4次,成为中国焊接学会青年委员会常委。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Vacuum brazing of alumina to stainless steel using femtosecond laser patterned periodic surface structure
使用飞秒激光图案化周期性表面结构将氧化铝真空钎焊至不锈钢
DOI:10.1016/j.msea.2016.03.068
发表时间:2016-04-26
期刊:MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING
影响因子:6.4
作者:Zhang, Y.;Zou, G.;Zhou, Y. N.
通讯作者:Zhou, Y. N.
DOI:10.1155/2016/5284048
发表时间:2016
期刊:Journal of Nanomaterials
影响因子:--
作者:Yan Jianfeng;Zhang Dongyue;Zou Guisheng;Liu Lei;Bai Hailin;Wu Aiping;Zhou Y. Norman
通讯作者:Zhou Y. Norman
DOI:--
发表时间:2017
期刊:中国激光
影响因子:--
作者:张学谦;邢松龄;刘磊;李勇;佟浩;邹贵生
通讯作者:邹贵生
Nanostructure of immiscible Mg-Fe dissimilar weld without interfacial intermetallic transition layer
无界面金属间过渡层的难混溶Mg-Fe异种材料焊缝的纳米结构
DOI:10.1016/j.matdes.2015.12.072
发表时间:2016-02-15
期刊:MATERIALS & DESIGN
影响因子:8.4
作者:Liu, Lei;Zou, Guisheng;Zhou, Y. Norman
通讯作者:Zhou, Y. Norman
Oxidation behavior of GTD111 Ni-based superalloy at 900 °C in air
GTD111镍基高温合金在900℃空气中的氧化行为
DOI:10.1016/j.corsci.2015.07.031
发表时间:2015-11-01
期刊:CORROSION SCIENCE
影响因子:8.3
作者:Brenneman, J.;Wei, J.;Zhou, Y.
通讯作者:Zhou, Y.
非经典分泌因子S100A8/A9的分泌机制研究
  • 批准号:
    92253302
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
蛋白质合成化学新技术及泛素化修饰合成、编辑与功能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    800万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
基于骨架改性化学的蛋白质化学全合成仪器研制
  • 批准号:
    22227810
  • 项目类别:
    国家重大科研仪器研制项目
  • 资助金额:
    891.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
基于组装-连接-反馈一体化平台的超快激光纳米异质连接及界面能带调控
  • 批准号:
    92253302
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
人工智能辅助的镜像蛋白多肽药物设计和定向进化
  • 批准号:
    22137005
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    306万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
非经典泛素修饰蛋白的化学合成方法及应用
  • 批准号:
    91753205
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    300.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
超快激光沉积疏松纳米复合材料及其高温高可靠性连接应用
  • 批准号:
    51775299
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
蛋白质化学合成与生物学应用
  • 批准号:
    21532004
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    300.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
光敏控制的构象锁定寡肽作为信号转导研究探针
  • 批准号:
    91013007
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
新型多肽片断连接方法用于蛋白质的全合成
  • 批准号:
    20842003
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    8.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    刘磊
  • 依托单位:
国内基金
海外基金