关于金属材料表面的激光抛光研究进展的论文
[摘要]金属材料表面的激光抛光，作为一种新型的激光加工工艺，具有抛光效率高、材料去除效果好、材料利用率高等优点。在介绍了激光抛光材料类型的基础上，对比分析了金属材料抛光过程中所使用激光器的类型，论述了激光抛光金属材料表面过程中的理论模型方法，详细总结了激光抛光金属表面的工艺参数和抛光效果，并对激光抛光金属材料的现状和发展方向进行了评价和展望。
[关键词]材料 金属材料 激光加工 抛光 理论模型 工艺参数
1激光抛光金属材料类型
1.1模具钢、工具钢和不锈钢材料的激光抛光
激光抛光金属的研究，目前应用在模具钢的报道最多。最早提出将激光抛光应用在X40Crl3模具钢表面，并通过实验得到平整光滑的抛光表面。选择注塑模镶件中所用的，硬度为62HRC的DINl.2379工具钢来进行激光抛光实验。做出了很多工作，他们选择AISI-01冷作模具钢。采用激光，对经过电火花加工处理的C45钢、X40CrMoV51工具钢进行了抛光研究。同时采用具有52HRC硬度的DIN1.2344工具钢和激光烧结的AISI 420渗铜不锈钢来进行激光抛光实验。研究了s7工具钢材料的激光抛光特性。使用AISI H13模具钢来进行激光抛光实验，选择Fe，Al，Ti和304不锈钢几种金属材料进行了抛光对比实验研究。作为模具和汽车行业中经常用到的球墨铸铁材料，由于其具有游离的石墨形态、较高的熔化温度，因此一般很难被抛光，使用GGG70L球墨铸铁材料来进行激光抛光实验研究验证。Smith等[7，36]使用304不锈钢模具来作为抛光材料，也采用304不锈钢来研究金属表面在激光抛光作用下的熔化现象。使用激光，对铣削加工后的316 L不锈钢进行抛光实验，用选择性激光熔化316 L不锈钢材料来进行激光烧蚀抛光实验，而直接对316 L材料进行抛光实验，也采用316L材料来进行激光抛光实验研究。
1.2钛合金材料的激光抛光
钛合金具有极其优良的物理和化学性能，如强度高、质量轻和耐腐蚀等。可以被应用于电子、冶金、航天技术和医学等各个领域。钛合金目前以Ti6A14V材料研究最多。很多学者都选择Ti6A14V来进行激光抛光实验。选择用激光抛光，应用于工业纯钛抛光的同时实现表面改性。使用脉冲激光沉积方法，得到光滑的Ti64材料表面。使用VT16钛合金来进行激光抛光实验。
1.3其他金属材料的激光抛光
在其他金属材料方面，目前应用最多的是采用激光技术直接或者间接地抛光激光烧结的金属产品。采用激光来抛光一种选择性激光烧结铁铜合金零件。采用激光，对选择性激光烧结的铜合金表面进行抛光，用激光来抛光烧结青铜，采用LaserForm ST-100的烧结青铜件来进行激光抛光实验。
2金属抛光激光器的选择类型
2.1气体激光器的应用
最先采用2500 w的C02激光器，用于金属表面的激光抛光实验研究。后来也使用这种激光器来进行抛光研究。对高硬度的DIN 1.2379工具钢进行激光抛光实验时，选择了一个2.5 kW的C02激光器和一个3.1 kW的高功率二极管激光器。
2.2固体激光器的应用
激光抛光金属材料最关键的因素之一是选择合适的激光器，目前来说，Nd：YAG激光器以其卓越的性能，被最多的应用于金属材料的抛光研究中。早在2001年，就开始研究Nd：YAG（1064nm）激光器来抛光金属材料，2004年，就研究使用532 nm波长的Nd：YAG固体激光器来抛光金属表面。成功使用Nd：YAG激光器（1064 nm）来抛光金属材料表面，使用一个连续（CW）Nd：YAG激光器进行激光表面抛光，使用一个266 nm波长的Nd：YAG激光器来进行激光抛光实验。同时采用波长为1064和532nm的Nd：YAG皮秒激光器来抛光金属表面。选择一个Yb：YAG激光器，波长1.03/Lm的激光器来做抛光实验。选择了双束激光器来进行激光抛光实验，其中一个Yb：YAG激光器用来预热金属表面，另外一个Nd：YAG（1064nm）激光器用来抛光金属表面。开始尝试使用超短的皮秒激光器（波长1030nm）来进行激光抛光实验，这种激光器使激光与金属材料相互作用的时间非常短，激光作用在材料上几乎不产生热影响区。因此，采用这种激光器对金属材料的抛光将是一个重大的突破。
2.3半导体和其他激光器的應用选择
1070nm波长的光纤激光器来进行金属表面的抛光实验，通过二极管来控制激光器的开关。使用波长1.07μm的脉冲光纤激光器来进行激光抛光实验。对316L进行抛光实验，分别选择532nm波长的CW半导体激光器和35513.m波长的大功率紫外激光器（AVIA355-3000）组合的方式，来同时进行抛光金属实验。他采用CW半导体激光器来控制输出的激光的能量密度，采用紫外激光器来进行抛光。使用KF准分子激光器，对几种金属表面进行了抛光实验。
3展望
激光抛光应用在金属材料上，作为一种新型的加工技术，已经得到越来越多的研究者的关注。这种方法具有其独特的优越性，它是一种非接触式抛光方法，灵活性强，既可以对材料整体抛光，又可以局部抛光。其抛光在大气环境中进行，对材料没有限制。通过对这种技术的进一步深入研究，可以为现代工业提供一种高效率、高柔性、低成本、工艺相对简单的抛光方法。激光抛光金属这项技术虽然有其许多优点，但目前对其研究工作还不是很多。其本身的限制条件也是一个重要原因。如由于激光器类型的限制，很多激光不能应用在金属表面的抛光中。正是近年来激光器的不断发展，才有很多学者开始尝试使用新型的激光器对金属表面进行抛光。因此，作为激光抛光的最大的限制条件，开发出新的激光器是目前的最大的研究需求之一。此外，三维（3D）增材制造现在是一个研究热点，而一般3D增材制造得到的.金属表面都比较粗糙，使用激光对这种金属表面进行直接抛光是最好的方法。但是目前激光对3D增材制造的表面抛光的文献报道还不是很多，因此，关于这方面还有大量的研究工作可以进行。进一步的研究还需要开发新的激光抛光金属表面的模型，为激光抛光工艺参数的选择建立一个知识库。同时，对激光抛光表面的其他特性，如表面摩擦性能、微/纳米表面裂缝的形成进行全面描述，另外，对于选择不同的材料进行激光抛光时，抛光工艺参数的快速选择和优化也是一个需要研究的方向。
4结束语
激光抛光作为一种有效的抛光方法，完全有可能替代人工抛光。但是，仅仅通过实验来证明激光能抛光金属材料本身是远远不够的，深入的分析激光与材料相互作用的机理是很有必要的。目前的研究工作，主要是围绕机理形成、建模计算、工艺实验、分析结果等几方面进行，但总体研究水平尚处在初步的探索阶段，进入实际的企业生产应用还需要一定的时间。
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