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崔爱永，胡芳友 等 著

图书标签:

• 激光技术
• 再制造
• 材料改性
• 表面工程
• 先进制造
• 工业工程
• 机械工程
• 绿色制造
• 循环经济
• 修复技术

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122307880

版次：1

商品编码：12298436

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：202

字数：255000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书对于从事激光加工技术应用和研究、材料加工成形、工程维修等领域的工程技术人员及高等院校师生有较强的参考价值。
内容原创度高，系统阐述激光改性再制造技术理论和实践方面的相关问题。

内容简介

本书以作者团队长期的科研成果为基础，系统阐述了同轴送粉喷嘴的气体流场和粉末流场，喷嘴气流速率、喷嘴距工件表面距离、工件位置、侧风速度（喷嘴移动速度）对喷嘴气体保护效果的影响，喷嘴结构（粉末通道锥角、粉末通道出口宽度）参数和送粉参数（送粉量、气流速度）对粉末浓度分布的影响；阐述了激光熔覆定向凝固理论与工艺；阐述了激光梯度改性去应力技术。本书为激光改性再制造技术在航空乃至民用原位修理领域的应用做出理论和实践探索。
本书对于从事激光加工技术应用和研究、材料加工成形、工程维修等领域的工程技术人员及高等院校师生有较强的参考价值。

作者简介

崔爱永（1981-），博士。致力于先进制造与维修技术研究。近年来，发表论文30余篇，其中SCI收录5篇，EI收录7篇，中文核心20余篇，发表在《中国激光》的论文“钛合金表面激光熔覆(Ti+Al/Ni)/(Cr2O3+CeO2)复合涂层组织与耐磨性能”被评选为2012年度F5000论文。主持科研项目5项。
胡芳友（1960-），教授，博士生导师。航空维修领域专家，中国航空学会委员、全国激光修复技术标准化技术委员会委员、中国机械工程学会热处理分会高能密度热处理技术委员会委员。中国海洋大学、集美大学、辽宁工业大学等多所高校的客座教授。近5年，发表论文50余篇，其中SCI收录7篇，EI收录19篇，中文核心27篇，出版《海军飞机损伤抢修手册》等专著3部。4项发明和实用新型专利获授权。主持科研项目30余项，获军队科技进步奖3项。

目录

上篇加工设备篇——激光同轴喷嘴
第1章绪论2
1.1激光再制造技术2
1.2送粉方式3
1.2.1侧向送粉3
1.2.2同轴送粉4
1.3同轴送粉喷嘴5
1.4喷嘴气体流场6
1.5喷嘴粉末流场9
参考文献11
第2章喷嘴气体保护范围13
2.1温度场13
2.1.1物理模型14
2.1.2热传导方程15
2.1.3初始条件和边界条件15
2.1.4激光热源16
2.1.5相变潜热17
2.1.6材料的热物性参数18
2.1.7表面吸收系数19
2.1.8有限元模型19
2.1.9结果分析20
2.2保护范围21
2.2.1激光功率对保护范围的影响22
2.2.2扫描速度对保护范围的影响23
2.2.3保护范围24
参考文献24
第3章喷嘴流场实测方法25
3.1喷嘴气流PIV实测25
3.1.1PIV测速基本原理25
3.1.2PIV系统27
3.1.3喷嘴气体流动系统29
3.1.4PIV测试方案29
3.1.5实测结果30
3.2喷嘴气流烟雾流动显示33
3.2.1气体流动系统34
3.2.2流动显示系统34
3.2.3侧吹气流系统34
3.2.4烟雾流动显示方法35
3.2.5实测结果36
3.3喷嘴粉末流动37
3.3.1粉末浓度分析原理38
3.3.2实测结果38
参考文献39
第4章喷嘴气体流场40
4.1紊流模型40
4.2控制方程41
4.2.1标准k-ε模型41
4.2.2RNG k-ε模型42
4.3计算区域及边界条件43
4.3.1同轴射流及同轴冲击射流43
4.3.2工件边缘和侧风44
4.3.3壁面边界45
4.4网格划分及数值解法45
4.4.1网格划分45
4.4.2数值解法46
4.5计算模型验证46
4.5.1同轴射流46
4.5.2同轴冲击射流48
4.5.3误差原因分析51
4.6喷嘴气体流动特征51
4.6.1同轴射流51
4.6.2同轴冲击射流53
4.7气流速度变化对流场稳定性的影响54
4.8工艺参数对喷嘴气体保护性能的影响55
4.8.1喷嘴气流速度56
4.8.2喷嘴距工件表面距离56
4.8.3工件位置57
4.8.4侧向气流和喷嘴移动58
参考文献59
第5章喷嘴粉末流场60
5.1气固两相流模型60
5.2粉末流模型61
5.3气固两相流场求解62
5.3.1气相流场的求解62
5.3.2粉末颗粒受力分析63
5.3.3粉末颗粒的紊流扩散64
5.3.4气相和颗粒相的相互作用65
5.4金属粉末颗粒特性66
5.5边界条件及网格划分68
5.5.1气体-粉末流的边界条件68
5.5.2网格划分68
5.5.3Fluent软件中的假设69
5.6粉末流场计算模型验证69
5.7喷嘴结构参数对粉末流参数的影响72
5.7.1粉末通道锥角73
5.7.2粉末通道出口宽度74
5.8送粉参数对粉末流参数的影响75
5.8.1送粉量75
5.8.2载气速度76
5.8.3喷嘴中心及外环气流速度77
5.9工件形状对粉末流的影响78
参考文献80

中篇改性修理篇——激光梯度去应力改性修理技术
第6章绪论82
6.1FGM的概念83
6.2FGL的设计85
6.3FGL的制备86
6.4FGL的性能评价87
6.5FGL的应用前景和存在的问题87
参考文献88
第7章FGL物系及结构优化设计89
7.1FGL物系设计89
7.2FGL结构优化设计91
7.2.1成分分布及几何模型92
7.2.2物性参数93
7.2.3有限元模型94
7.2.4初始条件和边界条件94
7.2.5模拟结果分析96
参考文献99
第8章FGL激光直接制备100
8.1工艺参数设计100
8.2工艺参数对单道单层质量的影响102
8.3工艺参数对单道多层质量的影响103
8.4工艺参数对多道单层质量的影响103
8.5工艺参数对多道多层质量的影响105
8.6FGL的制备105
参考文献107
第9章FGL组织和相结构108
9.1微观组织108
9.1.1FGL单道单层截面形貌108
9.1.2FGL微观组织110
9.1.3凝固过程和晶体结构对增强体TiC生长形态的影响113
9.2生成相114
参考文献116
第10章FGL性能评价117
10.1力学性能测试117
10.2常温耐磨性能测试118
10.2.1强化机制119
10.2.2摩擦磨损机制120
10.3常温腐蚀测试122
10.3.1EXCO溶液全浸实验122
10.3.2在海水溶液中的电化学行为123
10.4高温腐蚀性能测试129
10.4.1高温腐蚀动力学129
10.4.2XRD相结构分析131
10.4.3FGL和Ti600基体腐蚀产物显微结构分析133
10.4.4高温腐蚀机理分析134
10.5高温氧化性能测试140
10.5.1恒温氧化动力学140
10.5.2XRD相结构分析143
10.5.3FGL和Ti600基体氧化层显微结构分析145
10.5.4高温氧化机理分析146
10.6抗热震、热疲劳测试152
参考文献155

下篇控性修理篇——激光定向凝固控性修理技术
第11章绪论158
11.1定向凝固的晶体学原理159
11.2定向凝固界面形态160
11.3定向凝固合金的微观组织及形成机理163
11.4晶粒定向生长理论计算164
11.5快速定向凝固技术165
参考文献167
第12章定向凝固熔覆层柱状晶几何参数的影响因素169
12.1扫描速度对柱状晶几何参数的影响170
12.1.1影响规律170
12.1.2关联分析170
12.2电流对柱状晶几何参数的影响175
12.2.1影响规律175
12.2.2关联分析176
12.3脉宽对柱状晶几何参数的影响177
12.3.1影响规律177
12.3.2关联分析177
12.4频率对柱状晶几何参数的影响178
12.4.1影响规律178
12.4.2关联分析178
12.5定向凝固边界条件180
12.5.1激光功率密度180
12.5.2搭接率182
参考文献183
第13章熔覆层组织和结晶取向185
13.1横向显微组织185
13.2纵向显微组织186
13.3三维立体成型187
第14章基材结晶方向的影响189
14.1非择优取向189
14.2非定向凝固基材190
第15章合金元素对熔覆层柱状晶组织的影响192
15.1Mo对柱状晶组织的影响192
15.2Al对柱状晶组织的影响194
15.3Fe对柱状晶组织的影响195
15.4Ti对柱状晶组织的影响196
15.5W对柱状晶组织的影响198
15.6关联分析200

前言/序言

飞机等装备在服役过程中，高性能结构件由于腐蚀、摩擦磨损等，损伤不可避免。传统技术法对损伤区域实施良好修复，需要更换新件，造成极大的浪费和经济损失。激光增材制造技术可以直接实现对损伤结构的三维重建。在恢复损伤结构形状和尺寸的同时，激光表面改性技术（功能梯度、定向凝固）可通过改变材料表面的性能，实现损伤过程的人为可控。同轴送粉喷嘴是激光再制造系统的核心部件之一，是保证激光再制造结构件质量的重要环节之一。目前受同轴送粉喷嘴结构的影响，激光再制造过程中常出现气体保护效果不佳和粉末利用率低的问题，直接影响着成形质量和精度。
本书以整个团队的长期科研成果为基础，系统地阐述了同轴送粉喷嘴的气体流场和粉末流场，喷嘴气流速率、喷嘴距工件表面距离、工件位置、侧风速度（喷嘴移动速度）对喷嘴气体保护效果的影响，喷嘴结构参数（粉末通道锥角、粉末通道出口宽度）和送粉参数（送粉量、气流速度）对粉末浓度分布的影响；阐述了激光熔覆定向凝固理论与工艺；阐述了激光梯度改性去应力技术。为激光改性再制造技术在航空乃至民用原位修理领域的应用做出理论和实践探索。
本书对于从事激光加工技术应用和研究、材料加工成形、工程维修等领域的工程技术人员及高等院校师生有较强的参考价值。
全书由崔爱永、胡芳友等著，易德先、戴京涛、戚佳睿、赵培仲、魏华凯、胡滨、刘浩东、卢长亮、付鹏飞等参与了本书有关的实验研究和编写工作。在本书编写过程中，书中所列的参考文献为编写工作提供了较大的帮助，在此对文献作者表达最诚挚的感谢。
由于作者水平有限，书中难免有不妥和疏漏之处，敬请广大读者批评指正。

崔爱永 胡芳友
2017年7月于海军航空大学青岛校区

现代制造的绿色翼展：探索材料性能革新与可持续发展前沿 在日新月异的科技浪潮中，人类对物质世界的探索从未停歇。从微观的原子排列到宏观的工程应用，如何更高效、更精准地塑造材料，赋予其超越原生状态的卓越性能，一直是工程师们孜孜以求的目标。本书将带领您踏上一场关于材料性能革新与可持续发展前沿的深度探索之旅，聚焦于那些能够赋予普通材料以非凡生命力，并为工业生产注入绿色动能的先进技术。 一、 材料性能的边界拓展：超越传统加工的藩篱 传统的材料加工方法，虽然在工业革命时期功不可没，但在面对日益复杂和苛刻的应用需求时，其局限性逐渐显现。例如，许多高性能合金的加工成本高昂，易产生材料浪费；传统焊接或涂层技术往往伴随热影响区、成分偏析等问题，影响材料的整体性能。本书将深入剖析一系列颠覆性的材料加工与改性技术，它们能够突破这些传统工艺的束缚，实现对材料微观结构、表面特性乃至整体性能的精细调控。 我们将首先聚焦于“能量束驱动的微观重塑”。想象一下，通过精确控制能量的注入，我们能够实现对材料内部晶格结构的重新编排，消除缺陷，生成更均匀、更致密的微观组织。这不仅能显著提升材料的强度、硬度和耐磨性，还能赋予其更优异的抗疲劳和抗腐蚀能力。我们将详细介绍不同类型能量束（例如，高能粒子束、等离子体等）在材料表层或内部进行定向重构的原理、工艺参数优化及其对材料微观结构演变的影响。通过引入前沿的模拟计算和表征技术，我们将揭示这些能量束如何精准地“雕刻”材料，赋予其崭新的生命周期。 其次，“界面工程的艺术”也是本书着重探讨的领域。在复合材料、多层结构或涂层体系中，界面处的性能往往是决定整体表现的关键。本书将深入探讨如何通过先进的界面设计与处理技术，实现不同材料间的“和谐共生”，最大化其协同效应。这包括但不限于： “分子级粘结与层间强化”：如何利用化学键合、物理吸附或纳米级铺层等技术，在材料界面形成牢不可破的连接，消除界面滑移，提升整体强度和韧性。我们将探讨各种纳米材料（如石墨烯、碳纳米管、纳米陶瓷颗粒等）在界面改性中的作用，以及它们如何通过独特的结构和性能，实现材料的“强强联合”。 “功能梯度界面的构筑”：设计具有连续变化成分或微观结构的梯度界面，能够有效缓解应力集中，提高材料的抗冲击和断裂韧性。我们将解析如何通过精确控制材料的沉积过程或热处理条件，实现材料性能在界面处的平滑过渡，从而避免突然的性能跃变带来的薄弱点。 “超薄功能涂层的精密沉积”：在材料表面形成具有特定功能的超薄涂层，如抗氧化、耐磨、导电或绝缘涂层，是提升部件寿命和拓展应用范围的关键。本书将详细介绍各种原子层沉积（ALD）、物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等精密涂层技术，以及如何根据材料基体和应用需求，设计和制备具有纳米级厚度和优异性能的薄膜。 二、 绿色制造的时代召唤：可持续发展的技术引擎 在全球对环境保护和资源节约日益重视的背景下，传统的“线性经济”模式面临巨大挑战。如何以更少的资源消耗、更低的能源使用和更少的废弃物产生，实现工业生产的可持续发展，已成为全社会共同的课题。本书将着力于展现一系列能够契合绿色制造理念，并为循环经济提供强大技术支撑的创新方法。 “材料的再生与价值跃升”是本书贯穿始终的核心主题之一。报废的零部件、生产过程中的边角料，这些曾经的“废弃物”，在先进技术的赋能下，能够被赋予新的生命，甚至超越原始材料的价值。我们将重点关注： “面向再生的设计与评估”：如何从产品设计源头考虑其可拆卸性、可回收性以及再生材料的兼容性，提前规划材料的生命周期。本书将探讨如何建立有效的材料性能评估体系，确保再生材料能够满足应用需求，并实现性能的“向上兼容”或“价值跃升”，而非简单的“降级使用”。 “定向修复与局部性能恢复”：对于因磨损、腐蚀或损坏而性能下降的关键零部件，传统的更换方式不仅成本高昂，也造成资源浪费。本书将详细阐述如何通过定向修复技术，仅对损坏区域进行精确的材料添加、改性或结构重构，使其恢复甚至超越原有性能。这极大地延长了零部件的使用寿命，减少了资源消耗和废弃物的产生。 “先进分离与纯化技术的融合”：要实现高效的材料再生，对复杂混合物进行高效、低能耗的分离和纯化至关重要。本书将介绍各类先进的分离技术，如膜分离、超临界流体萃取、以及基于特定物理化学原理的定向分离方法，如何与材料改性技术协同工作，实现高纯度再生材料的获取。 此外，“低碳足迹的工艺革新”也是本书的重要组成部分。我们致力于探索那些能够显著降低能源消耗、减少温室气体排放的制造过程。 “室温或低温加工技术的突破”：许多传统的高温加工过程，如熔炼、锻造等，是能源消耗和污染物排放的主要来源。本书将聚焦于那些能够在室温或接近室温条件下实现的材料加工与改性技术，如冷喷涂、超声波辅助加工、以及新型的化学固化技术。这些技术不仅能显著降低能耗，还能有效避免高温带来的材料性能退化和组织变异。 “原位监测与智能控制的联动”：通过引入先进的传感器技术和实时数据分析，我们可以实现对加工过程的精准监控和实时反馈。本书将深入探讨如何利用这些技术，优化工艺参数，最大限度地提高材料利用率，减少废品率，并实现能源消耗的最小化。例如，在材料沉积过程中，通过实时监测沉积速率、温度分布和应力情况，动态调整工艺参数，确保每一份原材料都转化为高质量的产品。 “生物基材料与可降解材料的赋能”：随着科技的进步，越来越多源于生物质的可再生材料被开发出来，同时，具有良好生物降解性的材料也为解决“白色污染”等问题提供了希望。本书将探讨如何利用先进的改性技术，进一步提升这些绿色材料的力学性能、热稳定性、耐候性等，使其能够广泛应用于对性能有较高要求的领域，从而加速传统高能耗、高污染材料的替代进程。 三、 展望未来：智能制造与材料科学的协同演进 本书的最终目标，是描绘一个由智能制造与先进材料科学深度融合所驱动的未来工业图景。我们将探讨如何将人工智能、大数据分析、物联网等新一代信息技术，与材料的生产、改性、应用及再生过程有机结合，构建一个高度智能化、柔性化、可视化的绿色制造体系。 “基于数据的材料设计与预测”：利用机器学习和深度学习算法，我们可以从海量的实验数据中挖掘规律，预测材料在不同工艺条件下的性能表现，从而加速新材料的开发和应用。 “数字孪生技术在材料生命周期管理中的应用”：通过构建材料及产品的数字孪生模型，我们可以模拟材料在整个生命周期中的性能演变，预测潜在的失效模式，优化维护策略，并为材料的回收和再生提供精准依据。 “智能制造中的人机协作与柔性生产”：未来的制造车间将是高度智能化的，机器人与人类协同工作，能够根据市场需求和材料特性，实现生产线的快速调整和个性化定制。 总而言之，本书不仅是一次关于前沿材料技术及其在制造领域应用的深入解读，更是一曲关于如何通过技术创新，实现工业发展与生态文明和谐共生的赞歌。它将为广大工程师、科研人员、政策制定者以及所有关注可持续发展的朋友们，提供宝贵的知识财富和深刻的启示，共同迎接一个更绿色、更智能、更可持续的制造新时代。

评分☆☆☆☆☆

《激光改性再制造技术》这个书名，一下子就抓住了我对“创新”和“可持续”这两个关键词的兴趣点。在当前资源日益紧张、环保压力增大的背景下，能够“修复”而非“替换”旧零件，这无疑是工业界的一项重要突破。我好奇的是，这本书会从哪些角度来阐述“改性”和“再制造”的结合？“改性”是否意味着不仅仅是简单的填补，而是对材料本身的性能进行了提升，使其在某些方面比原装零件更加优秀？ 我联想到，在一些极端工况下工作的设备，比如深海探测器、高炉内壁、或者航空发动机的涡轮叶片，它们所承受的温度、压力、腐蚀环境都远超寻常。如果能够通过激光改性技术，在这些关键部位形成一层超硬、耐磨、耐腐蚀的保护涂层，岂不是能极大地延长设备的使用寿命，并减少昂贵的停机维修时间？书中是否会详细介绍激光在表面强化方面的具体方法，例如激光熔覆、激光焊接修复、激光冲击强化等，以及它们各自的适用范围和技术特点？我非常期待能在这本书中找到关于如何利用激光技术，将“报废”的零件“变废为宝”，实现经济效益和社会效益双赢的深度解析，为实现绿色制造贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本《激光改性再制造技术》的书名让我对未来的工业生产充满了好奇。试想一下，那些曾经因磨损、损坏而不得不报废的精密机械零件，通过激光的神奇力量，竟然能够恢复如初，甚至性能超越原有水平。这不仅仅是节约成本，更是一种对资源的高度珍视和对环境的深刻责任。我对书中所描绘的激光熔覆、激光冲击强化、激光焊接等技术如何在材料表面形成一层高性能的涂层，或者修复微裂纹，甚至改变材料的微观结构，感到无比兴奋。 想象一下，一台高精度的航空发动机叶片，在漫长的服役过程中，叶尖可能会出现微小的损伤，或者表面耐磨性下降。传统的修复方法可能繁琐且效果有限，但如果能够利用激光，精准地在损伤区域进行材料的堆积和强化，那么这片叶片就能重获新生，继续在万米高空执行任务。这种技术不仅能延长关键部件的使用寿命，更能显著提升整个系统的可靠性和安全性。对于汽车、模具、能源等诸多行业来说，这无疑是一场深刻的变革，意味着更低的维护成本，更高的生产效率，以及更可持续的发展模式。我迫切地想了解这本书是如何深入浅出地阐述这些前沿技术的原理、工艺流程以及具体的应用案例，从而为我打开一扇通往未来制造新时代的大门。

评分☆☆☆☆☆

读到《激光改性再制造技术》这个书名，脑海中立刻浮现出一种“化腐朽为神奇”的画面。我一直对那些能够赋予旧物新生的技术充满敬意，而激光，这个看似遥不可及的光束，竟然能在材料的“身体”上进行如此精妙的“手术”，让人惊叹不已。我特别想知道，书中会详细介绍哪些具体的改性机理？是通过改变材料的晶粒度，还是引入新的相结构，亦或是对表面进行微观形貌的重塑？ 我设想着，一本好的技术书籍，不仅仅是列举工艺步骤，更应该深入剖析其背后的科学原理。比如，激光能量如何精确控制，才能达到最佳的改性效果，避免对基材造成热影响区过大或变形？不同种类的激光器（如光纤激光、CO2激光）在改性过程中又各有何优劣？书中是否会提及激光与不同材料（如金属、陶瓷、复合材料）相互作用时的独特表现，以及如何根据材料特性选择最优的激光参数？我期待这本书能给我带来一种“拨开云雾见月明”的清晰认知，让我理解这项技术如何从实验室走向实际应用，并为解决工业生产中的实际难题提供切实可行的方案。

评分☆☆☆☆☆

《激光改性再制造技术》这个书名，给我的感觉是一种充满未来感的工业革新。我一直对那些能够“拯救”濒临报废的工业品的技术充满浓厚的兴趣。试想，一台大型机械设备，其核心部件因为长时间的高强度运转而出现磨损，如果不能有效地修复，就意味着整个设备的停产，以及高昂的更换成本。而“激光改性再制造”听起来就像是为这些“病入膏肓”的零件量身定做的“灵丹妙药”。 我特别好奇的是，书中会如何阐述“改性”与“再制造”的联动效应？“改性”是否意味着仅仅是恢复原有的性能，还是能够通过激光的作用，赋予零件新的、更优越的特性？例如，能够使其在更高的温度下稳定工作，或者拥有更强的抗疲劳能力。对于那些对精度要求极高的零件，如航空发动机的叶片、精密模具等，激光是如何做到如此精密的修复和增强的？书中是否会详细介绍激光熔覆、激光焊接、激光冲击强化等具体的工艺技术，以及它们在不同应用场景下的优劣势分析？我非常期待能在这本书中找到关于如何利用激光这一神奇的光束，将“废弃”的材料“重塑”成高性能的工业部件，从而推动制造业向着更高效、更经济、更环保的方向迈进的详尽解读。

评分☆☆☆☆☆

这本书名《激光改性再制造技术》让我联想到了一种“点石成金”的神奇力量。我一直对那些能够赋予“死亡”的机械部件“第二次生命”的技术深感着迷。想象一下，那些曾经在工业生产线上默默奉献，最终因磨损而功成身退的零件，通过激光的精准照射，竟然能够焕发出新的生机，甚至在某些性能指标上超越曾经的辉煌。这不仅仅是技术的进步，更是一种对资源的尊重和对环境的负责。 我特别想了解，书中会如何细致地剖析激光在“改性”过程中的具体作用？是它能够改变材料的微观结构，比如细化晶粒，生成新的相，从而提升硬度、强度和耐磨性？还是它能够像一位技艺精湛的雕塑家，在零件表面精确地“生长”出一层新的、具有特定功能的涂层，比如耐高温、抗腐蚀、导电或者绝缘？我对书中所描述的工艺过程充满了期待，比如激光参数的选择、能量的控制、扫描路径的规划，以及不同材料（金属、陶瓷、聚合物等）在激光作用下的反应机制。我希望这本书能够为我揭示激光技术如何巧妙地解决工业生产中的“痛点”，实现“损毁”到“新生”的完美蜕变，为可持续发展注入新的活力。