黄铜材料激光微造型过程及其机理研究

• 作者: 毛亚洲 杨建玺 徐文静
• 来源期刊: 中国激光
• 关键词: 激光技术 微造型 激光 热应力 熔融损伤 成形机理
• 年，卷（期）: 2021,（10）
• 所属期刊栏目: 激光材料加工|Laser Material Processing
• 页码范围: 101-115
• 页数: 15页
• 分类号: TB39|TN249
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/CJL202148.1002111

摘要

基于Neumann边界条件建立了激光微造型的热学模型,分析了激光微造型过程中反射率、折射率与消光系数之间的关系,以及材料在不同温度和波长下的吸收率、表面蒸气压强、质量迁移率与成形效率,进一步研究了不同参数对激光微造型中热学模型、热应力与损伤阈值的影响,并采用扫描电镜和能谱仪对成形后的微凹坑进行分析,得到了微造型的成形机理.研究结果表明:为保证对激光能量的较低反射率R(例如＜15％),当消光系数K在[0,0.019]范围内时,材料的折射率n应在1～2.5范围内进行选择;波长越长,吸收率越小;温度越高,吸收率越大;激光半径、轴向距离与微凹坑深度越大,温度越低;脉宽越窄,蒸气压强越大,液态金属的迁移量越多.微凹坑成形效率经历了稳定不变、迅速上升与逐渐下降的三个阶段.进一步研究后发现,压应力是材料发生损伤的重要机制,且环向热应力是微凹坑直径扩展的主要因素,熔融损伤引起径向材料的熔化.在微造型过程中不仅生成了CuO与ZnO等氧化物,还出现了能量从1#区域向边缘3#区域逐渐减小的变化.