YSZ全陶瓷涂层加固薄板在激光辐照下的热响应

YSZ全陶瓷涂层加固薄板在激光辐照下的热响应

张翔宇1,2,陈敏孙1,2,孔 斌3,杨 军3,赵国民1,2

【摘 要】实验与数值模拟手段相结合,研究了YSZ全陶瓷涂层加固钛合金薄板在976 nm连续波激光辐照下的热响应。比较了不同功率密度下的温度历史曲线和表面形态。考虑主要换热因素,建立了样品温度场模拟的数值模型,根据实验后YSZ涂层未辐照区与辐照区的反射率测量结果描述了辐照过程中耦合系数的变化。结果表明:YSZ全陶瓷涂层对近红外波段激光具有良好的反射特性,显著提高了基材的抗激光损伤能力；激光辐照过程中耦合系数的变化对温度场有重要影响,耦合系数的变化可能与表面的微量烧蚀过程密切相关。 【期刊名称】激光与红外 【年(卷),期】2017(047)002 【总页数】6

【关键词】抗激光加固；YSZ全陶瓷涂层；耦合系数；温度场数值模拟

1 引 言

热效应是连续波激光与物质相互作用过程中最重要的物理效应之一[1]。连续波激光辐照使材料升温,可能导致材料或结构的损伤[2]。针对高能激光产生的热效应,在工程应用中,常采用表面制作加固涂层的方式对基材进行防护[3-4]。 激光防护涂层按机理主要分为三类[5-6]:(1)反射型涂层。利用材料的反射特性将一部分入射激光能量反射,以降低激光能量在基材表面的沉积。通用电气公司[7]生产了一种由多层石墨组成的抗激光加固涂层,每层石墨很薄且十分光滑,对激光具有高反射的作用。(2)热烧蚀型涂层。主要通过烧蚀材料发生的烧蚀反应来消耗沉积的激光能量,阻止热量向基材的传递。(3)复合型涂层。这种涂层综合