具有毛化凸点的金属零部件在工程中有广泛应用,精确控制毛化点形貌对实现精准控制相关零部件性能至关重要。以45钢为研究对象,采用二维轴对称模型仿真,探究脉冲激光作用下熔池内温度场、流体流向和流速的演变规律,据此研究毛化形貌形成的微观机理和动态过程。结果表明:在加热过程中,当表面温度低于临界温度时,切向应力为负,熔质流向熔池中心;当表面温度高于临界温度时,切向应力为正,熔质向边缘流动,最终在2个异向环流交界处形成对流零点;对于同种环流,切向应力越大,对应的流速峰值越大。超过临界温度后产生新环流,若环流流速较小,则削弱形貌变形量,若环流流速较大,则会在对流零点处产生异形形貌。

以45#钢为研究对象，采用波长1064 nm 的脉冲激光在45#钢表面进行微凸起造型，利用扫描电子显微镜和三维形貌仪表征形貌。试验得到球冠状、墨西哥帽状和M 状形貌三种典型微凸起形貌。结合温度场以及气化反冲压力数值估算，系统研究了激光脉宽和峰值功率密度对微凸起形貌的影响规律，提出了一种火山口形貌形成的新机理。结果表明：微凸起形貌是激光与材料作用过程中热、力耦合作用的结果。中心凸起形貌由熔池内对流形成，峰值功率密度低，脉宽短，形成球冠状形貌。峰值功率密度越高、脉宽越大，所得中心凸台越高越细，演变为墨西哥帽状。当熔池中心温度超过材料沸点，材料气化形成的反冲压力，在熔池中心凸起顶端反压出凹陷，形成M 状形貌。该结论有助于控制脉冲激光毛化制造微凸起的微观形貌。

为了研究非配合摩擦副工件不同表面形貌对表面摩擦性能的影响，根据非配合摩擦副的摩擦特性，采用连续激光加工方法，在试件表面上加工出网状分布的凹坑形貌以形成环形凸起形貌，将凹坑直径、加工区域占有率、平均深度等参量作为分析变量，对试样进行了表面形貌检测与摩擦磨损测试。结果表明，表面摩擦系数随着凹坑深度的增加而增大，达到增摩效果，微结构区域面积占有率对摩擦系数的影响不是很明显。

鉴于激光表面微造型技术加工金属材料时会带来较严重的负面热效应，提出“单脉冲同点间隔多次”的激光微造型新方法。通过对运动控制卡与自制的调Q控制卡的软件编程，利用声光调Q技术及伺服控制,完成了运动控制系统与激光系统的协同控制，从而实现激光加工新方法。整个系统通过工控机集中控制，利用该方法能够高效率加工出微观或宏观的造型形貌，且能显著减少激光加工所带来的热效应负面影响。该控制系统可在摩擦副表面加工出优化设计的微观形貌。经实际加工验证，设备能够满足加工要求且能获得较好的微观形貌和表面质量。

采用半导体泵浦YAG可倍频激光器,在灰铸铁摩擦副表面进行微观几何形貌的加工试验研究.本文分析了脉冲激光与金属材料相互作用的机理,系统研究了激光束功率密度、重复频率、扫描速度、脉冲宽度、辅助气体和表面涂层等因素对金属表面微加工质量影响,得到了优化的激光工艺参数组合,获取了较好的表面微造型加工质量.