[發明專利]一種陶瓷顆粒增強金屬基復合材料復合脈沖激光加工方法

在審

• 申請號: 202010136202.4
• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111139473A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 張寰臻;王永剛
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B23K26/362
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種陶瓷顆粒增強金屬基復合材料復合脈沖激光加工方法，該方法包括以下步驟：步驟S1，使用超短脈沖激光器產生激光脈沖，對陶瓷顆粒增強金屬基復合材料進行掃描刻蝕加工；步驟S2，對步驟S1完成后的粗糙刻蝕表面填入金屬粉末，填平后恰好滿足與表面凸起的陶瓷顆粒最高水平面齊平；步驟S3，使用短脈沖激光器產生激光脈沖，對所述填入金屬粉末的復合材料表面進行掃描輻照，直到金屬粉末全部重熔；步驟S4，判斷加工表面是否還存在凸出的陶瓷顆粒，若是，轉到步驟S2，若否，結束刻蝕加工。本發明可以降低陶瓷顆粒增強金屬基復合材料加工表面粗糙度，提高加工精度。

技術領域

本發明涉及一種陶瓷顆粒增強金屬基復合材料復合脈沖激光加工，屬于先進制造技術領域。

背景技術

復合材料作為我國目前新材料發展的重點，金屬基陶瓷顆粒增強復合材料以其低成本、優異性能被認為是最具前途的復合材料，目前主要在航天航空、電子封裝及汽車動力裝置領域應用。但是，傳統刀具及電火花加工存在一定問題且對復雜構件加工存在局限性，于是限制了該種材料的商業化推廣。

脈沖激光加工，具有非接觸式加熱和快速冷卻特點，瞬時功率大，能量密度高，與材料作用時間短，熱影響小，加工精度和柔性較其它加工手段具有明顯優勢。目前使用脈沖激光對均質材料的加工已基本成熟。但是，由于復合材料中基體與增強相熱學、光學性質存在差異，金屬基體與陶瓷顆粒在脈沖激光刻蝕中表現出不同的刻蝕行為和刻蝕速率，使得刻蝕表面凹凸不平。脈沖激光對陶瓷顆粒增強金屬基復合材料的均勻精密刻蝕加工還難以實現。

研究發現，超短脈沖激光（脈寬10ps）可直接氣化材料，刻蝕陶瓷顆粒增強金屬基復合材料后，刻蝕表面變粗糙，顆粒凸出、基體凹陷，但基體與顆粒間幾乎無冶金反應（H.Z.Zhang, H.Y. Wang, F.F. Liu, L.Wang. Investigation on femtosecond laserablative processing of SiCp/AA2024 composites. Journal of ManufacturingProcess, 2020, 49:227-233）。短脈沖激光（脈寬10ps,一般指納秒脈沖激光）作用下材料經歷熔化、氣化過程，作用陶瓷顆粒增強金屬基復合材料后，基體與顆粒間存在熱相互作用，陶瓷顆粒相對基體升溫快，將熱量傳遞給基體，金屬基體熔點低，先發生熔化（HuanzhenZhang, Chunyuan Zhang, Huaying Wang, Feifei Liu. Ablation behavior of SiCp/AA2024 composites irradiated by a single-pulse nanosecond laser. Optics andLaser Technology, 2020, 126:106075）?？梢姴煌}寬脈沖激光對陶瓷顆粒增強金屬基復合材料具有不同的作用效果，脈沖激光刻蝕加工陶瓷顆粒增強金屬基復合材料是一個復雜的過程。

由此，脈沖激光對陶瓷顆粒增強金屬基復合材料精密加工的實現，需要一種新的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于陶瓷顆粒增強金屬基復合材料復合脈沖激光加工方法，使得刻蝕表面平整、粗糙度降低。

本發明的技術方案如下。

本發明提供了一種用于陶瓷顆粒增強金屬基復合材料復合脈沖激光加工方法，該方法包括以下步驟：

步驟S1，使用超短脈沖激光器產生激光脈沖，對陶瓷顆粒增強金屬基復合材料進行掃描刻蝕加工；

步驟S2，對步驟S1完成后的粗糙刻蝕表面填入金屬粉末，填平后恰好滿足與表面凸起的陶瓷顆粒最高水平面齊平；

步驟S3，使用短脈沖激光器產生激光脈沖，對所述填入金屬粉末的復合材料表面進行掃描輻照，直到金屬粉末全部重熔；

步驟S4，判斷加工表面是否還存在凸出的陶瓷顆粒，若是，轉到步驟S2，若否，結束刻蝕加工。