關于金屬材料表面的激光拋光研究進展的論文
[摘要]金屬材料表面的激光拋光，作為一種新型的激光加工工藝，具有拋光效率高、材料去除效果好、材料利用率高等優(yōu)點。在介紹了激光拋光材料類型的基礎上，對比分析了金屬材料拋光過程中所使用激光器的類型，論述了激光拋光金屬材料表面過程中的理論模型方法，詳細總結了激光拋光金屬表面的工藝參數和拋光效果，并對激光拋光金屬材料的現狀和發(fā)展方向進行了評價和展望。
[關鍵詞]材料 金屬材料 激光加工 拋光 理論模型 工藝參數
1激光拋光金屬材料類型
1.1模具鋼、工具鋼和不銹鋼材料的激光拋光
激光拋光金屬的研究，目前應用在模具鋼的報道最多。最早提出將激光拋光應用在X40Crl3模具鋼表面，并通過實驗得到平整光滑的拋光表面。選擇注塑模鑲件中所用的，硬度為62HRC的DINl.2379工具鋼來進行激光拋光實驗。做出了很多工作，他們選擇AISI-01冷作模具鋼。采用激光，對經過電火花加工處理的C45鋼、X40CrMoV51工具鋼進行了拋光研究。同時采用具有52HRC硬度的DIN1.2344工具鋼和激光燒結的AISI 420滲銅不銹鋼來進行激光拋光實驗。研究了s7工具鋼材料的激光拋光特性。使用AISI H13模具鋼來進行激光拋光實驗，選擇Fe，Al，Ti和304不銹鋼幾種金屬材料進行了拋光對比實驗研究。作為模具和汽車行業(yè)中經常用到的球墨鑄鐵材料，由于其具有游離的石墨形態(tài)、較高的熔化溫度，因此一般很難被拋光，使用GGG70L球墨鑄鐵材料來進行激光拋光實驗研究驗證。Smith等[7，36]使用304不銹鋼模具來作為拋光材料，也采用304不銹鋼來研究金屬表面在激光拋光作用下的熔化現象。使用激光，對銑削加工后的316 L不銹鋼進行拋光實驗，用選擇性激光熔化316 L不銹鋼材料來進行激光燒蝕拋光實驗，而直接對316 L材料進行拋光實驗，也采用316L材料來進行激光拋光實驗研究。
1.2鈦合金材料的激光拋光
鈦合金具有極其優(yōu)良的物理和化學性能，如強度高、質量輕和耐腐蝕等。可以被應用于電子、冶金、航天技術和醫(yī)學等各個領域。鈦合金目前以Ti6A14V材料研究最多。很多學者都選擇Ti6A14V來進行激光拋光實驗。選擇用激光拋光，應用于工業(yè)純鈦拋光的同時實現表面改性。使用脈沖激光沉積方法，得到光滑的Ti64材料表面。使用VT16鈦合金來進行激光拋光實驗。
1.3其他金屬材料的激光拋光
在其他金屬材料方面，目前應用最多的是采用激光技術直接或者間接地拋光激光燒結的金屬產品。采用激光來拋光一種選擇性激光燒結鐵銅合金零件。采用激光，對選擇性激光燒結的銅合金表面進行拋光，用激光來拋光燒結青銅，采用LaserForm ST-100的燒結青銅件來進行激光拋光實驗。
2金屬拋光激光器的選擇類型
2.1氣體激光器的應用
最先采用2500 w的C02激光器，用于金屬表面的激光拋光實驗研究。后來也使用這種激光器來進行拋光研究。對高硬度的DIN 1.2379工具鋼進行激光拋光實驗時，選擇了一個2.5 kW的C02激光器和一個3.1 kW的高功率二極管激光器。
2.2固體激光器的應用
激光拋光金屬材料最關鍵的因素之一是選擇合適的激光器，目前來說，Nd：YAG激光器以其卓越的性能，被最多的應用于金屬材料的拋光研究中。早在2001年，就開始研究Nd：YAG（1064nm）激光器來拋光金屬材料，2004年，就研究使用532 nm波長的Nd：YAG固體激光器來拋光金屬表面。成功使用Nd：YAG激光器（1064 nm）來拋光金屬材料表面，使用一個連續(xù)（CW）Nd：YAG激光器進行激光表面拋光，使用一個266 nm波長的Nd：YAG激光器來進行激光拋光實驗。同時采用波長為1064和532nm的Nd：YAG皮秒激光器來拋光金屬表面。選擇一個Yb：YAG激光器，波長1.03/Lm的激光器來做拋光實驗。選擇了雙束激光器來進行激光拋光實驗，其中一個Yb：YAG激光器用來預熱金屬表面，另外一個Nd：YAG（1064nm）激光器用來拋光金屬表面。開始嘗試使用超短的皮秒激光器（波長1030nm）來進行激光拋光實驗，這種激光器使激光與金屬材料相互作用的時間非常短，激光作用在材料上幾乎不產生熱影響區(qū)。因此，采用這種激光器對金屬材料的拋光將是一個重大的突破。
2.3半導體和其他激光器的應用選擇
1070nm波長的光纖激光器來進行金屬表面的拋光實驗，通過二極管來控制激光器的開關。使用波長1.07μm的脈沖光纖激光器來進行激光拋光實驗。對316L進行拋光實驗，分別選擇532nm波長的CW半導體激光器和35513.m波長的大功率紫外激光器（AVIA355-3000）組合的方式，來同時進行拋光金屬實驗。他采用CW半導體激光器來控制輸出的激光的能量密度，采用紫外激光器來進行拋光。使用KF準分子激光器，對幾種金屬表面進行了拋光實驗。
3展望
激光拋光應用在金屬材料上，作為一種新型的加工技術，已經得到越來越多的研究者的關注。這種方法具有其獨特的優(yōu)越性，它是一種非接觸式拋光方法，靈活性強，既可以對材料整體拋光，又可以局部拋光。其拋光在大氣環(huán)境中進行，對材料沒有限制。通過對這種技術的進一步深入研究，可以為現代工業(yè)提供一種高效率、高柔性、低成本、工藝相對簡單的拋光方法。激光拋光金屬這項技術雖然有其許多優(yōu)點，但目前對其研究工作還不是很多。其本身的限制條件也是一個重要原因。如由于激光器類型的限制，很多激光不能應用在金屬表面的拋光中。正是近年來激光器的不斷發(fā)展，才有很多學者開始嘗試使用新型的激光器對金屬表面進行拋光。因此，作為激光拋光的最大的限制條件，開發(fā)出新的激光器是目前的最大的研究需求之一。此外，三維（3D）增材制造現在是一個研究熱點，而一般3D增材制造得到的.金屬表面都比較粗糙，使用激光對這種金屬表面進行直接拋光是最好的方法。但是目前激光對3D增材制造的表面拋光的文獻報道還不是很多，因此，關于這方面還有大量的研究工作可以進行。進一步的研究還需要開發(fā)新的激光拋光金屬表面的模型，為激光拋光工藝參數的選擇建立一個知識庫。同時，對激光拋光表面的其他特性，如表面摩擦性能、微/納米表面裂縫的形成進行全面描述，另外，對于選擇不同的材料進行激光拋光時，拋光工藝參數的快速選擇和優(yōu)化也是一個需要研究的方向。
4結束語
激光拋光作為一種有效的拋光方法，完全有可能替代人工拋光。但是，僅僅通過實驗來證明激光能拋光金屬材料本身是遠遠不夠的，深入的分析激光與材料相互作用的機理是很有必要的。目前的研究工作，主要是圍繞機理形成、建模計算、工藝實驗、分析結果等幾方面進行，但總體研究水平尚處在初步的探索階段，進入實際的企業(yè)生產應用還需要一定的時間。
【關于金屬材料表面的激光拋光研究進展的論文】相關文章：
6.模具拋光知識大全
9.美甲拋光條的用法