激光选区熔化TC4钛合金工艺参数对成形件表面质量的影响

采用正交试验,研究在选区激光熔化快速成形的过程中,激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明,4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距;对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距;对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为：激光功率200 W,扫描速度600 m/s,铺粉厚度0.04 mm,扫描间距0.06 mm。     

深紫外激光对GaN薄膜的激光抛光研究

为了研究157nm深紫外激光的激光抛光加工特性,采用小光斑对GaN半导体薄膜进行了微平面扫描刻蚀.通过探讨激光工艺参量与激光抛光质量的影响关系,得到了最佳的工艺参量范围.结果表明,随着激光抛光扫描速率的增加,材料加工表面粗糙度值Ra逐渐减小,其中扫描速率在0.014mm/s～0.015mm/s处,激光抛光质量最高;而激光抛光扫描间距的减小,或者脉冲频率的增加,都将导致被加工表面粗糙度增大;当脉冲频率取8Hz时,抛光效果较好,表面粗糙度值Ra≈20nm.     

激光抛光DC53淬硬钢试验研究

激光抛光是一种非接触式绿色自动化抛光技术，可以替代传统的抛光技术。为了研究激光抛光对DC53淬硬钢表面质量问题，采用波长为1064 nm的连续激光对DC53淬硬钢表面进行抛光处理，研究了激光抛光后材料的表面粗糙度、硬度、杨氏模量、耐腐蚀性能以及加工表面亚表层微观组织的变化。结果表明：在激光功率为180 W、扫描速度为20 mm/s、扫描间距为0.06 mm时平均粗糙度从4.829μm降低到0.505μm，粗糙度降低约90%，同时抛光后材料的表面硬度及耐腐蚀性能相较于初始样品均有所下降，熔融区硬度下降约40%，自腐蚀电位下降约4%。     

激光毛化对电子标签粘接性能的影响

利用纳秒脉冲激光器对316不锈钢表面进行激光毛化处理,研究激光毛化后材料表面形貌对电子标签粘接性能的影响。通过微机控制万能试验机对粘接结合力进行测量,研究激光毛化对材料表面形貌及粘接性能的影响规律,确定最佳激光毛化工艺参数。激光毛化可有效地提高材料表面粗糙度及接触面积,在最佳激光毛化工艺(激光功率200 W,扫描速度4 050 mm/s,重复频率50 kHz,脉冲宽度270 ns,填充线间距0.081 mm)下,激光毛化后材料表面的粗糙度较未处理前的0.024μm提升到2.406μm;激光毛化后粘接结合力为48.5 N,较未处理的粘接结合力18.2 N提高了166%。     

355nm紫外激光器加工多层柔性线路板盲孔

采用输出功率10 W的355 nm Nd:YVO_4激光器对4层柔性线路板(FPC)进行了盲孔加工实验.重点研究和分析了不同加工方式、功率密度、扫描间距、开/关激光延时等参数对加工结果的影响.得到的优化工艺参数为:第一次采用加工功率3.9 W、频率80 kHz、扫描速度50 mm/s、开/关激光延时20 μs/110 μs、扫描间距18 μm,第二次将加工功率降到1.4 W,其他参数不变,此时,加工盲孔的效果最为理想,重铸层粗糙度为0.889 66 μm,孔底粗糙度为1.063μm,给出了孔底表面的SEM图和针式台阶仪测量的盲孔底面三维轮廓和切面二维轮廓图.     

激光表面织构化对电子标签粘接性能的影响

采用激光对ABS塑料板待粘接表面进行激光表面织构化,以研究其对电子标签粘接性能的影响。采用纳秒脉冲激光处理待粘接表面,在激光共聚焦显微镜下观察激光表面织构化前后基板的表面形貌,并分析激光表面织构化前后基板表面粗糙度变化,利用微机控制电子万能试验机检测激光表面织构化后其粘接表面的结合力,研究激光表面织构化对其表面形貌、表面粗糙度及结合力的影响规律,从而确定最佳激光表面织构化工艺参数。激光表面织构化可有效的提高待粘接表面粗糙度,激光表面织构化后基板的表面粗糙度较未处理前的0.077μm提高到1.222μm;激光表面织构化后的粘接力可到达35.5 N,较未处理表面的11.2 N提升了217%。最终确定最佳的激光表面织构化工艺为激光功率200 W,扫描速度6900 mm/s,重复频率50 kHz,脉冲宽度270 ns,填充线间距0.15 mm。最佳激光表面织构化工艺大幅度提高了材料的表面粗糙度,这使材料的粘接性能显著提升。     

2024铝合金激光除漆参数优化及表面性能分析

为提高激光除漆效率与质量,采用响应面分析法对激光除漆后基体表面粗糙度进行优化研究。通过建立激光除漆工艺参数二次多项式回归模型,验证模型适应性,进一步对比分析最优参数除漆后的基体表面性能。结果表明,激光功率与激光频率对基体表面粗糙度影响显著,扫描速度与扫描次数对表面粗糙度影响较小。当2024铝合金基体的油漆厚度为100μm时,响应曲面分析法得出的最优参数为：激光功率45 W、激光频率400 kHz、激光扫描速度600 mm/s、扫描次数6次。试验测得除漆后基体表面粗糙度S_a为1.739μm,仿真与试验误差率仅有0.6%。对比发现,激光除漆后基体表面宏观形貌高低不平、存在激光扫描痕迹,表面粗糙度S_a从1.319μm增加到1.739μm。从微观层面发现基体表面存在钝化层与隆起的熔融物,局部区域更加光滑平整,基体化学成分没有改变。激光除漆后基体显微硬度从平均141.59 HV降低到130.37 HV,腐蚀速率由原来的0.008 852 0 mm/a减小到0.002 340 4 mm/a,基体显微硬度降低,耐腐性提高。虽然激光除漆后基体表面形貌与表面性...     

飞秒激光烧蚀面齿轮材料的工艺参数影响研究

根据面齿轮材料18Cr2Ni4WA的飞秒激光扫描加工中的温度传递过程，建立了三温传热模型，并建立了扫描加工中的多脉冲能量累积模型。仿真分析了改变激光能量密度对烧蚀材料时电子晶格温度的变化，多脉冲加载下电子、晶格和材料表面最高温度的变化，以及改变扫描速度和扫描间距对加载能量的变化，结果表明随着能量密度的增大，电子最高温度从37000 K上升至44000 K、最终平衡温度从17000 K上升至22000 K。在多脉冲的加载下，随着能量密度的增大，电子最高温度也有一定程度的增大，并且材料表面最高温度的平衡温度也会增大，从2600 K上升至3250 K。随着扫描速度和扫描间距的增大，多脉冲累积能量有一定的减小，能量分布尺度在增大。试验分析了不同能量密度、扫描速度和扫描间距对飞秒激光烧蚀面齿轮材料的影响，并对烧蚀形貌进行了粗糙度分析，结果表明，当能量密度为4.34 J/cm²、扫描速度为300 mm/s、扫描间距为18μm时，烧蚀形貌质量较好。该研究为提高飞秒激光扫描加工面齿轮材料的表面形貌质量提供了研究基础。     

5083铝合金阳极氧化膜激光清洗工艺研究

采用纳秒脉冲光纤激光器对5083铝合金阳极氧化膜进行清洗，对清洗试样的表面形貌、表面粗糙度、元素组成和含量、清洗率及清洗机制等进行分析。研究表明，脉冲频率影响扫描振镜方向的光斑搭接率，激光行进速度影响清洗方向的光斑搭接率，在过高的激光能量下清除氧化膜时会造成基体二次氧化。工艺参数对表面粗糙度的影响规律不同，表面粗糙度随单脉冲能量的增加先增大后减小，随脉冲频率的增加出现两次先减小后增大，随激光行进速度的增加先增大后减小再增大。当单脉冲能量为100 mJ、脉冲频率为9.67 kHz、扫描振镜速度为4000 mm/s、激光行进速度为6.5 mm/s时，5.27μm厚的氧化膜几乎被清洗干净，表面粗糙度为Sa=0.608μm，优于机械打磨表面粗糙度（1.18μm），清洗率达97.14%，与参数优化前相比清洗率提升了2.43%。激光清除5083铝合金氧化膜的机制为热烧蚀、弹性振动剥离和孔洞爆破。     

激光参量对血管支架切缝形貌及粗糙度的影响

为了研究激光加工工艺参量对血管支架切缝形貌以及表面粗糙度的影响，采用不同参量对比分析试验法，开展了心血管支架316L材料光纤激光切割实验，分析了激光脉冲宽度、激光功率和切割速率等不同工艺参量对材料切缝形貌及粗糙度的影响，得出激光切割支架的最佳工艺参量组合。结果表明，不同区域切缝形貌和表面粗糙度存在差异性，其中支架切缝的汽化区厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响，当脉冲宽度为35μs时，支架切缝汽化区厚度最大可达到120μm；支架切缝汽化区粗糙度随切割速率增加先减小后增大，当切割速率为6mm/s时，切缝表面粗糙度值最低为650nm。此研究结果为心血管支架光纤加工的研究及后续光整加工奠定了理论基础。     

基于正交试验和响应面法的激光抛光参数优化

在激光抛光金属材料时,材料表面的粗糙度是评判抛光效果的主要指标。采用正交试验及响应面法进行了激光抛光表面粗糙度试验设计。为了研究离焦量、激光功率、重复频率、扫描速度这四个因素对表面粗糙度的影响,设计了四因素三水平正交试验,对结果进行了极差分析和对比选优。之后利用响应面法设计了四因素三水平的Box-Behnken Design(BBD)试验,建立了表面粗糙度的数值模型,同时得到了优化的抛光工艺参数。正交试验极差优化得到的最低粗糙度为0.1178μm,略高于响应曲面优化得到的0.1112μm。当离焦量为3 mm,激光功率为29.825 W,重复频率为91.451 kHz,扫描速度为1749.794 mm/s时,TC4合金经过激光微抛光后,表面粗糙度由0.3247μm降低至0.1112μm。合适的工艺参数有助于获得良好的激光抛光效果及较低的表面粗糙度。     

镍锌铁氧体复合片材亚纳秒激光切割

镍锌铁氧体复合材料是一种性能优良的吸波材料，同时还具有高柔性和可加工性，广泛用于屏蔽通信中的电磁干扰。为提高铁氧体复合片材的切割质量，采用先进的脉冲激光切割工艺，并选择窄脉宽的亚纳秒脉冲激光为光源。首先改进了激光切割的扫描策略，结果表明，与常规的多遍策略相比，周期性“扫描-冷却”多遍策略显著抑制了热积累，使切缝热影响区宽度从567.39μm减小至249.42μm,降低了56%。在改进的扫描策略基础上，使用响应曲面模型分析激光平均功率(P)、光束扫描速度(v)、“扫描-冷却”每个周期内扫描次数(n₁)3个因素对热影响区宽度和切割效率的综合影响，并进行参数优化。高的平均功率、高的扫描速度和少的扫描次数有利于降低热影响区宽度，同时兼顾切割效率。参数优化结果显示，平均功率19.7～21.1 W,扫描速度1 750～1 800 mm/s,每个周期内扫描20～24次，可以实现在9个周期切断0.2 mm镍锌铁氧体复合片材，切缝热影响区宽度约为200μm。     

飞秒激光诱导TC4表面微观组织研究

为探究超快激光对金属材料的烧蚀特性,利用飞秒脉冲激光加工TC4,研究加工后TC4表面的形貌特点,分析飞秒激光加工金属的作用机理。当激光能量密度为8.05 J/cm2时,用白光干涉和扫描电镜观察不同扫描速度下材料表面的形貌变化。随着扫描速度的降低,表面条纹变深,条纹上方的二级微纳凸起尺寸增大,粗糙度增加,条纹侧面出现经典低空间频率条纹。从高斯光束特点和光斑重叠率角度对各种形貌的形成机理进行分析,高斯光束光斑中心处能量密度高,条纹上方形成凸起,侧面形成经典条纹;当光斑重叠率越大,单位面积内能量密度就越大,表面微结构尺寸也随之增大。     

纳秒激光微织构TC4表面的抑冰性能研究北大核心CSCD

针对航空发动机进气道前缘唇口位置的结冰问题,利用纳秒激光对TC4进行表面微织构,通过扫描电镜观察不同扫描速度下的钛合金表面形貌以及EDS化学成分组成,结合接触角以及低温冷台水滴冻结的实验数据,分析了纳秒激光扫描速度对钛合金表面抑冰效果的影响。结果表明:在激光扫描速度较低的情况下,随着速度的增大,金属表面的粗糙度先增大,直到形成有序排布的凸起与凹陷后粗糙度开始下降,烧蚀效应逐渐减弱,激光加工时钛合金表面的氧化反应程度减轻;表面接触角随粗糙度的增大而增大,在扫描速度为100 mm/s时接触角最大,钛合金表面的抑冰性能最好。     

355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷工艺的研究

紫外激光抛光Al2O3陶瓷可以有效地降低加工中的热影响区、防止微裂纹的产生。为了得到不同激光工艺参量（激光能量密度、扫描速率、扫描间隔）对Al2O3陶瓷抛光表面粗糙度的影响规律,采用单因素实验方法进行了355nm紫外激光抛光Al2O3陶瓷的工艺实验,获得了最优的工艺参量范围。结果表明,当激光能量密度为6J/cm2、扫描间隔为2μm、扫描速率为60mm/s时,抛光后分别获得了较小的表面粗糙度值。这一结果对获得的低粗糙度、高质量的Al2O3陶瓷抛光表面具有指导意义。     

高温合金GH4169水导激光钻孔工艺特性研究北大核心CSCD

为研究水导激光加工工艺参数对材料微孔成型质量的影响,本文以高温合金GH4169为实验材料,利用水导激光设备在不同激光功率和扫描速度下进行螺旋制孔实验。采用白光干涉仪、扫描电子显微镜和能谱仪分别对加工孔的微观形貌、组织结构以及加工前后的元素含量进行测量。实验结果表明,加工过程中产生了重铸层,其厚度在0~10μm之间,重铸层的氧元素含量(22.2%)相比基体的氧元素含量(11%)增加了102%;粗糙度值Ra在实验范围内随着激光功率和扫描速度的增大而减小,在激光功率为41 W扫描速度为1.8mm/s时,获得最小的Ra值为5μm;孔壁面切削形貌特征自上而下分成三层,即光滑细纹层、熔融物附着层、粗纹层。研究结果为进一步提高水导激光精密钻孔工艺提供了理论依据。     

激光选区熔化成型免组装机构间隙设计及工艺优化

为了改善激光选区熔化成型免组装机构间隙结合处的成型质量,制造出具有高表面质量和高致密度的免组装机构,对间隙倾斜面的表面粗糙度进行了理论研究,并对间隙特征进行了设计,分析了激光表面重熔和工艺参数对间隙成型质量的影响。结果表明:间隙倾斜面的表面粗糙度(Ra)理论上由倾斜角和切片厚度两个因素决定,Ra随着倾斜角的增大和切片厚度的减小而减小。采用鼓形孔的间隙特征可以使粉末更容易去除并提高机构的稳定性;采用激光表面重熔工艺,不仅可以提高机构的致密度,也可以改善表面粗糙度。加工过程中,保持激光体能量密度在顺利成型的区域,加工到间隙顶部时,加快扫描速度,能够减少间隙处的挂渣,提高表面质量。采用以上优化条件可以顺利加工出万向节机构,其中外表面Ra=8.25μm,间隙表面Ra=12.47μm,致密度为99.1%。     

光斑搭接率对GH3030合金表面积碳及氧化物清洗质量的影响

采用200 W的纳秒脉冲光纤激光器对GH3030镍基高温合金表面积碳及氧化物进行了激光清洗实验研究,分析了激光光斑搭接率对清洗表面形貌、元素成分、相组成、表面粗糙度以及显微硬度的影响。结果表明：随着激光光斑搭接率从58.33%增大至70.83%,碳元素和氧元素含量均呈现先降低后升高的趋势,镍元素含量则先升高后降低,表面粗糙度先减小后增加。当光斑搭接率为66.67%时,碳元素和氧元素含量均下降到最低值,分别为5.01 wt%和1.40 wt%。同时,镍元素含量达到峰值,为72.96 wt%,表面粗糙度Ra减小至0.229μm,Rz减至1.47μm。改变激光光斑搭接率不会对GH3030高温合金的表面显微硬度产生显著影响。     

纳秒激光刻蚀非等截面微沟槽工艺研究

为提高微沟槽吸液芯的毛细性能，采用V字扫描法在紫铜板上刻蚀非等截面微沟槽，研究激光光斑间距、扫描速度、扫描次数、脉宽和频率等工艺参数对非等截面微沟槽形貌尺寸的影响规律。研究发现，随着激光光斑间距增大，沟槽宽度也随之增大，沟槽深度呈现先增大后减小的趋势，沟槽表面粗糙度则先减小后增大；V字扫描法的路径间距在10～30μm时刻蚀出的沟槽形貌最佳且两端毛细压力差较大；当激光扫描次数为50次，扫描速度为100 mm/s,频率40 kHz,脉宽120 ns时，纳秒激光刻蚀的非等截面沟槽两端毛细压力差较大。该研究可为提高沟槽式均热板的传热性能提供参考。     

激光化学复合抛光工艺参量对304不锈钢性能的影响

为了提高304不锈钢表面抛光质量，采用激光化学复合抛光的方法分别在纯净水和抛光液中对304不锈钢进行抛光实验研究，并对1064nm激光的加工功率和扫描次数对加工区域表面形貌和表面质量的影响进行了分析。气泡对抛光液在不锈钢表面形成的钝化膜产生破坏作用，造成抛光效果不均匀，表面粗糙度增大。结果表明，在抛光液中的激光抛光在抑制表面氧化发黑的同时，能够显著改善表面形貌，表面粗糙度由0.845μm下降到0.181μm；激光化学复合抛光304不锈钢表面质量与抛光功率和扫描次数有密切关系；当抛光功率过高或者扫描次数过大时，304不锈钢表面会产生大量气泡。采用激光化学复合抛光，可以提高不锈钢抛光质量、减少环境污染，该方法具有极大的应用前景。