江苏大学激光技术研究所

Laser technology Institute, Jiangsu University

一、 研究所概况

江苏大学激光技术研究所于199712月组建。该研究所根据国家需求,跟踪当今国际上激光技术发展的趋势,在激光冲击强化成形、界面强度激光检测、光电子功能材料与器件先进制备和激光表面工程及快速制造等方面的研究具有鲜明特色,并取得了一批高水平的、具有自主知识产权的研究成果。

研究所拥有江苏省光子制造科学与技术重点实验室[2005],中国机械工业“激光冲击波加工技术”重点实验室[2007]。研究所依托的机械工程一级学科为江苏省国家重点学科培育点,所在“机械制造及其自动化学科”为教育部国家重点(培育)学科、江苏省国家重点学科培育点。2002年被评为江苏省普通高等学校“青蓝工程”优秀学科梯队。2003年获批为江苏省机械工程产学研联合培养研究生示范基地。2008年获江苏大学首批校级科技创新团队。

研究所注重工程基础性和应用基础性研究,加强科研成果的转化,五年来共承担863项目、国家自然科学基金、教育部跨世纪人才基金等国家项目10余项,省部级项目近20项。共发表论文200余篇,其中SCI收录30多篇,EI收录110多篇。授权的发明专利10项,申请的发明专利40余项。目前获得国家科技进步二等奖1项,部省级科技进步奖10余项,其中“节能环保型球团链篦机关键制造技术及应用”获2009年国家科技进步二等奖,,“高效节能环保型球团链篦机系列装备研发及应用” 课题获得2007年江苏省科技进步一等奖“强激光驱动非接触式接收界面强度定量测试系统”获得2004年江苏省科技进步一等奖。


经过多年的建设,目前已形成了四个主要研究方向:


1强激光冲击波先进制造技术:脉冲强激光与物质相互作用产生的强冲击波,具有高压(GPaTPa)、超快(几十纳秒)、超高应变率(107108S-1,比爆炸成形高出100倍)的显著特点,形成了一种独特的非传统制造与测量技术,能解决大量传统方法难以解决的技术难题,在某些场合具有不可替代的作用。围绕“超快、超强”激光产生的极端条件下的“极端制造科学”,被“国家中长期科学和技术发展规划纲要”列入先进制造技术中三个重点领域之一。在制造科学、新材料、高能武器等高技术领域有巨大的应用前景,是国际科技竞争热点之一。为解决国防难题、节约资源和节约能源提供新理论和新技术。在航空航天、电站设备、汽车工业、石油化工、核工业等领域有巨大的应用前景。

2界面物理性能的激光测量技术界面结合强度影响涂层的服役行为,人们至今尚未弄清涂层破坏临界值与界面结合强度之间的关系,如何直接定量测定涂层界面的结合强度仍然是各国科学家致力解决的世界性难题。本方向在初步探明了激光划痕机理和界面失效破坏机理以及激光划痕膜基界面失效模型的基础上主要开展界面结合强度激光划痕检测技术研究,解决金属基复合材料的界面强度、胶粘剂的粘附强度、电子材料和功能材料的匹配效应、以及金属材料的结合强度等与界面相关的其它问题。在航空航天、汽车工业、石油化工、生命科学和信息技术等方面有巨大的应用前景,目前部分成果已得到应用。

3光电子功能材料与器件先进制备技术:信息功能材料与器件是一个科学内涵极丰富、创新性极强、应用前景极广阔、社会经济效益巨大的领域,极有可能触发新的信息技术革命。开展微结构光纤及其在光纤激光器中应用的基础研究,以及研究制备保偏大模场光纤、光纤模式转换器、光纤宽带耦合器、光纤波分复用器、光纤滤波器等器件,符合国家长远利益和国家发展战略。

4激光复合表面工程实现抗疲劳制造和长寿命关键件是战略举措和紧迫需求,是使我国从机械制造大国迈向机械制造强国的必由之路。航空关键件发生局部损伤或失效后,其他部分往往还有很大的承载能力,以损伤航空关键件为毛坯,激光复合表面工程技术为修复手段,使修复产品质量和性能达到甚至超过原型产品,延长损伤关键件的服役寿命和提高其可靠性,已经成为机械构件再制造工程中的核心科学问题之一,其再制造也是厉行节约、保护资源的重要手段。其中激光冲击再制造是利用激光诱导冲击波力学效应的先进制造技术,能有效改善金属材料的机械性能,特别能大幅度提高材料的疲劳寿命、抗应力腐蚀性能,这是一项军民两用技术,在航空航天、汽车工业、石油化工、核工业、海洋船舶、医疗工业、模具工业等领域具有巨大的应用前景。


二、 研究团队

激光研究所具有一批学术水平高、勇于创新的中青年学术带头人,拥有一支具有严谨的科研作风和敬业奉献精神,年龄结构、层次合理的研究队伍,现有研究人员20余人,其中博士生导师3人,教授8人,副教授、高级工程师10人,获得江苏省优秀学科梯队,入选江苏省跨世纪学科带头人1人,江苏省333培养人选3人,共有博士生20余名、硕士生70多名,已形成一支结构合理、具有团结协作精神的研究队伍。

1、研究所所长:张永康教授 [链接到个人介绍]

2、研究所副所长,周建忠教授[链接到个人介绍]

3、研究所副所长,冯爱新副教授[链接到个人介绍]

4、研究所副所长,鲁金忠副教授[链接到个人介绍]

三、 设备条件

通过部省共建、省级重点学科建设和校重点实验室建设,研究所的科研和人才培养条件已具备一定规模,实验室现有面积1000平方米,仪器设备总值达到约1200万元;实验室实行开放、流动、联合的运行机制,对省内外相关工程技术领域的同行开放,提供实验研究条件,开展多种形式的合作和研究。

目前本重点实验室拥有以下主要设备,已具备开展申请课题研究的实验条件:

  1. 高功率钕玻璃YAG激光器1台,用于激光冲击强化、成形;

  2. 高功率激光2.5KW CO2横向快流轴流激光器1台,可输出门脉冲和连续增强脉冲;

  3. X-350AX射线应力测定仪1台,可用于涂层应力与结构参数的测量;

  4. Veeco Wyko NT1100 型光学轮廓仪

  5. 激光珩磨设备(用于工件表面微造型改善工件的工作条件)

  6. 清华DPSF-3型同轴送粉装置(激光熔覆)

重复频率千兆瓦钕玻璃激光冲击成形装置

高功率激光2.5 kW CO2横向轴流激光装置

 

X-350A X射线应力测定仪和光学轮廓仪

激光珩磨设备


四、 目前承担课题

1. 基于强激光冲击波效应的非传统制造原理及方法研究(50735001),国家自然科学基金重点项目,经费150,2008.01-2011.12

2. SEVAN 650圆筒型超深海钻井储油平台产业化化及共性关键技术推广,1200万元(科研经费180万)2009.5-2011.5.

3. 节能环保型球团生产装备关键技术研发及产业化(BA2007108),50万, 2008.1-2010.12

4. 基于柔性掩模的暂态光电化学三维微刻蚀技术研究(50975127),国家自然科学基金项目, 32万元,2010.1-2012.12.

5. 高功率光纤激光器用包层折射率渐变型大模场微结构光纤研究(10904051),国家自然科学基金项目,20万元,2010.1-2012.12

6. 激光冲击飞机叶片的超高应变率再制造基础研究,国家自然科学基金(50705038), 18万元,2008.1-2010.12

7. 纳秒量级冲击波高压加载下材料的动态响应与特征量测试的基础研究,国家自然科学基金项目(10804037)20万元, 2009.1-2011.12

8. 基于高压纳秒量级激光冲击效应的疲劳件延寿机理基础研究(50805090),国家自然科学基金项目,20万元, 2010.1-2012.12

9. 提高MEMS可靠性的激光微喷丸技术基础研究(08KJA460002),江苏省高校自然科学基金重大项目, 15万, 2008.9-2010.12

10. 金属微构件激光喷丸延寿的基础研究(200802990004),教育部博士点基金资助项目6万,2009.1-2011.12

11. 激光强化零件疲劳性能的数字化分析技术研究,江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人项目,6万,2009.1-2011.12

12. 数控激光喷丸强化工艺及装备研制(SGY20090026),镇江市工业科技支撑项目,20万,2009.7-2011.6

13. 微尺度激光冲击处理的压力模型、改性机制和工艺研究(BK2009219),江苏省自然科学基金项目,12万,2009.9-2011.12

14. 激光诱导冲击波高应变率板料成形极限图研究(SBK2009203),江苏省自然科学基金项目,9万,2009.9-2011.12

15. 陈明阳. 双模光纤通信系统研究. 江苏省高校自然科学研究项目(08KJB510001)3万元,起止时间:2008.6-2010.12

16. 陈明阳. 微结构光纤及其在光纤激光器中的应用研究. 江苏省博士后资助项目(0802018B) 3万元,起止时间:2008.9-2010.6

17. 陈明阳. 抗弯曲损耗新型单模光纤研究.国家博士后基金资助项目(20080441070),3万元,起止时间:2008.9-2010.7

18. 张朝阳.光电化学微加工与检测技术研究,江苏省博士后资助项目(0801004C) 2万元, 2008.10-2010.10

19. 张朝阳. 电化学-激光掩模电极微加工技术研究,国家博士后基金资助项目(20080431072) 3万元, 2008.10-2010.10


五、 研究成果

1. 节能环保型球团链篦机关键制造技术及应用. 2009年国家科技进步奖二等奖

2. 波导型无源光子器件的理论设计与实验制备研究, 2009年浙江省科学技术奖二等奖

3. 激光冲击强化关键设备与技术研究,2009年军队科技进步奖一等奖

4. 高性能节能环保型发动机的激光珩磨技术与装备, 2008年江苏省政府科技进步二等奖,

5. 节能环保型球团链篦机系列成套装备及关键制造工艺研发,2007年机械工业技术进步二等奖

6. 基于冲击波力学效应的激光冲击成形与强化关键技术研究,2007年教育部提名国家技术发明二等奖

7. 激光冲击波加载下金属材料高应变率成形强化工艺与装置,2006年江苏省技术发明二等奖

8. 高效率激光冲击装置及其应用, 2006年机械工业联合会技术发明二等奖

9. 激光定量测试界面强度理论与技术,2004年机械工业联合会科技进步一等奖

10. 强激光驱动非接触式光接收系统及其工程界面测试技术,2004年江苏省科技进步一等奖

代表性论文

1. J.Z. Lu, K.Y. Luo, Y.K. Zhang, C.Y. Cui, G.F. Sun, J. Z.Zhou, L. Zhang, J. You, K.M.Chen, J.W. Zhong. Grain refinement of LY2 aluminum alloy induced by ultra-high plastic strain during multiple laser shock processing impacts. Acta Materialia. 2010 Doi: 10.1016/j.actamat.2010.03.026. ( SCI收录)

2. Yongkang Zhang,Yongyu Gu,Xingquan Zhang, Jianguo Shi, and Jun Zhou,Study of mechanism of overlay acting on laser shock waves,Journal of Applied Physics,2006,100:103517-1(EI收录,Database: Compendex ,Accession number: 064910294861 )(影响因子2.45,SCI光盘版收录,ISI Number: 110UY)

3. Zhang Yongkang,Chen Jufang,Lei Weining,Xu Renjun,Effect of laser surface melting on friction and wear behavior of AM50 magnesium alloy,Surface and Coatings Technology, v 202, n 14, Apr 15, 2008, p 3175-3179(SCI收录)

4. X.C. Zhang, Y.K. Zhang, J.Z.Lu, F.Z. Xuan, Z.D. Wang, S.T. Tu. Improvement of fatigue life of Ti-6Al-4V alloy by laser shock peening. Materials Science and Engineering A. 2010; 527(15): 3411-3415. (SCI源刊).

5. Y.K. Zhang, X.D. Ren, J.Z. Zhou, J.Z. Lu, L.C. Zhou. Investigation of the stress intensity factor changing on the hole crack subjiect to laser shock processing. Materials & Design.2009;30(7): 2769-2773. ( SCI收录)

6. Y.K.Zhang, J.Z.Lu*, X.D.Ren, H.B.Yao. Effect of laser shock processing on the mechanical properties and fatigue lives of the turbojet engine blades manufactured by LY2 aluminum alloy. Materials & Design. 2009,30(5): 1697-1703.( SCI收录)

7. X.D. Ren, Y.K. Zhang, J.Z. Zhou, J.Z. Lu, L.C. Zhou. Influence of compressive stress on stress intensity factor of hole-edge crack by high strain rate laser shock processing. Materials & Design, 2009;30(9):3512-3517. ( SCI收录)

8. J.Z.Lu*, L.Zhang, A.X.Feng, Y.F.Jiang, G.G.Cheng. Effects of laser shock processing on mechanical properties of Fe-Ni alloy. Materials & Design. 2009,30(9):3673–3678 (SCI收录)

9. Kai-yu Luo, Jin-zhong Lu, Ling-feng Zhang, Jun-wei Zhong, Hai-bing Guan, Xiao-ming Qian. The microstructural mechanism for mechanical property of LY2 aluminum alloy after laser shock processing. Materials & Design 2010,31(6):2599–2603 (SCI收录)

10. 顾永玉,张永康,张兴权,史建国,约束层对激光驱动冲击波压力影响机理的理论研究,物理学报,2006,55(11):58855891 (影响因子1.250,SCI收录,IDS Number: 103IX)

代表性的授权发明专利

(1) 张永康,符永红,蔡兰,叶云霞,发明专利:摩擦副表面的激光复合处理方法。申请号:02138076.7,申请日:2002.8.6,授权公告日:2004.10.20。专利号:ZL02138076.7

(2) 张永康,周建忠,周明,肖爱民,杨继昌,发明专利:一种用于激光冲击处理的柔性贴膜,专利申请号:02138338.3,申请日:2002.9.25。授权公告日:2004.6.2,专利号:ZL02138338.3,证书号 156938

(3) 冯爱新,张永康,周明,谢华琨,蔡兰,发明专利:界面结合强度的准静态激光划痕法测量方法及装置,专利号:ZL02138511.4,申请人:江苏大学,授权日:2006.10.20

(4) 张永康,周明,周建忠,发明专利:“一种激光冲击精密成形方法及装置”,专利申请日:2001.10.19,申请号:01134063.0,公开日期:2002.10.16,专利授权日:2003.11.26。专利号:ZL01134063.0. 证书号 130409

(5) 姚红兵;张永康; ;鲁金忠;李国杰,发明专利:一种激光微加工机光学聚焦系统,专利申请号:200710134556.X,申请日:2007.10.26,授权公告日:2009.09.02,专利号:ZL200710134556.X

(6) 冯爱新,殷苏民,周建忠,张永康,左敦稳,发明专利: 一种激光冲击复合约束层,专利号:ZL100335227C,申请人:江苏大学,授权日:2007.09.05

(7) 张永康,殷苏民,周建忠,鲁金忠,冯爱新,发明专利: 激光冲击三维高防伪无损标识的方法和装置,专利号:ZL100357056C,申请人:江苏大学,授权日:2007.12.26

(8) 周建忠,张永康,张兴权,舒洪红,冯爱新,杨继昌,发明专利:中厚板材激光喷丸成形的方法和装置,申请号:200510040116.9,申请日:2005.05.20专利号:ZL200510040116.9,授权日:2007.12.19

(9) 张永康,顾永玉,鲁金忠,一种基于液晶掩模技术的激光表面冲击加工的方法和装置,专利申请号:200510094161.2,申请日:2005.8.31。专利号:ZL200510094161.2,授权日:2008.11.12

(10) 任旭东,张永康,殷苏民,周建忠,张凌峰,发明专利:一种用于激光冲击处理的可剥离涂料,专利申请号:200610039503.5,申请日:2006.4.13,专利号:ZL200610039503.5,授权日:2009.01.07

六、 学术交流

张永康教授(左一)向徐滨士院士(右一)介绍研究成果

任旭东博士(左一)Peter O'Hara 教授(右一)介绍激光冲击抗疲劳技术

张永康教授(左一)向卢秉恒院士(中)和国家基金委机械学科雷源忠主任(右二)介绍研究成果

杨继昌教授(左一)、张永康教授(右一)向国务院学科班主任杨卫院士(中)介绍研究成果

国家自然科学基金重点项目学术研讨会