發(fā)布時(shí)間：2021-07-04 14:09

　　激光毛化是一種表面工程技術(shù),其具有加工質(zhì)量?jī)?yōu)良、可控性高、毛化坑點(diǎn)一致性好且加工過(guò)程無(wú)污染的特點(diǎn),并且經(jīng)激光毛化的金屬板具有優(yōu)良的表面涂鍍性能,且耐磨損、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng),目前該技術(shù)在航天航空、裝備制造等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文針對(duì)現(xiàn)有激光毛化裝備存在輸出模式單一,激光參數(shù)調(diào)節(jié)范圍較小的不足,提出了一種固態(tài)雙模式激光毛化裝備的研制方案,并針對(duì)TC4鈦合金開(kāi)展激光毛化工藝實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果為T(mén)C4鈦合金表面高質(zhì)量可控激光毛化提供了工藝參考。基于該研制方案,采用偏振調(diào)制技術(shù)和激光放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微秒級(jí)和納秒級(jí)同步輸出及切換輸出的復(fù)合脈沖激光器。在脈沖同步輸出振蕩級(jí)中,微秒脈沖能量為27.18mJ,納秒脈沖能量為25.58mJ;經(jīng)過(guò)脈沖放大后,微秒脈沖能量為421mJ,納秒脈沖能量為335mJ。在脈沖切換輸出振蕩級(jí)中,微秒脈沖能量為92.7mJ,納秒脈沖能量為46.1mJ;經(jīng)過(guò)脈沖放大后,微秒脈沖能量為1243mJ,納秒脈沖能量為1107mJ。在激光器的基礎(chǔ)上,研制了固態(tài)雙模式激光毛化裝備�；谧孕醒兄频募す饷b備,采用單因素分析法針對(duì)TC4鈦合金試件開(kāi)展了表面形貌、粗糙度和潤(rùn)濕性工藝試驗(yàn)。在探... 

【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

多棱鏡頭掃描分光裝置[26]

第1章緒論3數(shù)[26]。華中科技大學(xué)的周樂(lè)等人提出了多棱鏡掃描分光的CO2激光毛化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案，提高了激光毛化效率的同時(shí)改善了毛化坑點(diǎn)的均勻性[27]。圖1多棱鏡頭掃描分光裝置[26]隨著全固態(tài)激光器的發(fā)展和成熟，越來(lái)越多的毛化裝備使用LD泵浦的全固態(tài)激光器作為激光源。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)的曹澤新等人將LD抽運(yùn)聲光調(diào)QNd:YAG激光器引入激光毛化裝備中，研制出效率高、性能優(yōu)良的激光毛化裝置[28]。天津大學(xué)的楊成娟等人采用納秒級(jí)窄脈沖Nd:YAG激光毛化加工系統(tǒng)，在鈦合金表面分別構(gòu)建了點(diǎn)狀、線(xiàn)狀和柵格狀的微結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了潤(rùn)濕性與表面形貌之間的相關(guān)性[29]。圖2納秒級(jí)窄脈沖激光毛化加工系統(tǒng)[29]與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)光纖激光毛化技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。華中科技大學(xué)的鄢然采用光纖激光毛化裝備，配合一個(gè)高效的隨機(jī)數(shù)算法產(chǎn)生了隨機(jī)頻率與隨機(jī)占空比的脈沖調(diào)制信號(hào)，在材料表面形成隨機(jī)無(wú)序分布的毛化坑點(diǎn)分布，滿(mǎn)足了表面各向同性亞光的要求，拓展了激光毛化技術(shù)中無(wú)序毛化的內(nèi)容[30]。清華大學(xué)的譚向虎等人采用光纖激光器和快速掃描系統(tǒng)構(gòu)建毛化裝備，對(duì)GMW2鋼板進(jìn)行高速激光毛化試驗(yàn)，通過(guò)高速激光掃描過(guò)程中產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力形成微凸體，補(bǔ)充了毛化坑點(diǎn)成型的相關(guān)理論[31]。為改善激光毛化加工的精細(xì)度，國(guó)內(nèi)在近年來(lái)也將目光聚焦于超短脈沖激光毛化方向，上海交通大學(xué)的周玉等人采用皮秒激光毛化裝備針對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行激光毛化研究，通過(guò)工藝試驗(yàn)選取了最佳的激光功率，重復(fù)頻率、掃描速

第2章基本理論6表2.1速率方程相關(guān)參數(shù)激光晶體長(zhǎng)度l(mm)激光晶體截面半徑wp(mm)輸出鏡反射率R諧振腔損耗ΔL(cm-1@1064nm)諧振腔的光學(xué)長(zhǎng)度lc(mm)4050.90,0.80,0.600.003200反轉(zhuǎn)因子γ光速c（m/s）小信號(hào)占比ξ增益介質(zhì)上能級(jí)壽命τc(μs)泵浦時(shí)間wt(μs)12.98*1081.0*10-12230100,200,300峰值泵浦功率Win(W)泵浦光波長(zhǎng)λ(μm)泵浦光子速率vp(Hz)受激發(fā)射截面σ(cm2)調(diào)Q延時(shí)tdelay(μs)24000.8083.71*1014@808nm2.8*10-19240通過(guò)求解脈沖泵浦速率方程，獲得腔內(nèi)光子數(shù)密度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)如圖2.1所示，其中圖2.1a)所示為在泵浦時(shí)間wt=300μs情況下，輸出鏡透過(guò)率T=10%、20%、40%對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)，圖2.1b)所示為輸出鏡透過(guò)率T=40%情況下，泵浦時(shí)間分別為wt=100μs、200μs、300μs對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)。a)b)圖2.1自由運(yùn)轉(zhuǎn)模式腔內(nèi)光子數(shù)密度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)a)輸出鏡透過(guò)率組b)泵浦時(shí)間組如圖2.1a)所示通過(guò)對(duì)比輸出鏡透過(guò)率，發(fā)現(xiàn)輸出鏡透過(guò)率越小，腔內(nèi)光子越容易起振，且脈沖前端的尖峰脈沖振蕩越明顯。這是由于在泵浦時(shí)間一定的情況下，輸出鏡透過(guò)率越小，越容易在腔內(nèi)建立諧振關(guān)系。還可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)腔內(nèi)光子穩(wěn)定的情況下，輸出鏡透過(guò)率越小，腔內(nèi)光子數(shù)密度越大，這是由于在相同泵浦能量情況下輸出鏡透過(guò)率越小，則輸出的光子數(shù)越少，而保留在腔內(nèi)的光子數(shù)越多。由圖2.1b)可以發(fā)現(xiàn)在不同泵浦寬度情況下腔內(nèi)光子數(shù)密度變化趨勢(shì)一致，區(qū)別在于腔內(nèi)光子數(shù)密度維持穩(wěn)態(tài)時(shí)間受泵浦寬度決定，泵浦寬度越寬則腔內(nèi)光子數(shù)密度維持穩(wěn)態(tài)時(shí)間越長(zhǎng)。通過(guò)求解脈沖泵浦速率方程可以得到腔內(nèi)光子數(shù)密度變化過(guò)程，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了在脈沖泵浦情況下自由運(yùn)轉(zhuǎn)模式輸出為矩形脈沖。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]準(zhǔn)連續(xù)LD泵浦電光調(diào)Q Nd:YAG激光器的研究[D]. 李楚鐘.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2018
[2]光纖激光復(fù)合織構(gòu)形貌的數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究[D]. 李進(jìn).江蘇大學(xué) 2017
[3]LD抽運(yùn)單頻Nd:YAG激光器頻率調(diào)諧技術(shù)研究[D]. 劉柳.西安理工大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3264934