颁奖词:“从拖着铜粉奔走全国借用他人设备,到带领师弟就地取料日夜开工。谢宏斌同学用了2年时光终于完成激光熔覆调研、预研、采购和使用。在交叉力学中心经费支持下建设了激光熔覆平台,使铜合金表面增材制造迈出关键一步。这个小组已经实现铜表面多种材料的高质量熔覆,为中心的电磁炮轨道和电弧风洞项目开展奠定关键基础。” —— 提名人 刘嘉斌老师
团队领导者:谢宏斌
浙江大学2017级材料科学与工程专业的直博生,本科期间曾获国家奖学金、校综合一等奖学金、全国高校大学生金相大赛一等奖。
进入交叉力学中心后开展关键铜合金激光熔覆方面工作。前期去全国各地的激光研究小组和公司进行激光熔覆的预演实验,为关键铜合金的激光熔覆奠定了基石。后期组织开展铜合金激光熔覆的各项工作,领导激光熔覆团队在熔覆平台搭建、熔覆工艺调控等方面获得突破。
团队开拓者:高铭余
浙江大学2016级材料科学与工程专业本科生,现为2020级直博生。本科期间曾获全国大学生金相技能大赛一等奖,浙江省大学生物理创新竞赛二等奖,曾赴美参与斯坦福-伯克利短期学术交流活动、并参与SRTP一项和校级科研实践项目一项。
进入交叉力学中心激光熔覆团队后,在实验开展的过程中细心观察、大胆创新,从仪器设备到工艺流程都进行了切实可行的改造与优化,对加速激光熔覆团队的研究进展发挥了重要作用。
团队协助者:寿建栋
台州学院2015级材料科学与工程专业毕业生,毕业后作为科研助理进入浙江大学交叉力学中心激光熔覆团队。拥有优秀的金相技能,做事严谨、细致,具有创新精神,能够不断的在出现的问题中寻找突破,在激光熔覆平台的完善、创新及工艺的改进过程中充分发挥了自己的作用。
铜合金由于具有良好的导电导热性而在电子电气、航空航天及军事工业等领域获得了广泛的应用。但是,随着国防工业的发展,传统的铜材料性能已无法满足使用要求,尤其是在一些特殊使用环境对铜材料性能提出更高要求。而激光表面改性技术是一种高效率的表面改性技术,与冷喷涂、超音速等离子喷涂和磁控溅射技术相比,其结合强度大幅度增加,对基体的热影响小,同时易实现自动化,因而广泛应用于金属材料的表面改性。但是,由于铜对激光具有较高的反射率和极高的热导率,所以在铜表面进行激光熔覆较为困难。团队采用高速激光技术手段,在粉末材料到达基体前与激光束作用下呈熔融或半熔融状态,有效规避了普通激光熔覆在铜合金表面的高反高导缺陷,能够得到良好的冶金结合层。
搭建与调试
当如小山一般高的激光熔覆设备运送到玉泉校区时,激光熔覆团队成员都十分兴奋与喜悦,因为他们知道利用这个“大家伙”终于能大干一场。设备的入场、仪器的安放、线路的安排都需要和相关安装人员进行研究讨论,尽管前期已经做好详细的规划但是实际安装过程还是会出现各种情况。激光熔覆熔覆团队在整个过程中积极沟通,日以继夜地配合相关工作人员处理安装过程中的各种问题。并在安装的过程中向工程师请教学习基本的设备使用方法,为后期铜合金的高速激光熔覆实验的开展打下了良好的基础。
改良与优化
“铜板倾斜了,停一下!”、“飞溅太大,停一下!”、“粉没了,停一下!”……初期的激光熔覆实验室里经常传来叫停声,在那时激光熔覆团队每个成员都是眉头不展,过程中不是出现这个bug就是出现那个问题,十分影响实验的进度和效率。为了解决以上问题,团队和刘嘉斌导师积极讨论沟通,对设备进行了一系列的改良与优化:平板实验夹具的改良、熔覆头工作角度的调整、单通送粉改双桶并对送粉管路优化。渐渐地,“可以”、“继续”、“很好”的声音成为激光熔覆实验的主旋律。
探索与收获
随着实验的开展,最终熔覆层质量决定了实验的成功与否,而实验过程中的参数调控很大程度上决定了熔覆层的质量。激光熔覆团队通过对各个关键实验参数的系统调整,将原本难以控制的各参数量转化为有效可控,这对有目标地提高工艺质量起到了决定性的作用。功夫不负有心人,经过对各主要参数的细致调控,和对其他次要工艺参数进行反复微调后,团队对于Cu-Cr体系的熔覆取得了重要突破,得到无裂纹缺陷的与基体成冶金结合的良好熔覆层,这也是对激光熔覆团队持之以恒付出努力的最好的回报。