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Abstract
State Key Laboratory of High Performance and Complex Manufacturing, College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China
A constant elastic alloy is a widely used material with a high elastic modulus and an excellent wave velocity consistency. Different morphologies on the constant elastic alloy surface are observed through femtosecond laser irradiation. When the laser average fluence is set to 0.58 J/cm2 and 200 laser pulses, with the increasing depth of distilled water, the period of the laser-induced periodic surface structures (LIPSS) becomes shorter accordingly. The higher the ethanol concentration is, the more spot-shaped structures will be formed among the surface structures when the depth of the coverage of ethanol is 2 mm. The period of the LIPSS reaches its maximum when the concentration of ethanol is 80%.
320.2250 Femtosecond phenomena 220.4241 Nanostructure fabrication 100.0118 Imaging ultrafast phenomena Chinese Optics Letters
2017, 15(2): 021404
1 中南大学 高性能复杂制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410083
2 中南大学机电工程学院, 湖南 长沙 410083
为了深入研究恒弹合金的飞秒激光烧蚀工艺, 探索了飞秒激光在甘油介质中对恒弹性合金进行烧蚀的规律。因为激光烧蚀诱导产生的气泡在液体辅助烧蚀中扮演了一个重要角色, 因此在实验中使用了粘度较大的甘油溶液, 以研究气泡对于烧蚀规律的影响。在进行烧蚀时, 采用不同的离焦量分别打点, 以研究溶液介质对于激光聚焦点位置的影响。实验表明, 在甘油溶液介质中对样品表面烧蚀时, 孔深的变化比之在空气中烧蚀差别很大, 在离焦量由正到负的过程中出现了两个孔深峰值, 分别位于正负离焦量区间, 并且在零离焦量附近达到极小值。而孔径的变化则基本呈现聚焦点位置越深入样品表面内部越大的趋势。根据对实验过程和结果的观察分析, 这主要是由于气泡对激光烧蚀能力产生了很大的影响, 从而导致了液体辅助烧蚀与在空气中烧蚀截然不同的结果。
飞秒激光 液体介质 恒弹性合金 电离点 烧蚀规律 femtosecond laser liquid medium constant elastic alloy focal point ablation pattern
中南大学 高性能复杂制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410083
恒弹性合金因其在一定温度范围内弹性模量几乎不随温度变化的特点, 在精密仪器仪表等制造领域应用越来越广泛, 其表面加工的要求也越来越高。为研究飞秒激光在不同加工环境下对恒弹性合金的烧蚀情况, 对比了两种加工条件不同的烧蚀实验。空气环境中; 用150 μm薄玻璃片压贴在样品表面, 烧蚀方式分为定点烧蚀和刻槽两种, 用共聚焦显微镜和扫描电镜测量了烧蚀后的恒弹合金形貌。结果表明, 采用定点烧蚀的加工方式时, 相同激光参数下, 空气中烧蚀坑的直径最小, 深度最大; 玻璃片约束下的坑的直径最大, 深度最小, 当激光能量为50 μJ, 脉冲数为100个时, 该约束下烧蚀坑的深度缩减量可达44.0%。采用刻槽的加工方式时, 在空气中的槽的深度大, 宽度较大, 在玻璃片的约束下, 加工的槽的深度和宽度都减小, 当激光能量为50 μJ、扫描速度为1.5 mm/s时, 其深度缩减量可达47.2%。
飞秒激光 脉冲烧蚀 刻槽烧蚀 恒弹合金 表面形貌 femtosecond laser pulse ablation groove ablation constant elastic alloy surface morphology
