刘朋锴 1,2,3,*全红宇 1,2,3欧阳文泰 2,3原黎明 2,3[ ... ]张文武 2,3
作者单位
摘要
1 宁波大学机械工程与力学学院, 浙江 宁波 315211
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所, 浙江 宁波 315201
3 浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室, 浙江 宁波 315201
镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、机械加工性能好、生物相容性良好等优异性能, 成为潜在新一代可生物降解骨板材料, 但其耐腐蚀性能差, 限制其发展。使用激光冲击强化技术(LSP), 研究其对镁合金表面耐腐蚀性能的影响。采用激光功率密度为1.35 GW/cm2、2.99 GW/cm2和3.92 GW/cm2 进行冲击强化试验, 在3.5%(质量分数)NaCl溶液中, 通过电化学测量技术动电位扫描得到极化曲线, 并通过微观结构探究激光冲击强化对AZ31B镁合金耐腐蚀性能的影响机理。试验结果显示, 随着激光功率密度的提升, 样品的表面硬度也随之提高, 2.99 GW/cm2样品的表面硬度为81.2 HV, 相比原始样品提高了35.8%。XRD图谱显示, 与原始样品相比, 激光冲击处理后的样品衍射峰向高角度方向偏移, 衍射峰强度均降低, 半峰宽增加。2.99 GW/cm2样品的耐腐蚀性能最好, 腐蚀电位为-0.602 41 V, 腐蚀电流密度为1.021 5×10-4 A/cm2, 相比原始样品腐蚀电位提升了50.47%, 腐蚀电流密度降低了42.90%。
激光冲击强化 耐腐蚀性能 影响机理 镁合金 极化曲线 laser shock peening corrosion resistance influence mechanism magnesium alloy polarization curve 
应用激光
2023, 43(4): 117
作者单位
摘要
1 广东电网有限责任公司江门供电局, 广东 江门 529000
2 武汉理工大学自动化学院, 湖北 武汉 430070
为防止激光清洗瓷质绝缘子过程中基底发生损伤, 开展激光辐照下瓷质绝缘子损伤试验。采用1 064 nm脉冲激光辐照于瓷质绝缘子表面, 探究不同能量密度、脉冲个数以及不同辐照时间下瓷质绝缘子的损伤规律, 并对瓷质绝缘子表面开展振镜扫描试验, 利用图像法确定瓷质绝缘子的激光损伤阈值。试验结果表明, 激光定点辐照下, 随着激光能量密度的提高、脉冲数的增加、辐照时间的增加, 绝缘子表面坑洞直径逐渐增大, 最后趋于定值, 约为聚焦光斑直径的1.3倍; 减小扫描速度, 损伤形貌由斑点状变化至条纹状, 粗糙度随能量密度的增大、速度的减小而增大; 基于图像法的瓷质绝缘子损伤判据, 得到损伤能量密度阈值。
激光清洗 损伤阈值 粗糙度 瓷质绝缘子 laser cleaning damage threshold roughness porcelain insulator 
应用激光
2023, 43(4): 106
舒天娇 1,2,*张玲玲 1,2杜远超 1,2李国旗 1,2[ ... ]陈宇 4
作者单位
摘要
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
3 上海集成电路研发中心有限公司, 上海 200233
4 东华大学理学院, 上海 201620
针对SEMI标准对12寸(约300 mm)薄晶圆标识的要求, 采用1 066 nm光纤激光晶圆标识系统对裸硅晶圆与镀膜晶圆进行激光标识工艺的研究。通过控制变量法改变激光器的功率百分比, 分别在两种晶圆上标记Dot样式的SEMI字体, 并对标识的质量和识读率进行评估。研究发现, 裸硅晶圆标识从无到有, 甚至到严重溅射对应的激光功率范围是11.77~19.25 W, 镀膜后的硅晶圆对应的功率范围是4.40~11.77 W。在裸硅晶圆上标识的Dot形貌更符合SEMI标准要求。镀膜后的晶圆熔融阈值变小, 但是工艺窗口变窄, 标识字符和条码Dot圆度较差, 飞溅不易控制。两种晶圆OCR的识读率差异不大。
1 066 nm光纤激光器 裸硅晶圆 镀膜晶圆 OCR读码 1 066 nm fiber laser bare wafer coated wafer OCR code reading 
应用激光
2023, 43(4): 100
作者单位
摘要
1 北京星航机电装备有限公司, 北京 100074
2 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
针对TA15钛合金材料, 建立激光弯曲成形的三维热力耦合有限元仿真模型, 得到不同加工参数下的材料温度场及变形场。通过搭建弯曲试验和测试系统, 获得了部分加工参数下钛合金板的温度场和变形数据, 并与仿真数据进行对比, 验证了数值模型的有效性。基于板材厚度方向温度和塑性应变的分布, 明确了在激光弯曲成形中的主导机制。研究了激光弯曲成形中的翘曲变形现象, 提出可用于抑制翘曲变形的来回扫描加工方法。
激光弯曲成形 有限元分析 翘曲变形 翘曲抑制 laser forming finite element model edge effect scanning strategy 
应用激光
2023, 43(4): 94
作者单位
摘要
1 江苏大学材料科学与工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
激光冲击成形是利用激光冲击波和凹模的限制作用实现膜材微纳结构制备的有效方法, 近20年来得到学术界的广泛关注。目前广泛使用的激光冲击成形工艺中, 激光光斑跨越数个微结构特征并且所使用的激光重复频率小于1000 Hz, 这一方面使激光束所覆盖的各个结构受到的冲击波作用不均匀, 另一方面低重复频率激光限制了激光冲击成形速度。为此, 提出高脉冲重复频率小光斑激光扫描冲击渐进成形工艺用于微结构成形制造。采用脉冲重复频率为40 kHz、光斑直径为50 μm的高脉冲重复频率小光斑激光冲击成形宽度为200 μm、长度为6 mm的微槽结构, 分析成形微结构的高度和微结构的截面形状随激光扫描范围的波动情况。结果表明, 在激光扫描范围变动的情况下, 成形微结构的高度较为稳定; 在微结构的起始阶段和终止阶段, 成形微结构的高度具有一定的过渡范围, 终止阶段的过渡长度远大于起始阶段的过渡长度; 所成形的微结构截面能够采用圆弧进行拟合。
激光冲击成形 高脉冲重复频率 小光斑 稳定性 laser shock forming high repetition rate small spot stability 
应用激光
2023, 43(4): 87
李国旗 1,2,*张玲玲 1,2陈宇 3
作者单位
摘要
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
3 东华大学理学院, 上海 201620
聚焦开发清晰、无飞溅、无碎屑且深度满足半导体晶圆后道加工工序要求的激光标识工艺, 实现清晰可辨、高洁净度的硅晶圆激光标识。采用波长532 nm的激光器研究平均功率、脉冲重复频率和扫描速度等激光工艺参数对晶圆标识质量的影响, 借助目视、显微镜和白光干涉三维轮廓仪来评估标识码的清晰程度、标识点的深浅程度和隆起高度以及热影响区。研究表明, 在低脉冲频率小于50 kHz时, 随着平均功率的上升, 标识码的清晰度逐渐增加, 但是硅渣的数量及其分布区域增大; 在高脉冲频率大于60 kHz时, 平均功率增加对标识码清晰度的影响及硅渣数量和分布区域的变化没有低频段表现明显。在平均功率为20%, 脉冲重复频率为60~80 kHz, 扫描速度为2 500~3 500 mm·s-1的工艺窗口内可以优化参数组合, 在硅晶圆上实现清晰可辨、无飞溅和碎屑污染, 字体深度为0.5~5 μm并且隆起小于1 μm的激光标识。
激光标识 标识深度 硅晶圆 532 nm激光 laser marking marking depth Si wafer 532 nm laser 
应用激光
2023, 43(4): 80
于守银 1,2,*刘国东 1,2武义堂 1,2翟琦 1,2
作者单位
摘要
1 先进制造技术山西省重点实验室, 山西 太原 030051
2 中北大学机械工程学院, 山西 太原 000351
激光微织构加工在当前微织构加工中有很大优势, 然而大多数研究都是关于微凹坑的形成。采用纳秒光纤激光器在304不锈钢表面制备微凹/凸织构, 研究激光加工参数对所制备的凹/凸织构表面形貌的影响。结果表明, 随着功率的增大, 微织构的中心凸起高度先增大后减小, 最后转化为凹坑。在不同的功率下, 高度随脉冲宽度变化的趋势不同。在功率为25 W时, 随脉冲宽度增大先升高后降低; 30 W、35 W时, 总体呈下降趋势, 先降低后升高再降低; 20 W时, 随脉冲宽度增大先降低后升高再降低, 变化幅度较小; 40 W时凸起消失。微织构的直径随功率和脉冲宽度的增大而增大。随着脉冲数量的增加, 微凸织构中心凸起部位的下凹深度也增大, 突起高度降低。在脉冲数量为1、激光功率为25 W、脉冲宽度为10 000 ns时, 可以得到凸起高度为35.362 μm、直径为174.057 μm的微凸起织构。
微织构 形貌 纳秒光纤激光器 工艺参数 micro-texture morphology nanosecond fiber laser process parameters 
应用激光
2023, 43(4): 73
作者单位
摘要
陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安 710021
表面张力自组装技术的一个重要前提就是利用润湿性分区结构将液滴限制在目标区域。提出一种采用微秒脉冲激光在复合基底表面上制造润湿性分区结构的方法。该方法可通过改变激光加工参数控制复合基底表面超疏水涂层的去除面积占比, 进而调控加工区域的润湿性。建立去除面积占比的数学模型和仿真模型, 研究加工参数对去除面积占比以及润湿性的影响。结果表明, 加工区域的去除面积占比与加工速度和扫描线间距成反比。采用不同的加工参数制备了不同的润湿性分区结构并测量了其接触角。试验结果表明, 随着加工速度从100 mm/s提高到9 000 mm/s, 扫描线间距从20 μm增加到150 μm, 加工区域的去除面积占比减小, 接触角从5°以下逐步增大到127°; 随着基底表面与激光焦平面之间距离的绝对值从0增加至3 mm, 加工区域的接触角从5°以下增大到170°以上。进行了微芯片自组装试验, 结果表明, 利用该方法制备的润湿性分区结构可实现液滴限制和微芯片自组装。研究结果为制造润湿性可控的自组装基底提供了新思路。
激光加工 复合基底 润湿性调控 自组装 laser fabrication composite substrates wettability control self-assembly 
应用激光
2023, 43(4): 61
作者单位
摘要
1 天津科技大学机械工程学院, 天津 300222
2 天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室, 天津 300222
利用纳秒脉冲激光诱导304不锈钢表面进行着色试验, 分析了纳秒激光诱导不锈钢表面着色的机理。首先, 通过激光器直接加工不锈钢样品表面, 研究了加工面积对着色均匀性的影响; 其次, 在标记中心处和偏离标记中心不同距离处进行小面积着色, 探究偏离标记中心距离对样本着色效果的影响; 最后, 利用激光器循环打标, 多轴数控平台往复运动进行着色效果改善试验。结果表明, 样品加工面积能够影响不锈钢表面着色的效果, 减小样品的加工面积可以使颜色更均匀; 随着偏离标记中心距离的增加, 样品表面的着色稳定性变差; 通过引入多轴数控平台辅助激光着色, 可有效提高不锈钢表面着色的稳定性, 降低色差值。
脉冲激光 不锈钢 表面着色 数控平台 pulsed laser stainless steel surface coloring CNC platform 
应用激光
2023, 43(2): 99
舒天娇 1,2,*杜远超 1,2李国旗 1,2陈媛 1,2[ ... ]陈宇 3
作者单位
摘要
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
3 东华大学理学院, 上海 201620
为研究聚焦系统对晶圆标识工艺的影响, 搭建以1 066 nm的声光调Q脉冲光纤激光器为光源, 分别使用普通F-Theta透镜和远心F-Theta透镜的晶圆激光打标系统, 使用相同的工艺参数分别在晶圆表面进行点阵标识, 研究两种聚焦系统下晶圆的烧蚀阈值、离焦效果和点的形貌。采用白光干涉仪对晶圆标识区域的三维形貌进行评估, 研究发现普通F-Theta透镜与远心F-Theta透镜对晶圆的烧蚀阈值的影响区别不大。在离焦效果方面, 普通F-Theta透镜随着离焦量增加, 标识点直径逐渐变小; 而远心F-Theta透镜随着离焦量增加, 标识点直径先增大后减小。在打标范围内的标识质量方面, 两者在打标范围中心的标识质量基本相当, 离中心越远, 远心透镜也未能表现出更好的标识形貌。
F-Theta透镜 远心F-Theta透镜 晶圆标识 烧蚀阈值 离焦量 F-Theta len telecentric F-Theta len wafer identification ablation threshold defocus amount 
应用激光
2023, 43(2): 93

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