在5 月舉辦的2024 激光加工與先進(jìn)制造論壇上，來自江蘇大學(xué)的張朝陽教授向現(xiàn)場(chǎng)嘉賓介紹了有關(guān)激光液體復(fù)合微加工方面的內(nèi)容。自今年“全國兩會(huì)”再次提出新質(zhì)生產(chǎn)力以來，未來我國制造業(yè)勢(shì)必將沿著高質(zhì)量發(fā)展的路線前進(jìn)，新質(zhì)生產(chǎn)力的關(guān)鍵就是探索高性能制造的新機(jī)理和新方法，而激光液體復(fù)合微加工作為一種新穎的加工方式，憑借其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)在航空航天、交通運(yùn)輸、海洋工程等多個(gè)領(lǐng)域有不同程度的應(yīng)用。

　　不同加工類型，適合多種應(yīng)用

　　經(jīng)張朝陽教授介紹，目前激光液體復(fù)合微加工主要有四種類型，分別是激光電化學(xué)復(fù)合、激光水射流復(fù)合、水導(dǎo)激光加工和激光沖擊強(qiáng)化。四種加工方式對(duì)應(yīng)了不同的行業(yè)和應(yīng)用需求。比如在水導(dǎo)激光加工中，水充當(dāng)了傳導(dǎo)介質(zhì)的作用，激光在水中進(jìn)行反射并引到需要加工的部位。激光水射流復(fù)合加工更多的是針對(duì)硬脆材料，加工過程中因激光溫度變化非?？欤瑢?dǎo)致材料很容易產(chǎn)生裂紋或崩碎，形成較差的表面質(zhì)量。在激光水射流復(fù)合加工中，需要在水里加磨料顆粒，在激光照射的同時(shí)沖洗和軟化材料，從而使切割的斷面平直，質(zhì)量穩(wěn)定。

　　而激光電化學(xué)復(fù)合主要是用于加工金屬類材料，其中的液體并不是普通水而是電解液。金屬在與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，激光起到了很好的輔助作用，可以加快照射材料部位的化學(xué)反應(yīng)速度，同時(shí)也讓化學(xué)反應(yīng)的區(qū)域固定下來，形成定域化學(xué)溶解。對(duì)于超硬材料或熔點(diǎn)很高的材料，采用激光電化學(xué)復(fù)合就能夠避開材料的物理性能而主攻材料的化學(xué)性能，達(dá)到很好的加工效果。

　　在激光沖擊強(qiáng)化中，水是作為約束層來體現(xiàn)的。在加工過程中，往往先要在材料表面敷上一層鋁箔作為吸收層。再在鋁箔上面加上水層，激光照射后因能量密度高，直接產(chǎn)生了等離子爆破，加入水層的目的是讓因激光照射產(chǎn)生的力效應(yīng)向下傳導(dǎo)，最終實(shí)現(xiàn)沖擊鍛打或噴丸的效果。無論是金屬3D 打印還是激光熔覆，加工過程都會(huì)產(chǎn)生熱作用，這時(shí)材料表面往往會(huì)形成拉應(yīng)力，這對(duì)于材料后期的耐腐蝕和強(qiáng)度都有直接影響。材料表面發(fā)生應(yīng)力，就會(huì)出現(xiàn)小裂紋。而激光沖擊強(qiáng)化，就是將原來的拉應(yīng)力變成了壓應(yīng)力，如果有小裂紋也可以讓其閉合，從而讓材料表面的強(qiáng)度更高，耐用性更好。

　　相較于傳統(tǒng)激光加工，以上四種激光液體復(fù)合微加工有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，總體而言，采用激光與液體復(fù)合的加工方法可以有效抑制激光的熱效應(yīng)影響，顯著提高加工質(zhì)量。

　　激光電化學(xué)復(fù)合的具體應(yīng)用

　　在以上四種激光液體復(fù)合工藝中，激光電化學(xué)復(fù)合工藝應(yīng)用相對(duì)廣泛。傳統(tǒng)的激光燒蝕工藝會(huì)對(duì)材料表面造成破壞，而在激光刻蝕過程中結(jié)合電化學(xué)的方式，可以將溫度控制在100度以內(nèi)，讓材料表面不發(fā)生相變，去除微小顆粒后讓表面形成微米級(jí)或亞微米級(jí)的微結(jié)構(gòu)，起到減磨潤滑、減阻、超疏水的作用。在對(duì)金屬材料進(jìn)行激光電化學(xué)復(fù)合加工后，讓其表面具有超疏水的功能，從而可以有效提升防腐性能。而減磨潤滑的作用更多是在機(jī)械軸承方面有所體現(xiàn)，在軸承油槽表面加工出許多微小的凹坑，讓凹坑既能存油又可以超疏油，油總是存在油槽里而不會(huì)被軸承的旋轉(zhuǎn)帶走，這樣一來就可以讓兩個(gè)接觸表面產(chǎn)生了油膜潤滑，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的效果。

　　在電子封裝領(lǐng)域，激光電化學(xué)復(fù)合工藝同樣有應(yīng)用。在電子封裝表面，通過激光誘導(dǎo)的方式，讓引線部位表面加上導(dǎo)電層，兼具耐磨和硬度且電阻率也很低?，F(xiàn)在，業(yè)界會(huì)采用飛秒激光加工，但這種冷加工的方式效率相對(duì)低。如果是采用超高頻飛秒激光，對(duì)器件影響大，時(shí)間一久，穩(wěn)定性就欠佳。因此，相比之下，激光電化學(xué)復(fù)合具有一定的加工優(yōu)勢(shì)。

　　在醫(yī)療器械領(lǐng)域，采用激光燒蝕氣化后，材料表面時(shí)常會(huì)出現(xiàn)熔渣，這些熔渣會(huì)附著在材料表面。雖然加工精度達(dá)到要求，但表面質(zhì)量仍需要完善。采用激光電化學(xué)復(fù)合的好處就是，電化學(xué)的特點(diǎn)是依靠電場(chǎng)溶解，而電場(chǎng)又有尖端效應(yīng)——就是材料表面出現(xiàn)熔渣的地方反而溶解得較快。在激光切割材料表面邊緣出現(xiàn)毛刺后，通過電化學(xué)可以輕松去除，確保了加工精度，解決了醫(yī)療器械對(duì)產(chǎn)品毛刺的要求。

　　談及其他幾種激光液體復(fù)合微加工技術(shù)，張教授表示，國內(nèi)水導(dǎo)激光加工還處于起步階段，而激光沖擊強(qiáng)化做了很多年，積累了不少經(jīng)驗(yàn)，但這項(xiàng)技術(shù)對(duì)激光器的要求非常高，需要很高的出光穩(wěn)定性。水射流激光復(fù)合主要針對(duì)半導(dǎo)體材料加工，像硅片、鍺片這樣的硬脆材料，但目前為止，該行業(yè)的主流聲音還是對(duì)現(xiàn)有工藝流程做優(yōu)化，提高精度，減少成本，愿意嘗試激光水射流技術(shù)并不多。

　　激光液體復(fù)合工藝的主要目的是把激光熱效應(yīng)消除掉?，F(xiàn)在的飛秒激光器尤其是高端飛秒激光器的成本，仍然很高。未來，如果飛秒激光器的成本下探，加工效率提高后，就會(huì)成為激光液體復(fù)合工藝的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。但從另一方面來看，激光液體復(fù)合也有其自身的局限性，有些行業(yè)和應(yīng)用場(chǎng)景無法使用電解液、化學(xué)溶液，環(huán)保和后處理也需要妥善解決?？傮w來說，激光液體復(fù)合和飛秒激光有各自的特點(diǎn)，未來都有一定的發(fā)展空間。

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