激光復合表面改性技術是材料表面工程與增材制造、增材再制造領域新興的先進技術之一。多能場激光復合表面改性技術是指激光與至少一種其他能場相互作用參與同一加工過程，并改變材料性能，產(chǎn)生比單一能場更優(yōu)（質量、效率、成本等更優(yōu)）的加工效果的一種加工技術。多能場激光復合表面改性技術利用激光和其他能場的優(yōu)勢，可彌補單一激光加工的不足，是激光技術的進一步發(fā)展和重要補充，已成為激光制造技術的重要發(fā)展方向之一。激光復合表面改性技術既可用于關鍵零部件表面性能（如耐磨性、耐蝕性、耐高溫氧化性）的提升，又可用于金屬材料的高效率、高質量、低成本的增材制造與再制造，已應用于能源、化工、船舶、航空航天等高端裝備關鍵部件的制造與改性。本書從多能場激光復合表面改性技術的內(nèi)涵、特點、分類等出發(fā)，概述了多能場激光復合表面改性技術的研究現(xiàn)狀及發(fā)展該技術的經(jīng)濟社會意義，圍繞近年來國內(nèi)多能場激光復合表面改性技術的*新研究動態(tài)，分別詳細闡述了超音速粒子與激光復合改性技術、電磁場激光復合表面改性技術、電化學激光復合表面改性技術、超聲振動激光復合表面改性技術的原理、特點、專用裝備、工藝和工業(yè)應用，以及多能場激光復合表面改性過程中的專用材料，重點分析了各類復合技術在改性效率、質量、節(jié)能等方面的特點。
本書對從事表面工程與制造相關領域的研究人員和工程人員具有重要的理論指導價值和工程參考價值。
近年來，隨著我國高端制造業(yè)的崛起和發(fā)展，激光表面改性技術在能源、化工、船舶、航空航天等高端裝備關鍵部件的制造和強化領域得到了大量的應用，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。此外，隨著機械制造行業(yè)的不斷發(fā)展和革新，與之對應的激光表面改性技術也呈現(xiàn)高速多樣性發(fā)展趨勢，逐漸由單一激光表面改性向多能場激光復合表面改性方向發(fā)展。多能場激光復合表面改性不僅保留了單一激光表面改性的優(yōu)點，而且借助其他能場的優(yōu)勢，達到比單一能場更好的加工效果，極大地擴展了激光表面改性技術在工業(yè)生產(chǎn)方面的應用范圍。雖然越來越多的研究者開始關注并從事多能場激光復合表面改性方面的研究，但是目前針對此技術的專門著作較少，因此亟須對相關內(nèi)容進行總結，以便推動激光表面改性的新發(fā)展和新應用。
為了更好地讓國內(nèi)外研究者和廣大工程技術人員協(xié)力推進多能場激光復合表面改性技術的發(fā)展，作者以團隊多年來的研究成果和實踐經(jīng)驗為主，結合國內(nèi)外研究成果編寫了本書，從而為更多有志于進入相關領域的科研工作者、研究生和廣大工程技術應用人員提供參考。本書共六章，著重介紹了多能場激光復合表面改性技術的理論基礎和實踐應用，綜述了國內(nèi)外相關研究的進展和現(xiàn)狀，并在自身的研究基礎上從設備搭建、耦合機理、材料選擇、組織及性能方面詳細介紹了多能場對激光表面改性技術的影響。第1章在介紹傳統(tǒng)激光表面改性技術的內(nèi)容、特點及其發(fā)展歷程的基礎上，對近年來激光表面改性技術的新趨勢——多能場激光復合表面改性技術的分類和特點進行了重點闡述。第2章重點介紹了冷噴涂技術與激光加熱技術相互耦合的超音速激光沉積技術與應用，在概述國內(nèi)外相關技術研究進展的基礎上，著重闡述作者團隊在相關設備搭建及制備Fe基、Co基、Ni基等復合涂層的研究成果和相關應用。第3章基于作者團隊的研究成果，從電磁場激光復合表面改性技術的設備搭建、電磁場對激光熔池流體的影響及調控、電磁場對激光熔注過程中顆粒分布的調控行為、電磁場對激光熔覆過程中氣孔的影響及排氣作用等方面進行了闡述，并結合工業(yè)應用介紹了電磁場激光復合表面改性技術在激光修復領域的研究進展。第4章闡述了電化學激光復合表面改性技術的特點與應用，重點介紹了激光誘導溶膠凝膠制備強化涂層和激光復合微弧氧化表面改性兩種技術。第5章從試驗平臺搭建、多物理場數(shù)值模擬、控形控性等方面介紹了超聲振動激光復合表面改性技術在316L涂層制備方面的研究進展。第6章主要介紹了多能場激光復合表面改性專用材料的分類、性能要求、制備及相關應用，為今后相關多能場激光復合表面改性專用材料的發(fā)展提供新的參考。
本書由姚建華、張群莉、李波、王梁、姚喆赫、吳國龍、董剛著，陳智君、楊高林等人參與了本書有關的試驗研究工作。本書在編寫過程中，為了系統(tǒng)完整而引用了部分國內(nèi)外同行、專家學者的論文或者專著，在此對相關文獻的作者表示衷心的感謝。本書所涉及的研究內(nèi)容得到了國家重點研發(fā)計劃項目(2017YFB1103600,2018YFB0407300)、國家自然科學基金項目(52035014,U1509201,51605441,51705460,52075495)、浙江省自然科學基金項目等多個科研項目的資助，同時得到了多項企業(yè)合作項目的大力支持，在此向有關單位和企業(yè)表示衷心的感謝。
由于作者水平有限，書中難免有疏漏和不足之處，懇請廣大讀者批評、指正，并提出寶貴意見。
作者
2020年8月
姚建華
浙江工業(yè)大學教授、浙江省特級專家，
入選國家百千萬人才工程、浙江省首批萬人
計劃杰出人才，獲得“國家有突出貢獻中青
年專家”“周志宏科技成就獎”等榮譽�，F(xiàn)
任浙江工業(yè)大學機械工程學院院長、激光先
進制造研究院院長、高端激光制造裝備省部
共建協(xié)同創(chuàng)新中心主任，兼任中國機械工程
學會特種加工分會副理事長等職。主要研究
方向為激光智能制造、激光表面改性、激光
增材制造與再制造，發(fā)表論文500余篇，出
版專著4部、教材8部，授權發(fā)明專利60余
項，獲得國家科技進步獎和省部級科技成果
獎10余項。
叢書序一
叢書序二
叢書序三
前言
第1章激光復合表面改性概述
1.1激光表面改性技術及其對國民經(jīng)濟的作用
1.1.1激光表面改性技術的內(nèi)容
1.1.2激光表面改性技術的特點
1.1.3激光表面改性技術對國民經(jīng)濟的作用
1.2激光表面改性技術的發(fā)展
1.2.1激光表面改性技術的發(fā)展歷程
1.2.2激光表面改性技術的演變
1.2.3激光表面改性技術的發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)
1.3多能場激光復合表面改性技術
1.3.1多能場激光復合表面改性技術概述
1.3.2多能場激光復合表面改性技術的分類
1.3.3多能場激光復合表面改性技術的特點
參考文獻
第2章超音速粒子激光復合改性技術與應用
2.1概述
2.1.1超音速粒子激光復合改性技術的機理及特點
2.1.2國內(nèi)外超音速激光沉積技術的進展
2.2超音速粒子激光復合改性設備
2.2.1激光光路系統(tǒng)
2.2.2超音速加速系統(tǒng)
2.2.3成套設備集成
2.3超音速激光沉積金屬材料
2.3.1銅材料沉積
2.3.2鈦材料沉積
2.3.3鋁材料沉積
2.3.4鐵材料沉積
2.3.5鈷材料沉積
2.3.6鎳材料沉積
2.4超音速激光沉積技術的工業(yè)應用
2.4.1超音速激光沉積閥門密封表面改性
2.4.2超音速激光沉積葉片進氣邊表面改性
參考文獻
第3章電磁場激光復合表面改性技術與應用
3.1概述
3.1.1電磁場激光復合表面改性技術的機理與特點
3.1.2國內(nèi)外電磁場輔助激光熔覆技術研究現(xiàn)狀
3.2電磁場激光復合表面改性設備
3.2.1電磁場發(fā)生系統(tǒng)
3.2.2電磁與激光能場耦合裝置
3.2.3電磁耦合裝置現(xiàn)狀
3.3電磁場對激光熔池流體的影響及調控機理
3.3.1單一穩(wěn)態(tài)電磁場對熔池流體的影響
3.3.2電磁復合場輔助激光熔覆模型
3.3.3電磁復合場對熔池流場、溫度場的影響
3.3.4電磁場對激光熔覆表面形態(tài)的影響及控形作用
3.4電磁場對激光熔注過程中顆粒分布的調控行為
3.4.1穩(wěn)態(tài)磁場對熔池中WC顆粒的作用機理
3.4.2穩(wěn)態(tài)磁場對WC顆粒分布的影響
3.4.3穩(wěn)態(tài)磁場對WC熔注層微觀組織的影響
3.5電磁場對激光熔覆過程中氣孔的影響及排氣作用
3.5.1洛倫茲力對熔池中氣孔的作用機理
3.5.2洛倫茲力對熔池中氣孔分布的影響
3.5.3電磁場對氣孔的調控及排氣作用
3.6電磁場激光復合表面改性的工業(yè)應用
3.6.1鑄鐵件的電磁場激光復合修復
3.6.2高性能轉子材料高性能表面改性
3.6.3葉片等復雜薄壁件的電磁場復合激光增材修復
參考文獻
第4章電化學激光復合表面改性技術與應用
4.1概述
4.2激光誘導溶膠凝膠制備TiC復合增強涂層
4.2.1激光復合溶膠凝膠改性技術概述
4.2.2激光誘導溶膠凝膠制備陶瓷增強涂層的試驗方法
4.2.3碳鋼表面激光誘導溶膠凝膠制備TiC陶瓷增強涂層
4.2.4不銹鋼表面激光誘導溶膠凝膠制備TiC陶瓷增強涂層
4.2.5碳鋼表面激光誘導溶膠凝膠制備TiN-TiB2復合陶瓷
增強涂層
4.3電化學激光復合表面改性技術
4.3.1激光刻蝕微弧氧化復合表面改性技術
4.3.2激光表面熔凝微弧氧化復合表面改性技術
4.3.3非平衡相組織對微弧氧化層成膜的影響
4.4激光增材制造鈦合金的電化學氧化表面改性技術
4.4.1鈦合金增材制造電化學氧化表面改性技術
4.4.2激光增材制造鈦合金的微弧氧化過程
4.4.3激光增材制造鈦合金的微弧氧化成膜機制
4.4.4激光增材制造鈦合金的微弧氧化涂層性能
4.5電化學激光復合沉積
4.5.1電化學激光復合沉積的機理與裝置
4.5.2電化學激光復合沉積的工藝與性能
4.6電化學激光復合表面改性技術的相關應用
參考文獻
ⅩⅦ第5章超聲振動激光復合表面改性技術與應用
5.1概述
5.1.1超聲振動對熔池作用的機理
5.1.2超聲振動激光復合表面改性技術的研究現(xiàn)狀
5.2超聲振動激光復合表面改性試驗平臺搭建及激光表面改性
工藝優(yōu)化
5.2.1超聲振動激光復合表面改性試驗平臺搭建
5.2.2激光表面改性工藝優(yōu)化
5.3超聲振動激光復合表面改性過程的多物理場數(shù)值模擬研究
5.3.1超聲振動輔助激光成形熔池模型建立
5.3.2不同維度振動作用下的多物理場數(shù)值模擬研究
5.3.3多維高頻振動對激光熔覆成形幾何形貌的影響
5.4超聲振動激光復合金屬成形中的控形控性方法研究
5.4.1多維高頻振動對激光熔覆316L涂層宏觀形貌的影響
5.4.2超聲振動對激光熔覆316L涂層組織的影響
5.4.3多維高頻振動輔助激光熔覆316L涂層性能研究
5.5超聲振動激光復合表面改性技術的應用前景
參考文獻
第6章多能場激光復合表面改性材料
6.1概述
ⅩⅧ6.1.1多能場激光復合表面改性對材料性能的要求
6.1.2多能場激光復合表面改性材料的設計
6.1.3多能場激光復合表面改性材料的研究現(xiàn)狀
6.2多能場激光復合表面改性材料制備
6.2.1金屬粉末制備
6.2.2絲材制備
6.2.3自組裝材料制備
6.3多能場激光復合表面改性專用材料
6.3.1超音速激光復合沉積專用材料
6.3.2電磁場激光復合表面改性專用材料
6.3.3電化學激光復合表面改性專用材料
6.3.4超聲振動激光復合表面改性專用材料
6.4多能場激光復合表面改性材料的應用
6.4.1汽輪機轉子激光修復材料設計
6.4.2汽輪機轉子激光修復材料應用
參考文獻
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