材料表面激光抛光技术研究进展∗

抛光技术是现代制造产业的关键技术之一,现代制造工艺的发展对材料抛光精度的要求已经达到了微纳级。 与传统抛光技术相比,激光抛光技术更容易满足工业要求,并且适用于金属、陶瓷、玻璃等多种材料,在抛光加工领域受到了国内外学者的广泛关注。 综述了近年来不同材料激光抛光技术的研究进展;针对激光抛光过程中产生的热应力,分析了工艺参数以及温度变化对激光抛光效果的影响,探讨了新型的激光抛光技术,梳理了将激光抛光与其他抛光技术进行有效复合的方法与观点。 按照不同的材料,归纳了激光抛光技术的作用机理,并阐述了激光抛光技术的优缺点,最后对激光抛光技术的未来发展进行展望。 对于目前激光抛光研究中尚未解决的问题以及未来不同材料的激光抛光技术的研究方向具有指导意义。     

S136D模具钢表面双激光抛光技术研究

目的 改善S136D模具钢的表面粗糙度.方法 提出一种双激光抛光方式,采用两种不同的激光光束对S136D模具钢表面进行抛光实验.先采用较高能量的连续激光对材料表面进行抛光处理,使其表面粗糙度大幅度降低,再使用脉冲激光对S136D模具钢表面进行第二次抛光处理,进一步降低表面粗糙度.结果 采用连续激光抛光,可将表面粗糙度由7.973μm降低至0.872μm,摩擦系数由初始表面的0.650降低至0.609.采用双激光抛光,粗糙度进一步降低至0.67μm,总降低率达91.6％,摩擦系数为0.590,耐摩擦性能进一步提高.在激光作用下,重熔区域、热影响区域以及退火区域的总厚度为175μm左右,重熔区域、热影响区域的硬度和杨氏模量均高于基体,退火区域的硬度和杨氏模量略低于基体.结论 通过优化连续激光(P=190 W,v=30 mm/s,D=0.05 mm)和脉冲激光(P=30 W,v=20 mm/s,D=0.04 mm)的各类参数,双激光抛光技术可以显著降低材料的表面粗糙度,而且能有效地提高表面硬度和杨氏模量,并降低材料表面的摩擦系数和磨损量,提高材料表面的耐摩擦性能.     

激光抛光机理及应用

介绍了一种新型材料表面处理技术——激光抛光，并对其机理、优点、应用实例等相关内容作了简要阐述。     

光纤激光单道抛光模具钢的工艺参数研究北大核心

为提高效率、降低劳动强度,采用激光抛光技术进行表面抛光。使用激光辐射熔化材料层,通过材料自身的表面张力将熔化的材料均匀地分布在表面上。以9CrWMn模具钢为研究对象,使用波长为1 080 nm的光纤激光,以激光功率、扫描速度、离焦量作为影响抛光效果的变量,设计一组正交试验,对工件进行激光单道抛光试验,并分析试验后工件表面单道抛光痕迹。结果表明:在负离焦量的情况下,提高抛光速度、适当降低功率可提高抛光后的表面平整程度。     

硬度对塑料模具钢抛光性能的影响

采用磨削试验、手工抛光和PVA抛光砂轮抛光试验,对P20钢和S45C钢在不同热处理硬度条件下的抛光性能做了对比研究。结果表明:在磨削试验条件下,2种钢表面粗糙度值随硬度的增加而降低,其中S45C钢的表面粗糙度值低于P20钢。再经抛光后,2种钢表面粗糙度值基本保持随硬度的增加而降低的趋势,但是,无论是在手工抛光还是PVA砂轮抛光条件下,P20钢的表面粗糙度值均低于S45C钢。     

模具45#钢电化学抛光电解液的选择

介绍了对适合模具45#钢电化学抛光的多种电解液进行的筛选,采用正交实验法选择了复合电解液的配比.     

激光抛光表面形貌的误差复映规律

目的探究激光抛光工艺中的表面形貌误差复映规律。方法首先采用纳秒光纤激光对不锈钢表面进行标刻加工制备微结构,再通过纳秒光纤激光对预制微结构的表面进行抛光加工,通过超景深显微镜测量加工后的表面形貌,分析表面形貌随加工参数的变化规律。其中纳秒光纤激光波长为1064 nm,脉宽约200 ns,最大激光功率为20 W。进行标刻时,激光功率设置为18 W,激光脉冲频率为20 kHz,扫描速度500 mm/s,通过多次重复标刻在不锈钢表面标刻出一定深度的凹槽。采用低功率(6、4、2、1、0.2 W)的纳秒激光对预制的局部微结构进行激光抛光处理,抛光过程的扫描线间距设置为10μm,扫描速度设置为200 mm/s,对包含凹槽的2 mm×2 mm的区域进行两次抛光处理。结果经标刻加工的微凹槽周围存在较大的边缘凸起;激光抛光能够有效降低凹槽边缘凸起高度,选择合适的抛光参数可将凹槽边缘凸起高度降低到2μm以下。对于高度大于10μm的边缘凸起,在激光功率大于2 W时,抛光后的边缘凸起高度随激光功率的增大而线性减小;在激光功率小于2 W时,边缘凸起高度随激光功率变化不明显。对于高度小于10μm的边缘凸起,激光抛光存在抛光饱和的现象——凸起高度随激光功率密度变化不明显。结论已有微结构的不锈钢表面经激光抛光会形成残留微结构,从而表现出一定的形状复映规律。经抛光处理后的沟槽边缘凸起的高度随着所使用的激光能量密度的增大而减小,基本服从线性变化规律。     

连续激光高速抛光冷作模具钢的表面粗糙度及性能

目的解决连续激光高速抛光模具钢的表面质量与效率问题。方法将连续激光高斯光束通过缩束镜和DOE衍射整形器,转变成平顶激光光束。通过激光抛光工艺参数的优化,将光斑直径为470μm的平顶连续激光束,以之型与方波型组合扫描路径和500 mm/s的高速扫描速度,抛光冷作模具钢Cr12MoV,并通过白光干涉仪和SEM电镜检测其表面性能。结果连续激光高速抛光可将表面粗糙度由原始的1.942μm快速降低至0.26μm,抛光效率比传统机械抛光提高了67%,比人工抛光提高了94%,表面显微硬度提高了125%。结论工艺试验表明,连续激光的光斑扫描路径和直径对抛光表面质量产生深远的影响,对冷作模具钢进行高速抛光时,需要对激光功率、光斑直径、扫描速度、扫描路径和扫描间距等激光加工参数进行优化,在达到相同质量效果的前提下,抛光效率是传统机械抛光效率的8倍以上,是熟练技师人工抛光效率的30倍以上。同时,连续激光抛光显著提高了模具钢的表面显微硬度,无任何污染,是一种绿色制造技术。     

模具表面抛光技术的研究进展

论述了模具表面抛光的重要性，介绍了几种不同抛光方法及每种抛光方法的特点，并从不同方面对几种加工方法做出了比较。指出今后模具抛光的发展方向及重点。     

40Cr钢表面激光合金化及其在螺杆强化中的应用

在40Cr钢表面进行Co/W合金、超细WC(2～3 μm)两种材料激光合金化的试验,检验了合金化层的组织和性能,通过与气体渗氮层的比较,表明激光合金化可以得到晶粒细化,稀释率低,与基体结合牢固的表面强化层.合金层的显微硬度、耐磨损等性能比气体渗氮有不同程度的提高.40Cr钢的注塑机螺杆经激光合金化强化后使用寿命比气体渗氮提高了两倍,显示了良好的应用前景.     

激光表面微织构工艺试验及应用研究

在声光调Q二级管泵浦固体光源Nd:YAG激光器基础上,采用"单脉冲同点间隔多次"激光微加工工艺,对45#钢试样表面进行激光微织构加工。分析了离焦量、泵浦电流、重复频率及重复次数对微织构形貌的影响规律。工艺试验表明,微凹腔的直径和深度随着泵浦电流的增大而增大,随着重复频率的增加呈减小的趋势,微凹腔深度随脉冲次数的增加呈近似线性增加,而微凹腔直径呈缓慢减小趋势。通过对某型号四缸汽油机的台架性能试验研究,表明与传统平顶机械珩磨相比,采用激光珩磨技术的汽油机机油耗要比原机降低56%,燃油耗降低1.94%~4.5%。     

基于MOGWO的45#钢表面激光抛光工艺参数多目标优化

目的 提高45^#钢表面激光抛光后的成形质量,提出一种激光抛光工艺参数多目标优化方法。方法 构建基于功率、扫描速度、搭接距离的三因素三水平激光抛光试验,并分别应用粗糙度测量仪、显微硬度计和超景深三维显微镜测试抛光层的粗糙度、显微硬度和抛光层深度。基于试验数据,分别应用指数模型和二阶响应面模型构建抛光工艺参数与表面粗糙度、显微硬度、抛光深度的回归预测模型,并对2种模型的预测精度进行对比分析。采用多目标灰狼优化算法(MOGWO)结合优劣解距离法(TOPSIS)-CRITIC综合评价决策体系对抛光工艺参数进行寻优和多属性决策。结果 二阶响应面模型具有更高的预测精度,能够更好地反映激光抛光工艺参数与各响应目标之间的映射关系。当功率为113 W、扫描速度为3 m/min、搭接距离为0.13 mm时,粗糙度值Ra从11.563 μm降至5.713 μm,降幅为50.59%,显微硬度从185.9HV0.5升至364.7HV0.5,升幅为96.18%,此时的抛光深度为0.051 mm,最大相对误差为7.84%。结论 此方法可以为其他金属材料表面激光抛光质量预测模型的构建及工艺参数寻优提供借鉴。     

激光再制造技术及其工业应用

针对机械装备修复技术，阐述了激光再制造技术概念及激光再制造系统构成：三维激光光束头、三维激光涂敷系统、CAD／CAM软件和控制检测系统。展示了30层连续熔敷后的组织形貌，说明组织和硬度都比较均匀，并介绍了若干激光修复工业应用实例。     

钢铁材料表面自纳米化技术研究及应用展望

介绍了钢铁材料表面自纳米化的研究现状、纳米晶化机制和表面自身纳米化技术的应用前景,表明表面自身纳米化能显著提高钢铁材料的表面强度,硬度、耐磨和耐疲劳性能,在化学热处理和电化学防护方面也展示了广阔的应用前景.     

密封面激光表面淬火工艺的应用研究

研究了35CrMo钢密封面的激光表面淬火工艺、淬火层的组织及硬度分布，探讨了用激光表面淬火技术取代渗氮处理的可能性。结果表明，对工件形变要求严格的密封表面，采用激光表面淬火工艺进行强化处理是可行的。