研究了激光诱导放电(LGD)材料表面离散处理的机理和加工方法。在机理研究中发现激光诱导在大尺度上(放电点间隔)和小尺度上(放电点内部)都抑制了放电的随机性,实现了放电点位置的设定,增加了强化深度,提高了放电点的一致性。在LGD表面毛化研究中,发现随着峰值电流的升高,毛化坑凸起高度和毛化表面粗糙度(SRa)随之增大,毛化坑凸起的硬度达到1000 HV。在LGD表面强化研究中,发现通过控制放电电流和脉冲宽度能够获得不同径深比的强化点横截面形貌。在长脉冲宽度下强化点的径深比相似,高电流下的强化点直径更大,强化层更深,低电流则相反。在短脉冲宽度下强化点的深度相似,而高电流的径深比更大,低电流则相反。

实验研究了YAG激光诱导放电(LGD)表面离散强化形貌,包括强化点的表面形貌和横截面形貌。利用放电过程中的电弧压力,对强化点表面进行造型。大电流、倾斜放电容易将熔凝物吹起形成凹坑和突起,表面起伏更加明显,而小电流、垂直放电则能得到平坦的表面,有利于增大强化深度。随脉冲宽度的增加,强化点的径深比逐渐变小,在相同强化深度下,小电流、长脉冲宽度可以获得小径深比、厚深状的强化点,而大电流、短脉冲宽度可以获得大径深比、扁平状的强化点。在现有实验条件下,在电流150 A,脉冲宽度9.83 ms下得到最大强化深度为0.479 mm,径深比为3.9。

采用45#钢作为工件电极,钨合金作为工具电极,在不同放电电流、放电脉宽条件下,于空气中进行了单脉冲激光诱导放电实验。从表面形貌照片来看,放电点大致为圆形,坑表面较平坦,随着放电脉宽、放电电流的增大,强化点坑径、坑深随之增大。通过对实验数据的拟合,得到了强化点坑径、坑深随放电电流和放电脉宽变化的经验公式。获得的经验公式拟合效果好,相关系数高,可用来指导加工工艺的优化设计。

使用激光诱导微弧放电的方法对45#钢进行了表面强化。通过实验对比了高压诱导放电(HVGD)和激光诱导放电(LGD)两种表面强化方法。发现激光诱导放电使电极间隙的击穿电压降低了一个数量级, 同时放电点和激光焦点重合, 实现了对放电点位置的控制。在两种诱导放电过程中放电点的膨胀速度基本相同, 但是受到初始放电点大小的影响, 激光诱导放电点直径大于高压诱导放电点。在两种诱导放电过程中强化深度都存在最大值, 约为180 μm。放电点的强化层由熔凝层和相变硬化层组成, 其中熔凝层的硬度最高达到800 HV。