用激光散射测量亚微米级表面粗糙度

一种亚微米级表面粗糙度测量技术已经研制出来，其原理是基于物体粗造表面的激光散射。它是用激光二极管作为光源，用这种光电装置来记录从粗糙表面散射回来的光磁场变化。与表面粗糙度相对应的这种散射波段的光强分布是由二极管组成的线阵来记录的，并由一个单芯片微处理器来分析结果。通过测量几套不同加工过程的测试表面，文章提出了评价表面粗糙度的方法。     

微米级电化学加工关键技术研究

针对微米级电化学加工的关键技术问题，研制了用于微米级电化学加工的纳秒脉冲电源，并利用电化学腐蚀方法，在自制的电化学加工机床上连续实现了微细工具电极的制作和工件的加工。基于试验提出了微细电化学加工间隙的检测控制方法，提高了加工过程的稳定性，增强了定域蚀除能力。在低浓度酸性电解液中实现了微米级的电化学加工，利用研制的纳秒脉冲电源，根据加工电流将极间间隙控制在5μm左右，加工出了“NUAA”字形，每个字母高90μm，宽60μm，字母线条的宽度只有20μm。     

微米级形貌修饰的硅材料表面摩擦特性的实验研究

微机电系统(MEMS)可动部件间的摩擦特性是影响其性能和可靠性的重要因素之一.为了研究微机械构件间的摩擦行为,设计了一种面-面接触的应变式微摩擦测试仪,以模拟MEMS器件的真实工况.研究了不同微米级条纹形貌硅试样的摩擦特性,结果表明,微尺度下速度对摩擦因数有很大影响;形貌参数存在优选值以有效减少速度的影响和摩擦因数等.     

微米级的螺纹加工新方法

随着对机械零件精度要求的增高,相应地也提高了对测量工具的要求。因此,微米级测量工具的精度,应该达到0.003～0.01毫米。但是从分析构成微米测量头总误差可知,微米级螺纹副的误差,对其精度起主要作用,它的精度参数决定了测量工具的平稳行程和寿命。微米级螺纹副的误差与螺丝和螺母(千分套筒)的螺纹误差有关。螺丝的螺纹精度是由螺纹磨床和滚丝机的本身的精度和工艺所决定的,这些设备可保证每个螺     

基于卷积神经网络判定方法的激光微透镜阵列微米级加工工艺

在MLA曝光工艺中,曝光点的数量庞大,通过高倍率显微镜配合人工目检来判定曝光质量耗时耗力,造成工艺成本偏高。为了解决这个问题,设计了一种便于检测的圆环形图案并引入深度学习中的目标检测Yolov5模型,一定程度上能够取代人工目检,完成对曝光质量的快速判定。基于上述方法,分析了不同光刻胶厚度之下,线能量密度的最优区间与光刻胶的剖面倾角。并在同等线能量密度下通过圆度判定曝光图案失真情况。在本研究的MLA曝光工艺中,选取光刻胶厚度、激光曝光功率以及加工平台移动速度作为自变量,评价曝光合格率、光刻胶剖面倾角以及曝光圆度等加工质量参数具有重要的工程意义。     

纳秒激光加工和热处理对纯铝表面润湿性的影响

采用纳秒激光加工技术在纯铝板表面制备微纳米结构,之后进行150℃×2h的热处理,研究激光扫描间距(0.0050.020mm)、扫描速度(1001 700mm·s~(-1))与热处理对激光烧蚀表面润湿性的影响。结果表明:不同工艺参数下激光烧蚀后纯铝板表面均形成了相对规则的微纳米网格结构;激光烧蚀后的纯铝板表面为超亲水表面,再经热处理后变为疏水表面或超疏水表面;随着扫描速度和扫描间距的增大,激光烧蚀和热处理后,纯铝板表面的接触角变化不明显,滑动角增大,表现出不同程度的润湿性;在激光扫描速度为100mm·s~(-1),扫描间距为0.005mm下激光烧蚀与热处理后,纯铝板表面微纳米结构致密,其接触角为155.6°,滑动角为4°,超疏水性最佳。     

光纤激光加工CVD金刚石微沟槽研究

研究采用光纤激光器对CVD金刚石薄膜表面进行V型沟槽微加工,设计出3种不同截面的微沟槽结构,并分析了脉宽和扫描频次等不同工艺参数对此类微沟槽微观结构的影响规律。研究结果表明:光纤激光加工出的3种V型沟槽微结构与所设计的结构基本一致;V型沟槽宽度与沟槽宽度设计有关,即使增加脉宽,三种V型沟槽都在扫描频次到达5次后槽宽都会饱和;而V型沟槽深度则与设计V型沟槽截面形状、激光扫描频次次数和脉宽有关,对称型截面的沟槽深度比非对称要深,脉宽越大,激光刻蚀反应越激烈,沟槽深度越深,扫描频次次数越多,沟槽深度越深。     

9.3微米脉冲激光激光倍频实验

本文介绍了利用9.3m脉冲TEACO2激光通过AgGaSe2晶体二次谐波产生（SHG）技术实现4.65m中红外波段激光输出的实验研究。根据非线性光学技术原理和倍频技术的基本要求,通过有针对性的技术手段对于TEACO2激光器实现输出谱线选择和脉冲波形时间分布整形控制,使之尽量满足激光倍频试验对于泵浦的脉冲光源在波长和输出时间分布上的基本要求,并以此作为基波光源进行了产生二次谐波的试验研究工作。实验结果显示,即使是相同的AgGaSe2倍频晶体材料,由于生产厂商的不同具有完全不同的表面破坏阈值行为,而相同点是体损伤阈值均大于表面损伤阈值。实验上获得倍频输出最大能量12.9mJ;倍频输出最高平均功率940mW。     

改善表面润湿性的研究

论述了表面润湿性在流体润滑中的作用,分析了固体表面能与表面润湿性的关系,通过实验对润湿性能不同的试片进行了研究。实验结果表明,金属表面能显著地影响着润滑效果。     

激光诱导等离子体加工蓝宝石微结构及其润湿性

激光诱导等离子体刻蚀技术在蓝宝石表面微结构制作方面具有独特的优势。通过控制变量法研究了激光能量密度、靶材和蓝宝石之间的距离和扫描速度对激光诱导等离子体加工蓝宝石微槽的微观形貌和几何尺寸的影响规律。通过正交试验研究了激光诱导等离子体工艺参数对蓝宝石表面微结构接触角的影响,发现扫描线间距对接触角的影响最大,靶材和蓝宝石之间的距离和激光能量密度次之,扫描速度的影响最小。当激光能量密度为6.3 J/cm²,扫描线间距为200μm,靶材和蓝宝石之间的距离为150μm,扫描速度为10 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为136°,表现出良好的疏水性;当激光能量密度为7.4 J/cm²,扫描线间距为50μm,靶材和蓝宝石之间的距离为100μm,扫描速度为5 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为29°,具有较好的亲水性,并且长时间放置后表面接触角基本保持不变。通过扫描电镜观察发现,蓝宝石表面的微结构上分布着许多纳米颗粒,这些微纳结构共同影响蓝宝石的润湿性。     

基于纳秒激光的316L不锈钢直写微细沟槽实验研究

针对在几十微米尺度下纳秒激光直写法制造微流道的问题,研究纳秒激光加工工艺参数与微流道宽度和深度的关系,利用光纤激光器在316L不锈钢上进行微流道直写实验研究,得到了激光功率、扫描速度、激光频率、激光重复次数与微流道尺寸形貌的关系。实验结果表明,当激光功率为16W,扫描速度200mm/s,频率为40kHz,脉冲宽度为30ns时,实验结果最好,该参数为最佳激光工艺参数范围。同时,验证了小能量激光表面浅熔机理对沟槽底部抛光的可行性。     

微沟槽功能曲表面的双空间精密机械加工研究

正项目负责人:谢晋(E-mail:jinxie@scut.edu.cn)依托单位:华南理工大学项目批准号:510751561.项目简介动力传输、人工关节、光伏电池、发光芯片等核心零部件曲表面被加工出微沟槽结构,会产生新功能特性,使系统的效     

植物油润湿性的实验研究

微量润滑加工一般采用可降解的植物油作为润滑剂,其渗透性是决定切削加工质量的重要因素之一,而切削液对固体表面的润湿性是影响渗透性的主要指标。为了研究植物油的润湿性,利用躺滴法对润湿角进行动态测量,得到切削液的固-液润湿平衡时间和平衡润湿角,并以其作为评价指标,分析植物油黏度和分子结构对它们的影响,同时还分析润湿角与时间之间的关系。结果表明:植物油中包含的极性基团有利于减少固-液润湿平衡时间,润湿角与接触时间存在着幂次方关系;低黏度的植物油不仅可以减小润湿平衡时间,还可以得到较小的平衡润湿角,从而提高润湿效率,改善加工质量,减少加工成本。     

基于纳秒激光加工技术的表面织构工艺参数研究

研究了脉冲激光输出功率、扫描间距和扫描速度对材料表面性能的影响,使用扫描电子显微镜、表面能测量仪对材料表面形貌、润湿性及表面能进行测量表征。结果表明,在一定范围内,激光功率对材料的性能影响较大,但由于等离子屏蔽效应影响,高功率范围内材料性能随输出功率变化不大。扫描间距和扫描速度对材料的影响效果相似,过低的扫描间距和扫描速度会抑制表面织构的效果,影响表面润湿性和表面能,同时会诱发大量微裂纹;过高的扫描间距和速度会降低织构密度,减小材料的表面润湿性能。     

硬质合金刀具表面微结构的激光加工研究

硬质合金刀具常用来加工难加工材料,通过刀具表面织构化技术可以提高硬质合金刀具的耐磨性和加工性能。激光加工技术作为一种快速非接触自动化加工技术,可以在硬质合金刀具表面上加工出微结构。本文主要研究平均功率、扫描速度、脉冲频率、离焦量、扫描次数这五个工艺参数对硬质合金刀具微结构尺寸及形貌的影响,从而选定最优的激光加工工艺参数。实验结果表明:随着平均功率的增大,微沟槽的深度和宽度都在增加,但功率过大导致严重烧蚀使底侧面形貌不平整;扫描速度和脉冲频率的增加都会使得微沟槽的深度和宽度呈现减小的趋势,过大的扫描速度使得底面形貌不连续,随着脉冲频率和扫描次数的增加,沟槽底面形貌变得平整;离焦量从0mm变化到-1. 2mm时,微沟槽的宽度缓慢增大,深度则先增大后减小,底面形貌由连续变成稀疏的孔洞。通过优选出的激光加工硬质合金刀具工艺参数,制备出了良好的刀具表面单一型和混合型微结构。     

基于短脉冲激光束干涉的硅表面亚微米结构加工工艺

激光干涉加工是一种实现周期性微纳米结构制造的高效、低成本加工的新工艺。研究硅表面亚微米结构多激光束干涉加工工艺。分析多光束干涉光强分布的周期性分布特征,多光束干涉光强分布可在微小区域内获得高分辨率的光强分布,有利于高质量的周期性微结构的加工。采用基于二维位相光栅分束方法的四光束干涉试验系统,采用纳秒短脉冲激光束,以单晶硅材料为研究对象,进行多光束干涉试验。试验结果表明,采用四光束干涉,可在硅材料表明加工出周期性亚微米圆点锥状阵列结构,并且周期性规律与光强分布相同;结合短脉冲激光材料去除中熔化、汽化、直接汽化三个临界阈值,分析四光束干涉圆点阵列结构的形成机理;当脉冲数量增加时,圆点阵列高度增大并逐渐饱和,当脉冲数目较多时,在圆点顶部会产生由于表明张力引起熔池流动形成的微小圆粒。     

基于DPSSL的千瓦级全固态激光加工装备研制

介绍了基于自制大功率二极管泵浦固体激光器(Diode-Pumped Solid State Laser,简称DPSSL)的全固态激光加工装备研制的技术路线,简要阐述了装备结构设计、导光系统、精度设计、控制系统原理与软件开发、多功能集成气路设计、千瓦级全固态激光器研制及工艺试验等内容.系统实际运行和加工试验表明,其性能稳定,运行可靠,操作方便,焊接质量良好.加工能力达到国内先进水平.     

辊筒表面微沟槽超精密加工精度影响因素的研究

研究了采用仿形法加工辊筒模具上微沟槽时,影响超精密加工精度的因素,分析了主轴转速和切削深度对辊筒模具上微沟槽表面粗糙度和形状精度的影响,探索了最优加工参数,并利用最优参数成功实现辊筒表面上正弦微沟槽的加工。因此,该成果可为实际加工提供指导,并达到避免重复性加工、节约加工时间和提高加工效率的目的。     

矫直辊表面激光强化实验研究

采用不同激光工艺参数对9SiCr钢矫直辊表面进行强化处理,探讨各加工参数对硬化层深度和硬度的影响。