飞秒激光是利用超强超短脉冲激光来进给材料一种高效精确去除的表面处理方法。用传统的技巧与技术(离子束、机械加工等)相比。)，飞秒激光加工技术已经 它具有去除速率快、精度高、灵活性强、无损抛光时间短、对样品热影响小、几乎没有热响应等优点。已在航空发动机叶片加工中获得。广泛使用。目前，关于激光去除镍及镍基高温合金在工程研究方面取得了许多研究成果。阿莫鲁索等人 使用具有300 fs脉冲宽度(脉宽)的飞秒激光来处理镍金属。真空激光去除，分析了激光流量对去除深度的影响，发现激光去除金属镍的阈值为0。05J CNT 2。发现单晶镍基高温合金被飞秒激光去除。处理后有两种去除区域，它们的去除阈值如下0.3、5.3 hcm _2，这两个去除区域的面积随激光功率的增大而增大。
GH4099合金由作为基体元素的镍和铬以及金刚石、钨，铝、钛等。是具有强化元素的时效强化超合金，并且它们的热强度高性能，广泛应用于航空发动机燃烧室和加力燃烧室内高温板承重构件。但在眼前，关于GH4099合金的研究主要集中在加工性和焊接性方面。在能量方面，关于飞秒激光烧蚀的报道很少。采取 飞秒激光加工平台对GH4099合金加工的需求严格控制材料去除过程中的热输入，避免合金的产生熔化会影响后续的铜焊和其他过程。因此，首先，我们需要设定GH4099合金的材料去除阈值，加入飞秒激光加工过程中的激光能量密度固定在这个阈值附近降低低热效应。
样品制备和测试方法 试验材料为厚度为0.5毫米的GH4099合金板化学成分(质量分数/%)为18.860，6.95Co，6.11W，4.01M〇，2.05A1，1.12Ti，0.055C，0。25Si，0。19Mn，0.005S，0.007P，0.59Fe，0.01Ce，0.002B，余 Ni .
用线切割切割样品，放入丙酮中。超声波清洗，去除表面油污和杂质。用自建的飞第二个激光微纳加工平台用于去除测试:测试将通过粘接进行样品固定在五轴移动平台上，使用电耦合装置。 CCD相机校准处理位置并重复校准样品。位置，通过振镜将飞秒激光聚焦在样品表面进行材料加工。移除。激光功率分别为0.275 6，0.610 1，1.160 3， 1.911 3,2.763 9,3.577 1,4.243 7,4.729 8,5.052 0,5.324 0瓦，脉宽500飞秒，波长1 064纳米，重复频率速率为66 kHz，移除次数为1次。
使用KEYENCE VHX- 1000激光三维显微镜测量镜子的样本移除区域的直径；使用费诺瓦纳米SEM 450扫描电子显微镜(SEM)用于观察表面形态，所附的X-Max N X射线能谱仪(EDS)用于微扫描区域构成分析。
表面形貌学 GH4099当激光功率为0.275 6和5.324 0w时以合金的表面形貌为例，在低激光功率和高激光功率下分析了典型的去除形貌。从图1可以看出，当激光功率当比值为0.275 6 W时，GH4099合金表面有一圆形形状去除区域A(直线直径=)具有与基板相同的形状。仅发生了材料移除；当激光功率增加到5.324 0瓦时，圆形区域B(直径)出现在区域a的中心。D2)，这个区域处于熔化凝固收缩状态，说明它处于激光状态在移除过程中发生熔化。从表1可以看出，当激光功率当温度不高于1.911 3 W时，GH4099合金表面有一个当其高于1.9113W时，观察到去除面积A两者都随激光功率的降低而降低并且区域b和区域b的激光去除阈值分别表示为Wthl，W，M..当...的时候激光能量强度低于，检测不到去除区域；当激光能量密度在wth 1和Wth2之间时，只能被探测到直径为d的圆形去除区域a；当激光能量密度高时两种移动区域同时出现。由于飞秒激光能量密度符合高斯分布，光斑中心的能量密度高。所以当入射激光功率较低时，光斑的中心能量密度低于材料去除阈值，材料将不被去除；跟随着激光功率的增加，光斑中心的能量密度达到。移除材料开始剥落的门槛；人体激光功率继电器随着增加，光斑周围的能量密度逐渐达到材料去除。阈值，去除区域的面积增加，光斑中心的能量密度增加。如果材料太高，它将熔化形成处于熔融收缩状态的区域B随着激光功率的不断增加，磁畴也在扩大。
微量分析 从图2可以看出，当激光功率为5.324 0 W时，GH4099合金的激光去除区域A的化学成分不如基体的好。发生了显著的变化，而b区出现了更多的碳氧元素。在不同的激光能量密度下，材料去除形式不同；飞秒激光脉冲宽度极短。当激光能量密度低时，它的作用形式是冷加工，表面材料是快速静电剥离。加工过程中的热效应可以忽略，因为它迅速离开基体，带走多余的热量；当激光能量密度高时，飞秒激光作用形式是热加工，材料去除主要是热蒸发。去除效率高，但容易产生强热效应。当激光功率在某一时刻，区域A处于激光光斑的边缘，激光能量密度 相对较低，材料主要发生静电剥离，飞秒激光产生生热的作用微乎其微，所以化学成分没有变化；和区域b在光斑的中心，激光能量密度相对较高，材料去除区域畴熔化，熔融金属与周围空气反应引入碳和氧元素，使合金成分发生变化。
激光去除阈值的计算 如上所述，Wt h l的相应去除方法分别是静态的。电剥离和热蒸发。表1表明，当激光功率低于在j 603 w时，GH4099合金仅显示去除区域a，属于飞秒激光冷加工:当激光功率高于1.911 3 W时，它关闭金把A区和B区都去掉了，B区属于飞秒激光热加工。表1中的直径和激光功率是通过最小二乘法计算的。直线线性拟合，拟合公式为D2 =2〇jf)ln·p·2cu〇ln·p·h(1)其中，:D是切除区域的直径，单位为毫瓦。聚焦激光点。腰半径为激光功率，mW；P thS D = 0激光功率，即激光功率阈值mW。拟合结果如图3所示，区域A和区域b的线性拟合。这些公式是 Df =878。511nP + 2 683.86 (2) D| =878。511nP - 337。549(3)
那么2c LNP，w = 2 683.86，337.54，2 = 878.51，并计算w。=2 1 Hm，P TH1，P th2是47.18，1 468.35毫瓦。激光去除阈值计算如下W th= ^ 2= ^(4)7 TCt >〇 JTZC 〇〇其中:是当去除区域的直直径为0时的激光能量密度，即激光去除阈值；Th是当去除区域的直径为0时的激光能量密度，即激光能量阈值；/是激光重复频率。
实验条件下。其次，GH4099高温合金的冷加工和热加工的激光去除阈值分别为0.413和12.9 j * cm-2。在0.413〜12.9 J-在cm-2激光能量密度范围内，合金不会明显熔化。和热化学反应，GH4099可以在无保护的气氛中进行。薄壁合金结构零件的精确材料去除。
结论 (1)当激光功率不高于1.911 3 W时，GH4099在合金的表面上只有一个材料去除区域A，并且该区域的形态当激光功率高于1.911 3 W时，在该区域中在区域A的中心，处于熔融凝固收缩状态的材料被去除。b区；两个区域的直径都随着激光功率的降低而减小。
（2）gh4099合金飞秒激光烧蚀a区的化学与成分基体一致，其材料去除形式为静电剥离激光去除阈值为0.413 HCM _ 2；区域b的材料去除形式是热蒸发，碳氧元素增加，激光去除阈值。是12。9j cm _ 2。GH4099合金更适合激光加工。激光能量密度为0。41312.9j _ ctrr2。
联系客服
