分别采用脉冲宽度为100 ns、3 ps激光对厚度为80 μm的Zr-21Cu-4Al-1Ti（ZT1）非晶合金进行切割试验，研究激光加工非晶合金的适应性。结果表明：纳秒激光加工的热效应明显，加工区域存在重铸、裂纹、飞溅等典型的热致缺陷，并且在外侧形成了较大范围的晶化区域，晶化区域的材料表面具有独特的纹理和颜色。皮秒激光可实现近“冷”加工，加工区域呈现非热熔性去除形貌，无重铸、裂纹、飞溅等热致缺陷，并且未发现晶化。在大气环境、多脉冲、高能量密度等条件下，纳秒、皮秒激光的加工区域均出现了不同程度的氧化。前者发生在整个热影响区表面，后者只发生在激光辐照区域。

本文采用纳秒紫外激光对树脂基碳纤维复合材料表面进行激光预处理, 研究预处理参数对表面形貌和胶接件剪切强度的影响规律。利用电子显微镜、三维形貌分析仪以及表面接触角测量仪分别分析了激光预处理复合材料表面的显微形貌、粗糙度以及润湿特性, 并测试了激光预处理后复合材料胶接件的剪切强度。结果表明: 通过改变预处理参数(激光功率、扫描间距和扫描次数), 可以使复合材料表面呈现出不同的加工形貌, 改变表面粗糙度和接触角, 从而影响复合材料胶接件剪切强度。

为提高碳纤维增强树脂基复材(CFRP)加工质量和效率, 本文采用波长1 064 nm的Nd: YAG激光器对CFRP平板试样进行切割试验, 利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪等仪器对加工后组织的显微形貌、元素成分进行了测试。结果表明, CFRP经激光加工后存在热变形、微孔洞、微裂纹等多种热损伤形式, 与母材相比热影响区内材料发生了脱氧碳化, 未发生氮化。激光切割质量与激光加工参数密切相关, 调节工艺参数可抑制但无法彻底消除热致损伤, 获得了激光高质量切割CFRP的工艺窗口: 脉冲宽度τ≤0.3 ms、脉冲频率f ≤30 Hz, 吹气压力Pa≥0.7 MPa, 扫描速度v≥100 mm/min, 激光功率P≤150 W。最后采用优化的工艺参数组合, 在保证切割效率的前提下, 获得了平均热影响区深度小于120 μm的切缝。

针对目前带热障涂层(TBC)叶片的难加工问题, 开展了皮秒激光加工热障涂层的试验。试验分别在三种扫描速度下(50 mm/s, 150 mm/s, 250 mm/s)使用不同单脉冲能量加工热障涂层。发现随着扫描速度的增大, 材料出现缺陷对应的最小单脉冲能量分别为120 μs, 280 μs和400 μs; 随着脉冲能量的增大, 热障涂层出现裂纹、崩边及脱落等缺陷越多。通过面积外延法, 计算三种扫描速度下多脉冲烧蚀阈值分别为1.17 J/cm2、2.72 J/cm2和4.45 J/cm2, 随着激光扫描速度的提高, 烧蚀阈值也随之增大。小脉冲能量去除热障涂层主要以雪崩电离为主, 当以较大脉冲能量去除时主要以多光子吸收为主, 当脉冲能量远大于烧蚀阈值时会在加工区域产生烧蚀潜热, 在材料加工区域边缘处因产生应力集中出现微裂纹、崩块和整块脱落的缺陷。

采用波长355 nm的纳秒激光对316L不锈钢进行表面微纳加工, 研究了微米级沟槽的尺寸控制、紫外激光加工热影响及改善加工质量的方法。结果表明, 选择合理的搭接间距、通过控制搭接个数和扫描次数可以实现微槽尺寸的精确控制。紫外激光加工金属的热影响很小, 不存在明显热扩散, 近加工区组织稳定。大气中紫外激光加工存在氧化, 氧化程度随着扫描次数的增大非线性提高, 且激光光束扫描边缘区域氧化程度高于中心区域。加工表面呈典型的液化喷溅形貌, 未加工表面容易附着熔化飞溅残渣。涂料、吹氮和酸洗可以去除附着在未加工区域的氧化飞溅物, 吹氮和酸洗还能去除加工区的溅落物, 并且降低表面氧化。