纳秒激光诱导钛合金表面着色机理及其质量评价研究

摘要

钛合金以其密度小、耐腐蚀性强，以及优良的热稳定性和较高的比强度等优点，目前已广泛应用于生物医学材料、机械制造、航空航天、体育用品等民用工业及国防领域。在传统激光加工技术的基础上逐渐兴起的激光着色技术，以其工艺简单、生产效率高、易实现自动化、洁净环保等优势，逐渐成为研究的热点。通过激光着色，能够提高钛合金表面的光学性能，提高钛合金的耐磨性和耐腐蚀性，并呈现出不同的色彩。
　　本研究主要内容包括：⑴利用Nd∶YAG纳秒激光器在钛合金表面得到了不同的颜色效果，从激光与金属相互作用的热效应出发，将钛合金表面激光着色的热作用划分为了单脉冲、线扫描和面扫描三个阶段，分别从单脉冲能量密度、脉冲重叠率和扫描重叠率三个角度分析了电流强度、扫描速度、重复频率和线间距这四个工艺参数对着色表面颜色参数（L*、a*和b*值）影响规律。利用BP神经网络，建立了电流强度、扫描速度、重复频率和线间距四个激光工艺参数与颜色参数（L*、a*和b*值）的预测模型，实现了对着色效果的有效预测，有利于指导生产实践。⑵利用分光光度计、光学轮廓仪、扫描电子显微镜和X射线能谱仪，分别从光学属性、颜色参数、微观形貌等方面进行了分析与探讨;利用构建的空气-氧化膜-钛合金基底的三层结构模型，从反射率及颜色参数两个方面分别对实验值与理论值进行了对比，两者之间的差异较小，从而可以认为不同颜色的形成是由于干涉作用引起的，最外层氧化膜的厚度不同，形成了不同的干涉效果。⑶针对当前在着色质量评价方面没有一个统一的标准，从颜色的稳定性和均匀性两个方面对着色样本的颜色质量进行了系统的评价。借助Lab颜色空间模型，用两个颜色之间的色差值△E作为着色稳定性的评价指标，得到了各着色样本颜色稳定的激光工艺参数范围;以颜色参数（L*、a*和b*值）的标准差作为着色均匀性评价指标，利用正交试验得到了各着色样本均匀性最佳的激光工艺参数组合。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 着色工艺的研究现状

1．2．2 呈色机理的研究现状

1．3 研究意义及研究内容

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

2．1 引言

2．2 试验方案

2．2．1 试验设备

2．2．2 试验材料

2．2．3 试验方法

2．3 工艺参数对着色效果的影响

2．3．1 单脉冲能量密度对着色效果的影响

2．3．2 脉冲重叠率对着色效果的影响

2．3．3 扫描重叠率对着色效果的影响

2．4 基于BP神经网络的颜色预测模型

2．4．1 BP神经网络简介

2．4．2 BP神经网络的建立

2．4．3 BP神经网络的司lI练与检验

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 钛合金着色表面光学属性的研究

3．2．2 着色表面反射光谱的研究

3．2．3 着色表面颜色参数的研究

3．3 钛合金着色表面微观形貌的研究

3．3．1 光学轮廓仪分析

3．3．2 扫描电镜分析

3．3．3 X射线能谱仪分析

3．4 着色表面呈色机理的研究

3．5 本章小结

第4章 钛合金着色表面颜色质量的研究

4．1 引言

4．2 着色表面颜色稳定性的研究

4．2．1 颜色稳定性的评价指标

4．2．2 颜色稳定性的分析与研究

4．2．3 液体环境下着色样品颜色稳定性的研究

4．3 着色表面颜色均匀性的研究

4．3．1 研究方法

4．3．2 正交试验设计

4．3．3 正交试验结果分析

4．3．4 颜色均匀性的微观分析

4．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢