飞秒激光应用于合金材料微细加工的试验研究.pdf

第 5 期 微细加工技术 №5 2007 年 10 月 MICROFABRICA TION TECHNOLO GY Oct ,2007 ( ) 文章编号 2007 飞秒激光应用于合金材料微细加工的试验研究 刘 　勋 ,陈　涛 ,刘世炳 ,左铁钏 (北京工业大学 激光工程研究院 中国国家产学研激光技术中心 ,北京 100022) 摘要 :利用飞秒激光对 H62 黄铜 、1Cr18Ni9 Ti 奥氏体不锈钢和 7075 铝合金进行加工 ,研究了激光 参数和试验条件对三种合金材料的微细加工效果的影响 。试验研究内容包括脉冲扫描速率与刻 蚀宽度和深度的关系 、入射脉冲数量与刻蚀宽度以及刻蚀效率的关系 。运用扫描电子显微镜和激 光共焦扫描显微镜对试验结果进行分析 ,发现对于三种合金材料而言 ,入射的脉冲数量达到某值 后 ,刻蚀宽度基本保持恒定 ;黄铜和不锈钢的通道宽度与深度会随着激光扫描速率的提高而降低 ; 飞秒激光可以对黄铜与不锈钢实现冷加工 ,单个脉冲的刻蚀率分别为 1024 nm 和 3983 nm ,是比 较理想的微加工手段 。 关 　键 　词 :飞秒激光 ;微细加工 ;黄铜 ;铝合金 ;不锈钢 中图分类号 : TN24 　　　文献标识码 :A 1 　引言 境条件 中进行 ,超净间为 Class 1 000 , 温度范围为 20 ℃±1 ℃,相对湿度为 40 % ±5 %[3 ] 。 近几年 ,飞秒激光与金属材料的相互作用机理 成为众多科研工作者的研究内容[1 - 2 ] 。本文对飞秒 ( 激光与三种合金材料 H62 黄铜 、1Cr18Ni9 Ti 奥氏体 ) 不锈钢和 7075 铝合金 的相互作用以及微细加工效 果进行研究 ,通过对比三种合金材料的飞秒激光加 工效果 ,探讨了试验参数的影响和三种合金材料的 飞秒激光可加工性能 。 ( ) 图 1 　试验系统示意图 M :反射镜 ,L :透镜 ,A :衰减器 2 　试验条件和方法 　 2 2 　试验内容 2 1 　系统描述 试验 材 料 分 别 为 黄 铜 , 牌 号 H62 , 厚 度 为 试验在南开大学现代光学研究所进行 , 飞秒激 2 3 mm ; 奥 氏体不锈钢 , 牌号 1Cr18Ni9 Ti ,厚度为 光加工系统示意图见图 1 。试验采用光谱物理公司 10 mm ;铝合金 ,牌号为 7075 , 厚度为 18 mm 。试 的 Spitfire 50 fs - 1 K - HP 系统 ,输出光的中心波长 验内容为 :在注入脉冲数量相同的条件下 ,改变入射 为 794 nm ,脉冲宽度 50 fs ,重复频率为 1 kHz 。工作 激光的通量密度 ,分别对黄铜 、铝合金和不锈钢打微 台的 xy 方 向 移 动 速 度 范 围 为 01 mm/ s ～ 孔 。在激光通量密度相同的条件下 ,改变扫描速率 ,