本文關鍵詞：脈沖激光表面燒蝕微織構工藝與激光器系統(tǒng)研究　出處：《江蘇大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：激光表面織構技術(LST)屬于激光表面加工處理技術的一種,主要用于優(yōu)化表面摩擦學性能為目的的表面微加工,減少零件表面的摩擦磨損,提高零件壽命,降低機械系統(tǒng)運行能耗。激光表面織構技術以其高靈活性、高效率、低成本、無接觸加工及適用材料范圍廣等優(yōu)異特性,而得到高度關注。為實現(xiàn)表面微織構的主動設計制造,深入揭示激光微加工機理,獲得優(yōu)化的激光工藝組合參數(shù),本文開展了以下主要研究工作。首先,研究納秒脈沖激光燒蝕金屬機理。建立相應理論模型,用于描述納秒脈沖激光與靶材的相互作用,包括靶材的溫度場,靶材的熔化與氣化過程,蒸氣的密度、速度和溫度場,等離子體的電離程度和各粒子的密度分布,以及等離子體對入射激光的吸收率。其次,針對微織構加工的激光參數(shù)要求,采用聲光調(diào)Q模式和平凸型諧振腔,自主成功研制了一臺激光微加工系統(tǒng)中的全固態(tài)Nd:YAG激光器。根據(jù)諧振腔穩(wěn)區(qū)條件,計算了L1-L2的穩(wěn)區(qū)分布,分析了凸面鏡曲率半徑R諧振腔穩(wěn)定性的影響,并通過自洽條件計算了腔內(nèi)光斑直徑。分別測量了對激光器靜態(tài)與動態(tài)輸出功率、激光脈寬和輸出光斑,測得Q開關最大的關斷電流為20.6A,調(diào)Q效率達72.5%,脈寬范圍100ns到250ns,光斑呈高斯分布,圓度為92%。再次,探討了“單脈沖同點間隔多次(SPI)”工藝對激光微織構加工質(zhì)量的影響。采用所研制的固體激光器在靶材表面進行激光微織構工藝實驗,研究激光能量密度、脈沖個數(shù)、不同材料對微凹腔幾何形貌參數(shù)的影響規(guī)律,及分析燒蝕所致表面等離子體對激光吸收率的影響。結果表明:隨激光能量密度增加,微凹腔直徑呈對數(shù)函數(shù)關系增加,而凹腔深度則隨之先增大后趨于平穩(wěn),最后略微下降。作用脈沖個數(shù)對凹腔直徑影響不明顯,但凹腔深度隨之呈線性增加。對比不同材料對微凹腔形貌尺寸的影響,發(fā)現(xiàn)較硬的鉻具有較大的燒蝕閾值;灰鑄鐵中微量元素有利于增大微凹腔的尺寸。根據(jù)凹腔直徑與激光能量密度之間的關系,得出45鋼材料的燒蝕閾值為6.86J/cm2。文中還提出了一種等離子體吸收率的測量方法。最后,從試驗和溫度場模擬角度,分析對比了SPI工藝與同點連續(xù)多次工藝的特點及技術優(yōu)勢。較之同點連續(xù)多次工藝,SPI工藝能最大限度降低激光加工產(chǎn)生的負面熱效應,且多脈沖作用對微織構內(nèi)部形貌具有“平滑”作用;同時,在保證單個脈沖材料去除率的條件下,提高了激光加工高質(zhì)量微織構的總效率。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN248

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本文編號：1319253