准分子激光应用于铝合金和不锈钢微抛光的试验研究
准分子激光加工与研磨加工Al2O3陶瓷表面形貌的比较
摘要： 采用 了准分子激光和研磨两种不 同的加工方 法 ， 微构件 常用 的 Ａ ，陶瓷 材料表 面构建表 面微观形 在 １０ 貌． 通过表面轮廓仪测量加工试件表面形貌 ， 采用 自行研制 的表 面形貌参数表征 系统进行表 面形貌统计 参数计算．
提供重要参考依据． 关键词 ： 表面形貌 ； 准分子激光加工 ； 研磨 加工 ； Ｉ ， Ａ 陶瓷 ０ 中图分类号 ：ＨＩ７ １ Ｔ ． １ 文献标 识码 ： Ａ
Ｃｏ ｐａ ｉｏ ｓ ｏ ｈ ２ ３Ｃｅ ａ ｉ ｕ ｆ ｃ ｐ ｇ ａ ｈ ｍ ｒｓ ｎ ｎ ｔ ｅ ＡＩ０ ｒ ｍ ｃ Ｓ ｒａ ｅ Ｔｏ ｏ ｒ ｐ ｙ Ｐｒ ｃ ｓｅ ｙ Ｅｘ ｉ ｅ ｓ ｒ ａ ｄ Ｇ ｒｎ ｉ ｏ ｅ ｓ ｄ ｂ ｃｍ ｒ Ｌａ ｅ ｎ ｉ ｄ ｎｇ
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铝合金激光冲击强化表面改性的研究进展_柳军宁
铝合金激光冲击强化表面改性的研究进展柳军宁*1,2裴峻峰1,2(1.常州大学;2.江苏省油气井口装备工程技术研究中心)摘要介绍了激光冲击强化的作用机理,综述了激光冲击强化对铝合金材料残余应力、疲劳寿命、表面形态和微观结构等机械性能的影响和有限元分析方法在研究中的应用,总结了国内外在该领域的最新研究迸展。
关键词激光冲击强化铝合金机械性能中图分类号TQ05014+1文献标识码A文章编号0254-6094(2011)02-0141-05铝合金比重小,但却有着接近或超过优质钢的强度,具有热膨胀系数低、易于成形、热导率高、成本低廉等优点,广泛应用于航空、航天、汽车、包装、建筑、电子等各个领域。
但是,铝合金也存在诸多问题,如在氯离子及碱性介质存在的情况下,极易发生点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等多种形式的破坏,硬度较低、摩擦系数高、磨损大,容易拉伤且难以润滑导致铝合金耐磨性差。
这些在很大程度上都限制了铝合金的使用范围[1,2]。
国内外对铝及其合金表面进行改质处理的研究很多,这些方法都可改变铝及其合金表面的应力分布、摩擦系数、微观硬度等,以期拓宽其应用范围。
激光冲击波技术利用其极高的冲击压力,对材料作冲击改性处理,在金属的冲击强化处理和材料的冲击精密成型等领域已获得广泛的应用[3]。
笔者主要介绍激光冲击强化(LSP)在铝及其合金表面改性方面的应用和研究进展。
1激光冲击强化的机理激光冲击强化(简称LSP)技术,是利用高功率密度(大于1GW/c m2)的短脉冲(ns级)激光,辐照金属材料表面所产生的高密度等离子体喷射爆炸所形成的冲击应力波(GPa级)来改善材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的一项新技术[4~8]。
激光冲击一般采用钕玻璃、红宝石及YAG高功率激光装置[9](图1),激光功率密度一般大于1G W/c m2,有时可达10T W/c m2。
如此强度的激光与材料相互作用会出现激光等离子体现象,这是一种物理现象。
准分子激光技术发展_邀请论文_
第37卷 第9期中 国 激 光V ol.37,N o.92010年9月CHINESE JOURNAL OF LASERSSeptember,2010文章编号:0258 7025(2010)09 2253 18准分子激光技术发展(邀请论文)余吟山 游利兵 梁 勖 方晓东*(中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031)摘要 介绍了准分子的基本能级结构、光谱特性及产生激光的激励方式。
简要回顾了准分子激光及实用准分子器件的发展历史。
着重阐述了放电激励准分子器件的相关技术,如大能量与大功率技术、高重复频率技术、光束控制技术和激光电源技术等。
分析了准分子激光光刻应用及近期技术发展,介绍了准分子激光在工业、医疗和生产领域的应用。
关键词 激光器;准分子激光技术;放电激励;光刻中图分类号 T N 248.2 文献标识码 A doi :10.3788/CJL 20103709.2253Progress of Excimer Lase rs Technology(Invited Paper)Yu Yinshan You Lib ing Liang Xu Fang Xiao dong(An hui In stitu te of Opt ics an d Fin e M echa nics ,Chinese Aca dem y of S ciences ,Hef ei ,Anhu i 230031,China )Abstract The fundamental characteristics of excimer are introduced briefly and the historic al development ofexcimer la sers is reviewed.The progress of exc imer tec hnology espec ially for disc harge pumped excimer lasers is presented detailedly.The key technologies recently employed to improve the performance of excimer lasers for lithography a re analyzed.The applic ations of discharge pumped excimer lasers in industry,medicine and scientific researc h are a lso discussed.Key wo rds la sers;exc imer lasers technology;disc harge pump;lithography收稿日期:2010 07 02;收到修改稿日期:2010 07 20基金项目:国家科技重大专项资助课题。
金属材料表面的激光抛光研究进展
１ 引
言
现代 制造业 的发 展 ， 对 金属制 品表 面 的要 求越来 越高 。一 些金属 制 品 ， 在使用 前 ， 还 需要对 其表 面做进一 步 的抛 光处理 。而金 属产 品表 面的最后 抛光 ， 不 仅 占到产 品总加工成 本 的 ３ ０ ％， 而且这 项工作 目前大 多数还依 赖手 工抛 光 ， 抛 光 精度 差 、 效 率低 ， 产 品质 量缺 乏一 致性 和稳 定性 ， 选 择和 开发 新 的金属 产 品表面 的抛 光工艺 尤为 重要 。
属 材 料 的 现 状 和 发 展 方 向进 行 了评 价 和展 望 。
关键 词 材 料 ； 金属材料； 激光加工； ９
ｄｏｉ ：】 ０． ３７ ８８ ／ ＬＯＰ５ ２． 】 】 ００ ０】
文献标识码 Ａ
Ｒｅ ｓ ｅａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏｇｒ ｅｓ ｓ ｏｆ Ｌａｓ ｅｒ Ｐｏｌ ｉ ｓ ｈｉ ｎｇ ｏｎ ｔ ｈｅ Ｍｅ ｔ ａｌ Ｓｕｒ ｆ ａｃ ｅ
华 中科 技 大 学 材 料 成 形 与 模 具 技 术 国 家 重 点 实 验 室 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ 摘要 金 属 材 料 表 面 的激 光 抛 光 ， 作 为一种新 型的激光加 工工艺 ， 具有抛光效 率高 、 材料去除效果好 、 材 料 利 用 率 高
等 优 点 。在 介 绍 了 激 光 抛 光 材 料 类 型 的 基 础 上 ， 对 比 分 析 了 金 属 材 料 抛 光 过 程 中所 使 用 激 光 器 的 类 型 ， 论 述 了激 光 抛 光 金 属 材 料 表 面 过 程 中 的理 论 模 型 方 法 ， 详 细 总结 了 激 光 抛 光 金 属 表 面 的 工 艺 参 数 和 抛 光 效果 ， 并 对 激 光 抛 光 金
准分子激光技术在制造业中的应用与发展
准分子激光技术在制造业中的应用与发展一、前言随着现代技术的不断进步，激光技术已经成为制造业的重要组成部分。
其中，准分子激光技术因为其较高的功率、光束质量和频率可调性等优点，被广泛应用于制造业中的各个环节，特别是在微加工、精密加工和材料加工等领域。
本文将从准分子激光的基本原理、应用领域和发展趋势三个方面来讲述准分子激光技术在制造业中的应用与发展。
二、准分子激光技术基本原理准分子激光技术是利用能量量子在分子之间的转换作用来产生激光的一种技术。
在激光的产生过程中，外界能量激发分子内的电子，使其处于高能态，随后分子内的相互作用将高能态的电子-空穴对转换成基态及激光光子。
准分子激光器的光束生成和调制的过程，主要包括两个步骤。
第一步是激励光产生的电离、激发、解离等的反应将分子转化为复合物。
第二步是经过分析的光控制和解离反应可以使复合物分裂成低能态的原子或分子，并伴随着激光光子的发射。
此外，准分子激光器还可以通过改变控制光的波长和强度来控制光的频率和功率，以适用于不同的应用场合。
三、准分子激光技术在制造业中的应用领域(a) 微加工和精密加工领域微加工和精密加工是现代制造业中的重要领域，是指对零件进行高精度的塑性变形和切割。
其中，准分子激光技术具有其特殊的加工特性，能够实现高速、高精度和高质量的零件加工。
以晶片为例，准分子激光器可以实现高品质的微加工和精密加工，特别是在微电子和纳米器件的制造领域中，是一种非常有效的加工工具。
(b) 材料加工领域准分子激光技术在材料加工领域中的应用包括：表面处理、切割、钻孔和打磨等。
准分子激光器可以产生极高的功率，能够吸收金属材料中的电子来使其离子化、熔化或蒸发，达到切割、打磨等目的。
同时，其高质量的光束也能够实现高精度加工，使得材料加工工艺更为快捷、精确、可靠和优化。
(c) 激光成像领域激光成像是在制造业中广泛应用的一种技术，可用于制造业中的各种成像应用，如图像处理、测量和检测等。
304不锈钢激光弯曲的实验研究及数值模拟
３０４不锈钢激光弯曲的实验研究及数值模拟义。
北京航空航天大学与中国科学院力学研究所的王秀风，吕晓东【４¨７】等人预测扫描过程中材料表面的峰值温度以及最终成形角度。
为将来生产加工中激光参数的选择提供依据。
苏余鹏【４８】等人对激光弯曲的内部机理做了更进一步的挖掘。
他们对最被广泛接受的温度梯度机理，反向弯曲机理以及局部增厚机理进行了研究。
发现除了温度梯度是激光弯曲的一个重要诱因以外，材料的厚度对弯曲过程．也会产生重要影响。
在实验中，在激光照射下的一定厚度的材料内部产生了Ｆｏｕｒｉｅｒ定律无法解释的现象，其温度分布并未像理想中那样。
这一发现，对激光弯曲的机理进行了近一步的探索。
除此之外，王秀凤与匈牙利布达佩斯技术与经济大学的ＪａｎｏｓＴａｋａｃｓ以及ＧｙｏｒｇｙＫｒａＵｉｃｓ［４９］也对激光弯曲的机理进行了研究，他们对激光的反向弯曲原理更为关注。
发现在薄板激光弯曲中，激光弯曲的结果不一定都是朝向激光的方向，也会产生背离激光方向的弯曲。
这一结果不但与激光参数有关，还与材料的性质有关。
他们的发现为反向激光弯曲技术做了补充。
江苏大学的丁磊【５０】发现温度变化在是激光弯曲过程中起到重要作用，于是，他对激光弯曲过程中的冷却方式进行了更进一步的研究。
通过在水冷和空气中冷却的环境下，激光功率、光斑大小、扫描次数、扫描速度对激光弯曲角度的影响发现，水冷环境更加适合激光弯曲。
并且利用正交实验方法，比较了各项激光工艺参数对弯曲角度的影响顺序，找到了弯曲最大的激光工艺参数最优组。
最后，又从激光扫描策略上进行了研究。
先后使用了几种不同的扫描方式来比较最终弯曲效果，对今后激光弯曲中的扫描策略的选择提供了一个有效的依据。
大连理工大学的程丽芳【５ｌ】将铝合金板作为激光弯曲的研究对象。
将扫描速度与激光功率这两项激光工艺进行结合，提出功率密度这一影响因子。
并且对铝合金的金相组织进行了分析。
通过实验得到了激光弯曲的临界功率密度值。
铝合金激光焊接的研究介绍
TEM测试
13
案例：6061铝合金激光焊接
6.实验结论
（1）.表面状态对增加低功率铝合金激光焊接的吸光性能及熔深 有一定的作用，但也会带来较多的气孔缺陷；
（2）.焊接参数对焊缝熔深有一定的影响；
（3）.高功率激光焊接接头的硬度明显降低，焊缝力学性能下降， 表现为焊缝的软化； （4）.采用不同的固溶温度及时效温度，对高功率激光焊接接头 进行人工时效，可以降低接头的软化效果。
铝合金激光焊接的研究 介绍
北京工业大学 杨勇维
2015年6月3日
1 2 3
铝合金激光焊基础 案例：6061铝合金激光焊接 铝合金激光焊的研究进展
一、铝合金激光焊基础
原理：利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效 精密焊接方法。 按焊接熔池形成的机理区分，激光焊接有两种基 本模式： 1.热导焊 2.深熔焊
一、铝合金激光焊基础
焊缝熔深较大 能量密度高 总的热输入较小 材料热损伤小 冶金结合强度高
优势
变形较小 接头成形好 焊缝晶粒细小
残余应力小 强度提高
焊接速度快
大规模引入机器人焊接，易实现自动化
一、铝合金激光焊基础
较高初始反射率 反射效应 等离子体屏蔽效应 CO2初始反射率 高达97% 能量损耗高
ห้องสมุดไป่ตู้ 案例：6061铝合金激光焊接
5.焊后时效对焊接接头组织及力学性能的影响
焊缝组织 焊后人工时效，只改变接头中的析出相的种 类及数量，不改变接头的晶粒形态与大小；
450℃*6h+180℃*6h:平均约为60HV，明显低于母材； 显微硬度 时效结果 DSC分析 530℃*6h+180℃*6h:平均约为75HV，与母材接近； 530℃*6h+160℃/200 ℃ *6h:平均约为50HV； 1.180 ℃为一个比较合适的时效温度； 2.不同时效温度，时效不足与过时效均为降 低焊缝力学性能； 530℃*6h+180℃*6h时效后，焊缝中存在 大量的30-50纳米左右，直径几个纳米的 针状β "相，起强化作用。
激光表面合金化的研究进展及其应用
激光表面合金化的研究进展及应用（袁中涛20100110）摘要：激光表面合金化是一种材料表面改性处理的新方法，具有广阔的应用前景。
本文综述了激光表面合金化的研究现状，其中包括激光表面合金化工艺制定的基本原理及工艺分类，合金化涂层的组织特性与性能。
介绍了研究的材料类型及方法，国内外研究重点以及最新研究成果和理论分析，并且简要讲述了激光表面合金化在实际工程中的具体应用及研究展望。
同时本文指出了激光合金化当前研究存在的有待解决的问题和今后需要改进的方向。
关键词：激光表面合金化合金化涂层基体材料冶金结合正文：激光表面合金化是一种既改变表层的物理状态，有改变其化学成分的激光表面处理新技术。
它是利用高能激光束将基体金属表面熔化，同时加入合金化元素，在以基体为溶剂，合金化元素为溶质基础上形成一层浓度相当高、且相当均匀的合金层，从而使基体金属表面具有所要求的耐磨损、耐腐蚀、耐高温抗氧化等特殊性能。
激光表面合金化能够在一些价格便宜、表面性能不够优越的基体材料表面上制出耐磨损、耐腐蚀、耐高温抗氧化的表面合金层，用于取代昂贵的整体合金，节约贵重金属材料和战略材料，使廉价基体材料得到广泛应用，从而使生产成本大幅下降。
与常规热处理相比，激光表面合金化能够使难以接近的和局部的区域合金化，在快速处理的过程中能够有效的利用能源，利用激光的深聚焦在不规则的零件上可得到均匀的合金化深度。
而且具有工件变形小、冷却速度快、工作效率高、合金元素消耗少、不需要淬火介质、清洁无污染、易于实现自动化等优点，具有很好的发展前景。
目前。
激光表面合金化研究领域不仅限于低碳钢、不锈钢、铸铁，而且还涉及到钛合金、铝合金等有色金属[1,2]。
1.激光表面合金化的基本原理和工艺分类1.1激光表面合金化的基本原理激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。
由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的(微米级别)小斑点上，加上它本身强度高.故可以使焦点处的功率密度达到105～1013 W/cm2.温度可达1万°C以上。
准分子激光技术
准分子激光技术准分子激光技术是一种在医学、通信、材料加工等领域广泛应用的激光技术。
在这篇文档中，我们将对准分子激光技术进行深入的探究，从如何发挥准分子激光的作用到其在实际应用中的优缺点，都将被讨论。
1.什么是准分子激光准分子激光是一种半导体激光技术，其激光源通过自由电子与晶体中元素的复合实现激光的产生。
准分子激光是由半导体材料发射而来的光束，它具有窄谱线宽，高输出功率和高频率稳定性等特点，多应用于生物医学、材料加工、三维影像等领域。
准分子激光的产能主要由半导体材料和电极组成，其中半导体材料为硒化镉、硒化锌、石墨烯、半导体铜基、长石石英等。
准分子激光可以通过调整电极间的电压来调节产生的波长和频率。
其产生的激光波长通常借助于芯片上的光栅实现，从而具有均匀的波长信号和小的波长变化。
这也意味着准分子激光相比其他激光更加适合用于实际工业应用。
2.准分子激光的应用准分子激光技术常被用于医学、通信、材料加工等领域的工业应用。
下面具体介绍其主要应用。
（1）医学应用医学中的准分子激光应用比较广泛，如用于肝病、骨质增生、白内障等多种疾病的治疗。
例如，通过将准分子激光蚀刻胶体，能够将病灶切割下来从而治疗肝病。
此外，准分子激光也可用于视网膜手术、冠状动脉介入治疗、皮肤抗衰老等方面，特别是对于皮肤治疗，其副作用较小、恢复快。
（2）材料加工应用准分子激光用于材料加工比较多，由于其产生的光子能量可以直接去除部分表面材料，因此常被用于电子芯片的制造、纳米技术、微型加工等领域。
另外，准分子激光还可用于针对钢铁、铝合金等金属材料的切割和冲孔加工等。
（3）通信应用在通信领域，准分子激光被广泛应用于光纤网络中。
由于准分子激光所发出的波长精确，稳定性好，因此可以产生高级别的同一波包，在光纤网络的传输中可用作控制和解调用的选项。
3.准分子激光的优缺点准分子激光作为一种新型激光技术，其具备一定的优缺点：（1）优点① 准分子激光产生的波长精确，稳定度高，信号质量可靠。
准分子激光的性能研究与应用
准分子激光的性能研究与应用准分子激光是一种利用激光产生的波长短、光束聚焦程度高、功率密度大的特性制造的激光设备。
它具有很高的空间和时间分辨率，广泛应用于物理学、化学、材料科学、生物医学等众多领域。
本文就准分子激光的性能研究与应用进行阐述。
一、准分子激光的原理准分子激光产生的原理是利用高强度激光束作用在非线性晶体上，产生二次谐波，将原有波长缩短一半，从而达到准分子激光的目的。
由于其波长短、功率大的特性，可以在很小的空间内达到很高的能量密度和功率密度，从而被广泛应用于各种领域。
二、准分子激光的性能研究1.功率密度准分子激光的功率密度很高，可以达到每平方厘米1兆瓦的级别，是传统激光的数百倍，对于高密度能量的控制可以实现更高水平的研究。
2.波长准分子激光的波长很短，一般在200-400纳米之间，这使其在光谱研究和材料表面分析等领域大有用途。
同时，其波长短的特性还可以使其用于光刻等领域。
3.时间分辨率准分子激光的时间分辨率达到皮秒级别，可用于研究很多物理、化学、生物体系中的极快过程，同时可应用于微观成像。
三、准分子激光的应用1.生物医学领域准分子激光被广泛用于生物医学领域中的皮肤、眼科、医疗美容等方面。
其功率密度大、能量密度高、波长短的特性，使其在皮肤上产生高度细微的切割，不留痕迹，同时在医疗美容中可用于激光祛斑、激光去皱等方面。
2.材料科学领域准分子激光的波长短、功率密度大、时间分辨率高等特性使其在材料科学中得到广泛应用。
准分子激光可用于制造太阳能电池、光纤、生物医学材料与器械等，同时在表面分析、沉积、去污、刻蚀等方面也发挥着重要的作用。
3.工业领域准分子激光在工业领域中同样得到很好的应用，如航空、汽车制造中的精密加工，电子工业中的光刻等。
四、准分子激光的未来发展准分子激光的未来发展方向主要在完善其功率密度和波长范围等性能，并将其应用范围持续拓展。
随着各种新材料和新设备的不断出现，准分子激光在材料科学、生物医学、光学等领域将发挥越来越大的作用，同时也将有更多的创新应用领域。
准分子激光对304不锈钢表面的改性研究
艺参数 并 分析 处理 后样 品 的硬度 和显 微形 貌之 间的关 系 ， 以为不 锈钢 表面 处理 提供 有效 的参 数 ， 有 可 具
较 大 的实 际应用 意 义 ．
并结合显微形貌来分析硬度与之关系 ． 不同工作 电压和频率下的激光器功率密度如表 １ 所示 ．
收 稿 日期 ： ０ １１—８ ２ １－０１
基金项 目：国家 自然科学基金重点 资助项 目（１３０ ２ ５０２０ ） 作者简介 ：王雪 （９７） １８．，女 ，山东人 ， 硕士研究生 ，研究方向为激光诱导表面改性对金属 及合金表面质量 的影响
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淮 阴师范学院学报 （ 自然科 学 ） Fra bibliotek第 １ ０卷
２ 能 量 密 度 选 择
本 文实 验 中 的激 光 能量 密度选 择借 鉴 了温 度场模 型 ． 择激 光束 热处 理时 ， 以把 金属 表 面 的 吸 选 可
收层视为一个表面热源 ． 在表面不熔化的条件下 ， 表面热源通过 固体传热机制向机体 内部传递热能， 使
准 分 子 激光 对 ３４不锈 钢 表 面 的 改 性 研 究 ０
王 雪 ，潘 风 明
（ 南京航空航天大学 理学 院 ， 江苏 南京 ２ １０ ） １１６
摘 要 ：将 深紫 外波 段 的 ２ ８ｎ ｌ Ｋ Ｆ准分 子激光 作用 于 ３４不锈钢 ， 过调制 激 光能 量 、 ４ ｌ 的 ｒ Ｔ ０ 通 脉
ｃｔ Ｔ ，一［ ｅ 一 一咖赤 ） Ｔ ｈ ｔ ｘ ） （ 】 ｏ ｘ ＝ （ ， ｘ ｐ （ ＋
脉冲光纤激光抛光TC4合金的实验研究与抛光层微观形貌分析
和碎渣的痕迹由此证明了抛光的主要方式是熔化而 不是烧蚀。通过反复进行类似实验，最终得出结论： 当激光脉冲宽度为 ２００～３００ｎｓ的范围内，对空间频 率高于 ２００ｍｍ－１的微型器件有很好的抛光效果，并 且抛光过程主要是通过熔化而不是烧蚀。ＴＡＭａｉ ａｎｄＧＣＬｉｍ等人［１８］使用二倍频 Ｎｄ∶ＹＡＧ激光器对 ３０４不锈钢进行了抛光实验，并通过建立熔化凝固数 值模型来分析抛光过程中熔池的形成与熔池深度的 影响因素。
贺国阳，王 涛
（河北工业大学机械工程学院，天津 ３００３１２）
摘 要：针对 Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ材料的激光抛光工艺进行实验研究，通过改变脉冲式激光的工艺参数设 置，来分析激光参数对抛光工艺效果的影响，主要研究了激光输出功率、离焦量 ｅ和激光光斑 重叠率 δ这三个参数的影响规律与作用机理，并结合试样表面粗糙度测量值 Ｒａ，得出：激光输 出功率为 ３００Ｗ 左右，离焦量 ｅ控制在 ６～８ｍｍ范围内，光斑重叠率 δ在 ７０％ ～７５％范围内 时，脉冲式激光对 ＴＣ４合金材料表面的抛光效果最佳；最后通过光学显微镜测量仪器来分析 抛光后的材料表面形貌与材料抛光层的内部晶格晶粒变化，来分析激光抛光对试样抛光层物 理性质的影响，并对比抛光前后试样表面的进行了硬度测试对比。 关键词：激光抛光；工艺参数；微观形貌；表面粗糙度 中图分类号：ＴＧ１３１；ＴＧ１７８；ＴＮ２４９ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１５０７８．２０２１．０６．０１０
１ 引 言 钛合金 Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ简称 ＴＣ４，是一种具有高比强度、良
好的成形性与耐腐蚀性的 α＋β钛合金，由于其优质的 材料属性与良好的生物相容性而被广泛应用于医疗器械
作者简介：贺国阳（１９９５－），男，硕士，主要从事激光应用方面的研究工作。Ｅｍａｉｌ：２０６０８１７２４７＠ ｑｑｃｏｍ 通讯作者：王 涛（１９６３－），男，教授，硕导，博士后，主要从事机电设备一体化工作。Ｅｍａｉｌ：ｗｔａｏ＿１＠ １６３ｃｏｍ 收稿日期：２０２００９０５
一种激光辅助铝合金化学钝化的装置及加工方法
专利名称：一种激光辅助铝合金化学钝化的装置及加工方法专利类型：发明专利
发明人：孙奇,周建忠,孟宪凯,李鹏飞,汪卉
申请号：CN202111199084.2
申请日：20211014
公开号：CN114059056A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种激光辅助铝合金化学钝化的装置，包括纳秒脉冲激光器、可升降工作台和钝化池，所述钝化池内放置钝化液，所述可升降工作台位于钝化池内，所述可升降工作台上安装铝合金工件，所述铝合金工件位于钝化液液面下方；所述纳秒脉冲激光器用于产生激光束，所述激光束透过钝化液作用在铝合金工件表面，用于铝合金工件表面的钝化。
本发明一方面借助激光的热效应使钝化液温度升高，促进化学钝化反应的发生；另一方面激光作用在金属基材上，金属表层温度升高并熔化，进一步实现均匀钝化，实现提高铝合金钝化质量，增加钝化膜的均匀性和致密度。
申请人：江苏大学
地址：212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
国籍：CN
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248nm准分子激光辅助微铣削加工有机玻璃表面微通道实验研究
248nm准分子激光辅助微铣削加工有机玻璃表面微通道实验研究何凤玺;陈涛【摘要】采用248 nm的KrF准分子激光器对有机玻璃PMMA进行表面微通道的辅助微铣削实验.利用自行研制的实验装置,通过分析铣削过程,研究了激光工艺参数及微铣削工艺参数对铣削微通道底面质量的影响.以微通道沟槽表面粗糙度为质量指标,设计了正交试验方案,用极差和方差分析法比较了各工艺参数对微通道底面粗糙度的影响规律,得到了最优工艺参数组合.结果表明:铣削参数对微通道底面粗糙度的影响明显强于激光参数;基于优化的工艺参数组合加工的有机玻璃微通道底面粗糙度可达Ra50 nm左右,且边缘整洁、通道宽度均匀.%Assisted micro milling experiments of surface microchannels on PMMA by KrF excimer laser at wavelength of 248nm. The influence of laser process parameters and micro-milling process parameters on the quality of milling microchannel bottom surface was analyzed by using the self-developed experimental apparatus. Taking the surface roughness of microchannel as the quality index, the orthogonal experimental scheme was designed. The influence of process parameter on the roughness of the bottom surface of the microchannel was compared with the variance and dissimilarity analysis, and the optimal process parameters were obtained. The results show that the effect of milling parameters on the roughness of the bottom surface of the microchannel is stronger than that of the laser parameters. Based on the optimized combination of process parameters,the bottom surface of processed polymethyl methacrylate microchannels can reach a roughnessof about Ra50 nm,the edge is clean and the width of the channels is uniform.【期刊名称】《电加工与模具》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】6页(P42-46,50)【关键词】准分子激光;激光辅助微铣削;正交试验;工艺参数【作者】何凤玺;陈涛【作者单位】北京工业大学激光工程研究院,北京100124;北京工业大学激光工程研究院,北京100124【正文语种】中文【中图分类】TG665随着微通道广泛应用于DNA分析、血液分析、化学分析[1-4]等多个方面，对于微通道的加工要求越来越高。
铝合金电化学抛光工艺_胡拥军
图 3 电流对抛光的影响 Fig. 3 Current s effect on polishing 最后在此基础上作 了综 合试 验, 工艺 条件 为: NaOH 16 g/ L, PEG 28 mL/ L, Na2CO3 30 g/ L , 酒石酸钠 8 g/ L, 葡萄糖 酸钠 8 g/ L, 电流密度 25 A/ dm2 , 操作电压 6. 5 V, 温度 50 , 抛光时间 15 min。 抛光后铝材表面反射率为 87%、铝 材损耗为 0. 017 4 g/ cm2、溶液 中 Al3+ 浓度为 30 g/ L 时, 抛光 后铝表 面反 射率 仍可达 81%。综 合比较抛光效果、操作 环境、能耗、溶液使 用寿 命、铝 材损 耗和生 产成本等, 此方法与酸性电化学抛光法和经 典碱性电化学抛光法 ( Brytal 法[ 4] ) 相比都有较大的优点 ( 采用 Brytal 法时, 操 作温度为 82 , 电压 10~ 12 V , 抛光时间 30 min, 获得 的反射 率 88%, 铝材 损耗为 0. 021 6 g/ cm2, 且 Al3+ 达到 20 g/ L就不能进行抛光) 。
3结 论
( 1) 选用 PEG 作 光亮 剂 可以 明 显改 善 整 平效 果, 加 快 抛光 速度。
( 2) 加入合适稳定剂可以延长抛光溶液使用周期。 ( 3) 试验获得了最佳工艺条件, 其溶液组成 为: PEG 28 mL/ L、 Na2CO3 30 g/ L、酒石酸 钠 8 g / L、葡萄糖 酸钠 8 g/ L, 操作电 压 6. 5 V, 电流密度 25 A/ dm2 。 ( 4) 采用上述工艺对铝 材抛光 获得的 表面 反射率 高、操作温 度低、工作环境好、铝材损耗 小、生产成本 低, 综合效 果优 于酸性 电化学抛光和碱性 Brytal 抛光。
准分子激光光阑法加工微透镜的工艺研究的开题报告
准分子激光光阑法加工微透镜的工艺研究的开题报告一、题目准分子激光光阑法加工微透镜的工艺研究二、背景和意义微透镜是一种关键的光学器件，可用于光学通讯、某些激光器和光电子器件的成像和聚焦。
传统制造微透镜的方法有玻璃成型、刻蚀和沉积等。
但这些方法制造出的微透镜成本高，且不利于量产。
另外，这些方法的光学品质也受到制造工艺的限制。
近年来，准分子激光光阑法作为一种先进的微细加工技术得到了广泛关注。
它通过激光束的干涉作用，将光强分布调整为所需的分布形态，再利用紫外准分子激光逐点加工得到所需的微透镜。
与传统方法相比，准分子激光光阑法加工微透镜具有工艺简单、加工精度和光学品质高等优点。
因此，在技术和应用需求的推动下，研究准分子激光光阑法加工微透镜的工艺对提高微透镜制造精度、降低成本和促进微透镜在光学领域的推广具有重要意义。
三、研究内容和方法本文主要研究准分子激光光阑法加工微透镜的工艺，包括光阑制备、准分子激光加工过程及后处理技术。
具体内容如下：1. 光阑制备：选用透明度高的光刻胶，采用电子束曝光和光刻工艺制备光阑。
2. 准分子激光加工过程：以已制备好的光阑为掩码，采用紫外准分子激光逐点加工得到微透镜。
3. 后处理技术：主要包括去除光刻胶和表面光滑处理。
研究方法主要采用实验室制备微透镜的方法，通过调整光刻胶厚度、紫外激光功率和扫描速度等工艺参数对微透镜加工影响进行研究。
通过SEM和AFM等仪器分析微透镜的加工精度和表面质量。
最后，对加工得到的微透镜进行光学测试，评估其光学性能。
四、预期成果1. 研究准分子激光光阑法加工微透镜的工艺，掌握微透镜的制备技术和加工方法。
2. 对微透镜加工过程中工艺参数的影响进行了深入探究，对微透镜的加工精度和表面质量进行了优化。
3. 实现对微透镜的快速、高精度加工，为微透镜的工业化生产提供了技术支持。
4. 制造出光学性能稳定的微透镜，为微透镜在光学通信、激光器和光电子器件中的应用提供了技术保障。
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准分子激光应用于铝合金和不锈钢微抛光的试验研究∗陈涛，刘勋，左铁钏国家产学研激光技术中心，北京工业大学激光工程研究院，北京：100022摘要：本论文对深紫外波段的248nmKrF准分子激光应用于铝合金（7075）和不锈钢（304）的微抛光进行了研究，简要分析了激光微抛光的机理，并且对合金材料进行试验研究，探讨微抛光效果和激光参数之间的关系。
试验中改变激光工作电压，激光脉冲频率和激光脉冲数三个实验参数，对抛光后的样品测量表面粗糙度。
通过试验研究，得到应用准分子激光对两种合金材料进行抛光时可达到的最小粗糙度。
关键词：准分子激光，激光抛光，铝合金，不锈钢Research of Micro Polishing on Aluminum alloy and Stainless steel by Excimer laserCHEN Tao, LIU Xun, ZUO TiechuanNational Center of Laser Technology, Beijing University of Technology, College of Laser Engineering, Beijing: 100022 Abstract: Micro polishing of alloys by excimer laser was researched in this paper. The mechanics of laser micro polishing was analyzed and experiment on alloys was made for studying the relationship between polish’s effects and laser’s parameters. The laser source is 248nm KrF excimer laser. The alloys were Aluminum alloy 7075 and Stainless steel 304. Test materials were polished, with changing the laser working voltage, pulse frequency and pulse count, and their surface roughness were measured by profile meter. Through experiment, the maximal surface roughness could be obtained as for alloys in use.Keywords: Excimer laser, Laser polishing, Aluminum alloy, Stainless steel引言抛光在近代加工技术发展中是十分重要的工艺环节。
随着工业化程度的提高和广义经济活动的加剧，抛光工艺不断产生和丰富，形成了针对不同材料和加工要求的多种方式。
研磨抛光（机械）、化学抛光、电解抛光、火焰抛光等等。
已有的抛光方法中，抛光液、磨料、磨具和加工工件都有接触，这种接触一方面可能对材料产生机械变形和其他作用，另一方面表面导致的污染物容易产生表面锈蚀、着色等化学影响，需要进行镀膜等后续表面处理工艺。
激光抛光是随着激光技术的发展而出现的一种新型材料表面处理技术，它是用一定能量密度和波长的激光束辐照特定材料，使其表面薄层物质熔化或蒸发而获得光滑表面。
激光抛光可以抛光传统方法很难或根本不可能抛光的、具有非常复杂形貌的表面，是一种很有前途的新型材料加工技术。
激光微抛光技术的研究以激光对玻璃微抛光的研究作为开始。
Y. M. Xiao and Michael Bass，采用300 CW CO2激光对熔融石英和Pyrex玻璃进行抛光，是激光抛光研究的较早报道[1]。
他们有意识地用600号砂纸打磨Pyrex玻璃，然后用光束直径是11mm的CO2激光进行照射。
实验结果表明激光抛光可以对砂粒磨痕进行有效消除。
西班牙学者guarta课题组同样采用CO2激光为抛光工具，抛光光学材料（TRC-33）表面，RMS方均根值从初始约500nm到最后低于10nm [2-4]。
日本东海大学电子工程系Masataka Murahara等人采用了光化学辅助反应的抛光机理[5]，采用ArF准分子激光通过石英片辐照在碳氟化合物基盘上。
在他们报道中，该方法获得的研磨粗糙度达到1nm。
土耳其安卡拉中东技术大学物理系M. Udrer等，采用10WCO2激光对石英光纤的端面进行了抛光试验研究[6]。
在140 W/cm2参数下，获得最佳辐照时间为6秒。
最后获得了300nm~1µm的粗糙度。
其采用原子力显微镜获得的照片结构表面熔化机理在抛光过程中是非常明显的。
英国赫瑞特瓦特大学工程和理学院Krzysztof M. Nowak等，也报道了采用CO2激光抛光石英光学元件的研究[7]。
我国华中科技大学和华南理工大学的科研人员，也开展了激光抛光技术的相关研究[8-9]。
在以上基础上，我们使用准分子激光，对铝合金（7075）和不锈钢（304）两种合金材料进行微抛光试验，探讨微抛光效果和激光参数之间的关系。
1.抛光试验对铝合金（7075）和不锈钢（304）在一组激光参数下的进行实验，对比抛光效果，所使用的激光源为德国Lambda-Physik公司LPX305iF准分子激光，使用WKYO NT1100对样品的表面粗糙度进行测量。
我们首先对试验材料铝合金（Aluminum alloy 7075）和不锈钢（Stainless steel 304）的母材进行表面粗∗国家自然科学基金重点资助项目（50335050），北京市属市管高等学校人才强教计划资助项目糙度的测量，观察表面情况，测量结果见图1。
由测量结果得到母材的表面粗糙度分别为铝合金556.73nm ，不锈钢139.63nm 。
a b 图1.母材的形貌图（a.铝合金7075，b.不锈钢304）Fig1.Pattern of base metal （a.Aluminium alloy 7075, b.Stainless steel 304）实验参数为准分子激光工作电压（与激光脉冲能量成正比），激光脉冲频率和激光脉冲数。
每个参数选用3个值，即电压为23KV 、19KV 和15KV ；频率为1Hz 、5Hz 和10Hz ；作用脉冲数为1、5和10。
全部参数组合为实验参数，因此每种材料的抛光实验次数有27次。
掩模大小为5mm ×5mm ，对抛光面积的粗糙度进行测量，得到铝合金和不锈钢在不同的试验条件下的粗糙度情况，分别见图2和图3，其中f 表示激光频率，Ra 表示表面粗糙度，n 表示激光脉冲数量。
R a (n m )f(Hz)R a (n m )f(Hz)R a (n m )f(Hz)a b c图2.铝合金抛光后的表面粗糙度（工作电压分别为：a.23kV，b.19kV ，c.15kV ）Fig2. Surface roughness of polished Aluminum alloy 7075 (Working voltage: a.23kV , b.23kV , c.23kV)R a (n m )f(Hz)R a (n m )f(Hz)R a (n m )f(Hz)a b c图3.不锈钢抛光后的表面粗糙度（工作电压分别为：a.23kV ，b.19kV ，c.15kV ） Fig3. Surface roughness of polished Stainless steel 304 (Working voltage: a.23kV , b.23kV , c.23kV)由图2和图3可以看到，对于同一种合金材料，当激光参数发生变化时，抛光后得到的表面粗糙度差别很大。
部分试验条件下测得的抛光后的表面粗糙度比母材的表面粗糙度更大，效果降低，没有起到抛光作用。
这说明，对于同一种合金材料，并不是所有的激光参数都会起到微抛光的作用和效果，只有几组试验参数可以实现对材料的抛光。
在本试验中，对于铝合金7075，最佳的试验参数为激光工作电压15kV，激光频率10Hz，脉冲个数1，得到的表面粗糙度为493.41nm；对于不锈钢304，最佳的试验参数为工作电压15kV，激光频率5Hz，脉冲个数10，得到的表面粗糙度为122.61nm。
这两个试验结果的照片和表面粗糙度测量结果见图4和图5。
通过对实验结果的分析，我们可以看到，对于铝合金7075和不锈钢304这两种材料，微抛光后的样品粗糙度可以达到100nm量级，超过了普通机械加工达到的粗糙度。
ab图4.试验照片（a.铝合金，b.不锈钢）Fig4. Photographic of experimental samples （a.Aluminium alloy 7075, b.Stainless steel 304）a b图5.表面粗糙度测量结果（a.铝合金，b.不锈钢）Fig5. Measured value of surface roughness (a.Aluminium alloy 7075, b.Stainless steel 304)2.抛光机理初步分析通过前面的实验，我们对准分子激光的微抛光机理进行初步分析，并提出可能的机理模型。
对于激光抛光机理而言，去除作用、变形作用和二者的复合作用，都可作为激光抛光的机理。
另外，高强激光对材料表面烧蚀产生的反冲压作用，也促进抛光和表面性能强化的效果。
当准分子激光束聚焦于材料表面时，会在很短的时间内在近表面区域积累大量的热，使材料表面温度迅速升高，当温度达到材料的熔点时，表层物质开始熔化，当温度进而达到材料的沸点时，表层物质开始蒸发，而基体的温度基本保持在室温。
当上述物理变化过程主要为熔化时，材料表面熔化部分各处曲率半径的不同使熔融的材料向曲率低的地方流动，各处的曲率趋于一致。
同时，固液界面处以每秒数米的速度凝固，最终获得光滑平整的表面。
当上述物理变化过程主要为蒸发时，激光抛光的实质就是去除材料表面的薄层物质[10]。
通过以上分析，我们认为可以运用热软化应力再分布模型来解释准分子激光微抛光的机理。
对于准分子激光抛光来说，要实现较好的抛光效果，尽可能改善材料的粗糙度，就应当在试验中努力满足下面三个条件——材料表面薄层软化、均匀光压和光压产生横向位移平移。
准分子激光微抛光过程示意图参见图6，其中A 表示准分子激光的均匀光波面，B 代表被抛光材料，C 代表准分子激光与材料相互作用过程中所产生的热软化应力。
图6.准分子激光微抛光过程示意图 Fig6. Process of excimer laser micropolishing准分子激光经过均匀化处理后，辐照在被抛光的材料表面，这是材料处于激光束产生的光压作用之下。