發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 16:45

　　 牌號(hào)為Al99.7的重熔用鋁錠是鋁及其合金產(chǎn)品生產(chǎn)過程中重要的原材料。鋁錠生產(chǎn)過程中每垛鋁錠需粘貼內(nèi)含生產(chǎn)信息條碼的標(biāo)簽紙,這種方式成本高、浪費(fèi)大。使用脈沖激光可清晰的將標(biāo)簽所包含的信息直接標(biāo)刻于鋁錠表面成本低、無浪費(fèi)成為傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的替代選擇。目前,普遍認(rèn)為納秒級(jí)脈沖激光材料損傷主要通過熱作用實(shí)現(xiàn),在熱能作用下能夠使鋁材表面發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化。調(diào)節(jié)脈沖激光器控制參數(shù)能夠在Al99.7鋁表面獲得從白、灰至黑不同顏色深度的圖形,但是脈沖激光標(biāo)刻Al99.7鋁表面著色的關(guān)鍵因素未知。鑒于此,本文通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合理論分析的方法對(duì)納秒脈沖激光標(biāo)刻Al99.7鋁中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究,主要涉及以下幾個(gè)方面:(1)根據(jù)脈沖激光工作原理對(duì)激光主要控制參數(shù)進(jìn)行了整合。整合后的激光作用參數(shù)主要包含單脈沖能量、掃描線間距和脈沖重疊次數(shù)。通過單因素實(shí)驗(yàn)獲得了激光作用參數(shù)對(duì)Al99.7鋁表面標(biāo)刻效果的影響規(guī)律。(2)為揭示激光Al99.7鋁標(biāo)刻后顯色的關(guān)鍵因素,通過在掃描電子顯微鏡下觀察標(biāo)刻表面微觀形貌,使用能譜分析儀對(duì)標(biāo)刻表面成分進(jìn)行分析,以及使用分光光度計(jì)對(duì)樣本表面光譜反射率進(jìn)行了測(cè)定。發(fā)現(xiàn)脈沖激光能量誘導(dǎo)材料表面產(chǎn)生的微納米結(jié)構(gòu)能夠不同程度的降低可見光范圍光譜反射率,使標(biāo)刻圖形呈現(xiàn)不同的顏色深度。脈沖激光標(biāo)刻Al99.7鋁表面形成的微納米結(jié)構(gòu)是使標(biāo)刻圖形顯色的關(guān)鍵因素。(3)通過建立脈沖激光材料三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)模型,使用數(shù)值模擬的方法獲得了不同控制參數(shù)下的材料表面溫度場(chǎng)。發(fā)現(xiàn)納秒脈沖激光作用于材料表面時(shí)連續(xù)脈沖下的熱累積作用較小,納秒脈沖激光對(duì)材料的損傷主要發(fā)生在單脈沖作用過程中。最后結(jié)合溫度場(chǎng)模型對(duì)材料表面的微觀結(jié)構(gòu)形成進(jìn)行了分析解釋。
【學(xué)位單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG665
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 論文研究背景
    1.2 激光標(biāo)刻技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 激光標(biāo)刻著色機(jī)理研究現(xiàn)狀
        1.2.2 脈沖激光作用下的溫度場(chǎng)研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究內(nèi)容及其意義
    1.4 章節(jié)安排
第2章 激光參數(shù)對(duì)標(biāo)刻效果的影響
    2.1 引言
    2.2 脈沖激光打標(biāo)系統(tǒng)
    2.3 脈沖激光作用參數(shù)分析
    2.4 激光參數(shù)對(duì)AI99.7鋁標(biāo)刻效果的影響
        2.4.1 實(shí)驗(yàn)方案
        2.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 脈沖激光著色Al99.7鋁研究
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)方法
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        3.3.1 材料表面微觀結(jié)構(gòu)及成分分析
        3.3.2 標(biāo)刻表面光學(xué)特性分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 脈沖激光標(biāo)刻熱傳導(dǎo)模型
    4.1 引言
    4.2 激光作用熱流理論
        4.2.1 激光與金屬材料作用過程
        4.2.2 熱傳導(dǎo)模型
        4.2.3 熱源模型
        4.2.4 模型初始條件和邊界條件
    4.3 材料熱物理參數(shù)
    4.4 脈沖激光熱傳導(dǎo)有限元分析
        4.4.1 熱傳導(dǎo)有限元理論基礎(chǔ)
        4.4.2 幾何模型及網(wǎng)格劃分
        4.4.3 有限元分析初始條件和邊界條件
        4.4.4 加載與求解
        4.4.5 從結(jié)果集進(jìn)行后處理
    4.5 模型的驗(yàn)證
    4.6 本章小結(jié)
第5章 溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析
    5.1 連續(xù)脈沖作用下表面溫度場(chǎng)分布
    5.2 單脈沖能量對(duì)表面的溫度場(chǎng)的影響
    5.3 本章小結(jié)
總結(jié)與展望
    總結(jié)
    展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的論文

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本文編號(hào)：2891708