纳米Al₂O₃对Ni基合金激光抛光表面光洁度的影响

来源期刊：有色金属工程2020年第4期

论文作者：刘晓飞 张堃 孙冬 王水山

文章页码：16 - 24

关键词：纳米颗粒;激光抛光;表面形貌;脉冲能量;粗糙度;微观结构;

摘    要：为提高激光抛光表面光洁度,采用1 070nm,200W光纤激光器（SPI激光器SP-200C-A-A6-A-C）进行激光抛光实验。首先在电镀纯Ni样品上进行实验,采用相同的参数对Ni/Al₂O₃（4.4%,体积百分比）纳米复合材料进行激光抛光。在其他参数相同的情况下,通过改变激光能量密度进行实验,最后通过形貌和微观结构表征研究Al₂O₃纳米颗粒对Ni抛光性能的影响,再利用光学和热物理性质对激光熔化进行了数值模拟。结果表明,在最佳激光抛光工艺条件下,Ni/Al₂O₃的表面粗糙度由323nm降低到72nm,纯Ni的表面粗糙度由254nm降低到107nm。在纳米颗粒的帮助下,标准化表面粗糙度降低了近2倍。激光加工区截面的微观结构研究表明,通过添加Al₂O₃纳米粒子,激光熔化区（MZ）深度从1.8μm增加到3.2μm,而热影响区（HAZ）的大小从8.4μm显著减小到2.9μm。激光抛光中通过纳米粒子调节熔池动力学,克服了激光抛光的基本限制。随着纳米粒子对热物理性质的改变,热毛细流动的开始发生了改变,从而为毛细区提供了更宽的处理窗口。纳米颗粒的增黏作用提高了毛细区的平滑效率。数值模拟进一步证明了纳米颗粒抑制了热传递,增强了表面层内的热积累,从而降低了MZ深度。纳米粒子限制了晶粒的生长,提高了晶粒生长温度,使热影响区缩小。