李蘇，張占輝，韓善果，任香會，劉丹，辛楊桂，高世一

（1.廣東省焊接技術(shù)研究所（廣東省中烏研究院）廣東省現(xiàn)代焊接技術(shù)重點實驗室廣東省科學(xué)院，廣州 510650；2.陽江市中烏巴頓技術(shù)研究院，廣東 陽江 529533）

近年來隨著超快光學(xué)、光纖激光器及大功率激光器的迅速發(fā)展，激光技術(shù)在輸出功率、加工效率、精度和質(zhì)量等方面都得到了完善提升，進(jìn)一步加深了激光技術(shù)在材料加工、光電檢測、高速通信、生物醫(yī)療、國防工業(yè)等眾多領(lǐng)域的發(fā)展，促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)升級[1—4]。激光技術(shù)本質(zhì)上是融合光學(xué)、機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、計算機(jī)學(xué)等學(xué)科為一體的高新技術(shù)，因其具備高單色性、相關(guān)性及平行性等獨特優(yōu)勢，且有著極好的空間和時間控制性能，其應(yīng)用領(lǐng)域范圍不斷擴(kuò)展[5—9]。

激光技術(shù)在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用頗為廣泛，應(yīng)用的工業(yè)激光器主要有CO2激光器、Nd： YAG激光器、光纖激光器、碟片激光器和半導(dǎo)體激光器，目前交付使用的高功率高光束質(zhì)量光纖激光和碟片激光器最大輸出功率高達(dá)100 kW，軸快流CO2激光器最大功率為 20 kW，研制的新一代二極管泵浦金固態(tài)激光器，具有極高的能量轉(zhuǎn)換效率，且體積小，波長短，使用更方便[10]。

1 激光加工技術(shù)原理及優(yōu)勢

通常將應(yīng)用到材料加工領(lǐng)域的激光技術(shù)稱為激光加工技術(shù)，因激光可精確聚焦至微米級，能量密度高（可達(dá)105～1015W/cm2），因此激光加工技術(shù)可對新型材料、復(fù)合材料、金屬化合物以及非金屬材料等進(jìn)行高效、高質(zhì)、高水平加工，且加工過程中對材料的損傷程度低[11]。激光加工技術(shù)具有以下幾點優(yōu)勢：① 工藝集成性強(qiáng)，材料加工步驟繁瑣，包括打磨、切割、打孔、焊接等多道工序，普通技術(shù)加工耗時長，且容易浪費資源，激光加工技術(shù)可實現(xiàn)在同一臺設(shè)備完成多種加工工藝，從而大大提升工作效率，提升經(jīng)濟(jì)效益；② 材料適用范圍廣，激光加工技術(shù)可對不同種類材料加工，既可對硬質(zhì)合金材料、耐熱合金材料等高強(qiáng)度、高硬度、高熔點的金屬材料加工，又可加工高硬度、脆性大的非金屬材料，如寶石、陶瓷、玻璃等，同時激光加工技術(shù)對工作環(huán)境要求比較低，可以在大氣、真空甚至個別特殊極端工作環(huán)境下工作；③ 加工精度及效率高，由于激光的能量密度高，可瞬時完成加工任務(wù)，因此熱影響區(qū)小，同時加工方式為非接觸式，工件變形小，能夠極大保證加工質(zhì)量，降低加工成本[12]。

2 激光技術(shù)在材料加工領(lǐng)域的典型應(yīng)用

2.1 激光切割技術(shù)

激光切割是利用高能量密度的激光束加熱工件，使工件材料在極短時間內(nèi)達(dá)到熔點或沸點，通過輔助氣體吹走切割縫內(nèi)的熔渣，達(dá)到切割的目的。激光切割通用性強(qiáng)，可以對新型材料、金屬材料、玻璃和半導(dǎo)體等脆性材料進(jìn)行精準(zhǔn)切割，且加工后工件熱影響和材料變形小，切割后的工件可直接使用無需二次加工。相比與傳統(tǒng)切割技術(shù)，激光切割過程噪音較小，且能節(jié)省 15%～30%的原材料。隨著激光技術(shù)的日臻成熟，超快激光可實現(xiàn)微米級加工精度，表面粗糙度可達(dá)到或優(yōu)于Ra0.4 μm。激光切割技術(shù)與機(jī)器人、計算機(jī)軟硬件相結(jié)合，向智能制造發(fā)展，能實現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動，完成復(fù)雜工件的精準(zhǔn)高效切割[13]。目前國內(nèi)外汽車制造企業(yè)大量引入激光切割技術(shù)，使汽車安全性能得到進(jìn)一步提升[14]。圖1所示為激光切割在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，在切割金屬薄板方面，光纖激光器的應(yīng)用最為廣泛，其切割效率和切割質(zhì)量均具有顯著優(yōu)勢[15]。

圖1 激光切割在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用Fig.1 Application of laser cutting in material processing

在金屬材料激光切割方面，趙鑫等[16]以高速飛行器尾翼不同厚度的Q235鋼板為實驗對象，進(jìn)行激光切割工藝試驗，研究表明隨切割速度與輔助氣壓的增大，切縫表面質(zhì)量整體呈先升高后降低的趨勢，與鋼板厚度無明顯關(guān)系。顧俊等[17]分別對0.8 mm和1.6 mm的TC4鈦合金民用大飛機(jī)蒙皮板材進(jìn)行激光切割工藝試驗，研究表明，切割速度是影響切割質(zhì)量的主要因素，熱影響區(qū)深度受切割工藝的影響較大，熱影響區(qū)深度越深，材料的拉伸性能越差，試樣斷口形貌屬于塑性斷裂。沈義平等[18]針對 8 mm厚 AA2219鋁合金開展了光纖激光切割工藝實驗，研究表明，激光功率和輔助氣壓是影響切縫質(zhì)量的最主要工藝參數(shù)，當(dāng)激光功率增大至5.4 kW、輔助氣壓取值范圍增大至 1100～1500 kPa時，切縫掛渣量最少。

在非金屬材料激光切割方面，邊曉微[19]將 355 nm的納秒激光器和1064 nm的皮秒激光器用于藍(lán)寶石的切割實驗，結(jié)果表明用納秒激光器在紫外波段對藍(lán)寶石基片造成損傷的峰值功率密度閾值為 0.5×109W/cm2，加工效率低且存在明顯的熱效應(yīng)，而脈寬為15 ps的皮秒激光對藍(lán)寶石基片造成損傷的峰值功率密度閾值為0.5×1012W/cm2，加工幾乎不產(chǎn)生熱效應(yīng)，切割質(zhì)量優(yōu)。圖2為通過皮秒激光對0.55 mm的藍(lán)寶石進(jìn)行高質(zhì)量的分層掃描切割[20]。蔣翼等[21]用紅外皮秒激光加工CFRP炭纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，將材料的熱損傷降到了5 μm，并發(fā)現(xiàn)HAZ會隨著激光平均功率的增大，先減小再增大；HAZ隨脈沖重復(fù)頻率的增加而增大；HAZ隨掃描速度的增大逐漸減小，最后HAZ會逐漸趨于一個穩(wěn)定值。喬璐等[22]針對低溫共燒陶瓷Ferro A6M LTCC基板進(jìn)行激光切割工藝研究，研究表明當(dāng)激光參數(shù)設(shè)置為空占比為30%，頻率為10 kHz，速度為4 mm/s時，得到的切割效果較好。

圖2 皮秒激光切割藍(lán)寶石Fig.2 Cutting of saphire by picosecond laser

在切割工藝對切割質(zhì)量的影響因素方面，許天宇等[23]通過國志激光YMM-12000光纖激光器對20 mm厚的 Q235b鋼板進(jìn)行切割工藝實驗，表明影響切割質(zhì)量的主要工藝參數(shù)為激光功率和輔助氣壓，當(dāng)激光功率增大到 4 kW，輔助氣壓取值范圍增大到 1400～1500 kPa時，切縫掛渣量最少。侯紅玲等[24]對1.7 mm厚飛機(jī)鈦合金蒙皮材料進(jìn)行激光切割實驗，當(dāng)激光功率為 1000 W，輔助氣壓為 1.2 MPa、切割速度為3000 mm/min時，切割面粗糙度最小，激光切割提高了切面的硬度。何燕春等[25]以Kapton復(fù)合膠膜為實驗對象進(jìn)行激光切割實驗，得到最優(yōu)工藝參數(shù)為噴嘴走速為 80 mm/s，激光功率為 70%，激光頻率為6500 kHz，伺服電機(jī)加速度為450 mm/s2，工藝改進(jìn)后激光切割Kapton復(fù)合膠膜孔切透率由原有的9%提升至97.4%。

2.2 激光焊接技術(shù)

激光焊接技術(shù)是激光領(lǐng)域重要的研究方向之一，據(jù)統(tǒng)計，制造業(yè)中25%的焊接任務(wù)由激光焊接完成，激光焊接技術(shù)被譽為“21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ母吣苁骱附蛹夹g(shù)之一”[26]。在航空航天領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)常用于武器裝備和飛行器的制造、飛機(jī)蒙皮的拼接等。在船舶制造和修復(fù)領(lǐng)域，將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于甲板和艙壁的焊接，有效解決船板翹曲變形問題，同時用于船舶關(guān)鍵零部件的修復(fù)，如大型低速機(jī)活塞部件，通過修復(fù)使部件使用壽命延長2～3倍[27]。在汽車制造領(lǐng)域，激光焊接已成為汽車焊接中的一項標(biāo)準(zhǔn)工藝，主要用于車身不等厚板的拼焊、車身的組焊和汽車零部件的焊接。與傳統(tǒng)焊接技術(shù)比，激光焊接有如下優(yōu)點：焊接材料適用性更廣；焊接熔深大；焊縫熱影響區(qū)窄，殘余應(yīng)力?。桓咝?；非接觸式焊接，無污染；運用光纖傳播，不受大氣和電磁場的影響。激光焊接根據(jù)焊縫特點可分為深熔焊和傳導(dǎo)焊，深熔焊一般應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域，傳導(dǎo)焊一般用于熔池深度較淺、寬度要求較小的焊接領(lǐng)域，如電子工業(yè)[28]。圖3所示為激光焊接在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖3 激光焊接在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用Fig.3 Application of laser welding in material processing

國內(nèi)針對激光焊接工藝開展了大量研究，圖4為不同金屬材料激光焊接焊縫及外觀形貌。韓善果等[29]針對16 mm厚1561鋁合金采用不開坡口無間隙的雙面激光-MIG復(fù)合焊接工藝，結(jié)果表明焊接接頭中存在著基體相α-Al和第二相Fe(Mn Al)6，第二相經(jīng)焊接熱循環(huán)重熔后彌散分布，較大的激光功率可使雙面焊道交叉面積增大，有利于減少焊道根部缺陷，提高拉伸性能。陳永城等[30]對5 mm厚紫銅進(jìn)行焊接，結(jié)果表明，在激光功率為 4.5～9.5 kW范圍內(nèi)，焊縫熔深與激光功率幾乎呈線性關(guān)系，高功率可顯著減少焊接過程的飛濺及表面孔洞，焊縫橫截面形貌為I型，顯微組織為柱狀晶，焊接接頭的拉伸強(qiáng)度為母材的77.3%，伸長率為母材的 41.8%。藺小軒等[31]利用激光焊接汽車差速器殼與盆齒輪，省去了零件螺紋孔加工，焊接件總成疲勞及靜扭試驗符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，同時新產(chǎn)品減重效果明顯，主減速器傳動系統(tǒng)的傳動效率得到了明顯提升。省焊接所辛楊桂等開發(fā)了1000 W的手持式激光焊接設(shè)備，具備輕便、易上手的特點，可廣泛用于焊接薄板材料。

在激光焊接對接頭組織性能影響方面，溫鵬等[32]采用擺動光纖激光-CMT電弧復(fù)合焊接方式對高速列車用帶鎖底6A01-T5鋁合金型材進(jìn)行了焊接工藝試驗，得到了良好接頭。研究表明，擺動激光復(fù)合焊縫外觀成形優(yōu)良，焊縫內(nèi)工藝性氣孔得到明顯抑制；焊縫中心為樹枝晶組織，二次枝晶明顯弱化；復(fù)合焊接頭極限疲勞強(qiáng)度為105.0 MPa，抗拉強(qiáng)度平均值為223.19 MPa，接頭拉伸斷口呈韌窩狀，具有典型韌性斷裂特征。羅兵兵等[33]對車用6016鋁合金與 DC06低碳鋼進(jìn)行了鋼上鋁下機(jī)器人激光焊接工藝試驗，結(jié)果表明，在激光功率為 800 W，離焦量為+2 mm的條件下，均獲得了良好的表面成形。焊接速度為0.07 m/s時，熔池內(nèi)部生成大量塑韌性良好的珠光體組織，界面金屬間化合物（IMC）數(shù)量少，應(yīng)力集中系數(shù)最小，接頭的平均抗拉剪力達(dá)到最大值81.3 N。李斌等[34]采用激光-電弧復(fù)合技術(shù)焊接 BS960E高強(qiáng)鋼板材，實驗結(jié)果顯示，采用直徑為1.2 mm的90G型焊絲進(jìn)行焊接，對應(yīng)的接頭組織主要為板條貝氏體，少量馬氏體和 MA組元，焊縫接頭抗拉強(qiáng)度為1117.13 MPa，伸長率為11.82%，焊縫沖擊吸收功為 23 J，沖擊斷口以準(zhǔn)解理斷裂為主，呈現(xiàn)韌窩狀形貌。

在激光焊數(shù)值模擬方面，彭進(jìn)等[35]對激光焊接中不同尺寸的熔滴填充進(jìn)入熔池過程的匙孔三維形貌，以及熔池金屬流動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，模擬結(jié)果表明，熔滴在匙孔上方下落填充進(jìn)入熔池，對匙孔的形態(tài)波動影響較大，熔滴尺寸較大時，匙孔深度的波動幅度較大。馮燕柱等[36]建立了304不銹鋼激光焊接過程熔池和匙孔之間瞬態(tài)耦合的三維模型，開展了匙孔瞬態(tài)行為研究，仿真結(jié)果與試驗結(jié)果吻合，研究表明，匙孔瞬態(tài)行為受氣泡影響，縱截面上匙孔面積因氣泡破裂而增大；焊件上表面匙孔開口長度與匙孔后壁傾角相關(guān)；與匙孔開口寬度相比，匙孔縱截面上面積和匙孔長度變化幅度更大。黃立進(jìn)等[37]建立了氣泡三維數(shù)值模型，研究鋁合金激光焊接中匙孔行為和匙孔型氣孔的形成機(jī)理。實驗論證表明，匙孔的形成與坍塌機(jī)理在數(shù)值模擬與實驗中是相似的；匙孔坍塌的主要步驟是匙孔后壁處形成凸起，匙孔后壁上的凸起繼續(xù)向匙孔前壁處流動，并與匙孔前壁接觸形成液橋；氣孔形成的主要因素是匙孔坍塌形成氣泡和氣泡被凝固界面捕獲。

激光焊接技術(shù)發(fā)展迅猛，焊接工藝不斷創(chuàng)新，已開出多種基于激光的復(fù)合焊接工藝，如激光-電弧復(fù)合焊，彌補(bǔ)了單一熱源的不足，可以獲得具有很好熔深和深寬比的焊縫；激光填絲焊，可降低工件坡口加工和裝配精度要求，控制焊縫區(qū)域的組織性能；激光飛行焊，即利用高速掃描振鏡頭進(jìn)行長距離加工的激光焊接方法，其定位精度高、效率高，可定制任意形狀焊縫以優(yōu)化結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；激光釬焊，其加熱溫度低，只在焊縫表面產(chǎn)生熔化現(xiàn)象，接頭平整光滑，實現(xiàn)分光的同時可進(jìn)行多點對稱焊，同時易實現(xiàn)自動化等[38—39]。

2.3 激光增材制造技術(shù)

激光增材制造（LAM）技術(shù)以激光為能量源，將復(fù)雜的CAD數(shù)字模型快速而精密地制造成三維實體零件，實現(xiàn)真正的“自由制造”。與其他增材制造技術(shù)相比，激光的能量密度高，激光增材制造技術(shù)不受零件材料和結(jié)構(gòu)的限制，可用于難加工材料、復(fù)雜結(jié)構(gòu)及薄壁零件的加工制造，在航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)雜構(gòu)件和生物制造領(lǐng)域的多孔復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造中優(yōu)勢顯著[40]。目前，激光增材制造技術(shù)已經(jīng)成功制造出高致密度金屬構(gòu)件，包括鈦合金、高溫合金、鋁合金、不銹鋼以及非晶合金材料等，針對高性能材料如梯度合金、記憶合金以及高熵合金的研究也在進(jìn)行中[41]。激光增材制造技術(shù)按照其成形原理分類，具有代表性的有激光選區(qū)融化（SLM）技術(shù)和激光金屬直接成形（LMDF）技術(shù)[42]。

SLM 成形技術(shù)在增材制造技術(shù)中得到了最廣泛和最深入的研究。如通過SLM設(shè)備與工藝技術(shù)，美國GE公司制造出了發(fā)動機(jī)離心式燃油噴嘴，目前該噴嘴已成功應(yīng)用于CFM國際公司開發(fā)的LAEP-X發(fā)動機(jī)中，如圖5a所示；美國SPACE X航天公司則利用SLM技術(shù)制造了載人飛船的引擎，如圖5b所示。西班牙Salamanca大學(xué)利用Arcam型SLM設(shè)備成功制造出鈦合金胸骨和肋骨，并成功植入患者體內(nèi)，如圖5c所示[42]。美國普渡大學(xué)的技術(shù)員Dahlon P Lyles利用鋁合金材料AlSi12打印出了能夠承受408 kg的晶格結(jié)構(gòu)，這個晶格結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為 3.9 g，質(zhì)量輕、負(fù)重強(qiáng)度大，使得該材料擁有更多的應(yīng)用領(lǐng)域，如圖5d所示。華中科技大學(xué) Wen等[43]深入研究了 SLM成形過程中熔池邊界對成形件性能的影響，研究表明熔池邊界對成形件的力學(xué)性能尤其是延展性與韌性有很大影響。華南理工大學(xué)劉睿誠等[44]對SLM成形金屬零件上表面粗糙度進(jìn)行研究，研究表明成形件的上表面粗糙度主要受熔道寬度、掃描間距和鋪粉層厚3個因素的共同影響，并提出通過電化學(xué)處理改善表面質(zhì)量的方法。雷佳公司通過SLM技術(shù)利用不銹鋼316L粉末為一汽大眾制造了汽車制造輔助裝備，性能優(yōu)良，如圖5e所示。

目前對于 LMDF技術(shù)的研究主要圍繞成形工藝和成形組織性能展開，如美國GE公司利用LMD技術(shù)對發(fā)動機(jī)支架結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了減重設(shè)計加工，原零件質(zhì)量約為2033 g，試制的零件質(zhì)量僅為327 g，減輕質(zhì)量達(dá)83.9%[45]。NASA噴氣推進(jìn)實驗室開發(fā)出一種新的激光金屬直接成形技術(shù)，可在一個部件上打印多種金屬或合金，制件質(zhì)量滿足航空零部件不同部位不同性能的需要。英國Rolls·Royce公司利用LMDF技術(shù)生產(chǎn)Trent XWB-97發(fā)動機(jī)的前軸承座，該部件由鈦鋁合金構(gòu)成，包括48片機(jī)翼葉，直徑為1.5 m，長度為0.5 m，如圖6a所示。北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊利用 LMDF技術(shù)制造出世界最大的激光增材制造設(shè)備（最大成形尺寸為7 m×4 m×3.5 m）和世界最大的某大型轟炸機(jī)發(fā)動機(jī)鈦合金加強(qiáng)框，并獲得了國家技術(shù)發(fā)明一等獎，如圖6b所示。在LMDF工藝研究方面，耿靖賀等[46]以激光增材制造核電動力系統(tǒng)凸輪軸為背景，對12CrNi2粉末激光金屬直接成形技術(shù)進(jìn)行“控形”、“控性”以及應(yīng)力分析3方面的研究，獲得了成形無缺陷并且性能良好的工藝參數(shù)，并借助有限元技術(shù)與實際測試對其成形試件的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行分析。馬琳杰等[47]研究了一種金字塔池化卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的金屬激光熔化沉積熔池狀態(tài)識別方法，構(gòu)建了金字塔池化卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，有效減少高層特征的信息丟失問題。中國兵器裝備集團(tuán)自動化研究所的劉廣志等[48]設(shè)計一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PSD算法的成形過程自適應(yīng)成形閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，對工藝參數(shù)與熔池尺寸動態(tài)關(guān)系進(jìn)行分析，實現(xiàn)了 LMDF成形過程工藝參數(shù)的自適應(yīng)控制。

圖5 SLM的技術(shù)應(yīng)用實例Fig.5 Application of SLM

圖6 LMDF的技術(shù)應(yīng)用實例Fig.6 Application of LMDF

2.4 激光表面改性技術(shù)

激光表面改性技術(shù)是通過高能量激光束與工件表面發(fā)生反應(yīng)，從而提高零件表面性能的方法，涉及領(lǐng)域主要包括激光表面硬化、激光表面熔敷與合金化等。激光表面硬化是快速表面局部淬火工藝的一種高新技術(shù)，能快速提高金屬材料及零件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性以及強(qiáng)度和高溫性能，同時使零件內(nèi)部保持較好的韌性，分為激光相變硬化、激光熔化凝固硬化和激光沖擊硬化 3種工藝，該技術(shù)主要應(yīng)用于汽車缸套、凸輪軸、曲軸、錠桿等易磨損零件，通過表面改性延長零件使用壽命，從而提升經(jīng)濟(jì)效益。激光表面熔覆與合金化是利用高能激光束在基材表面產(chǎn)生快速熔凝的過程，形成與基層相互熔合的合金覆層，合金覆層與基層具有完全不同的成分與性能，從而提升材料的耐磨耐腐蝕性能，主要用在低熔點材料上，廣泛應(yīng)用于閥門、鑄鐵模具、氣門、汽輪機(jī)齒輪的齒面等易磨損、易腐蝕零件[49—51]，如圖7所示為激光表面改性技術(shù)應(yīng)用實例。

目前激光表面改性技術(shù)的研究主要集中在改性工藝的優(yōu)化和涂層成分的優(yōu)化配比方面。南非約翰內(nèi)斯堡大學(xué)的Fatoba等[52]通過在Ti-6Al-4V合金表面熔覆Ti-Co合金，發(fā)現(xiàn)降低掃描速率可提高金屬間化合物的比例，激光熔覆后，表面硬度從 HV301最高提升至HV719，合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性能均得到顯著提高。茨瓦恩理工大學(xué)的Sibisi等[53]在Ti-6Al-4V表面激光熔覆 Ti+SiAlON陶瓷粉末，使表面硬度相對基體提高了2倍以上。國內(nèi)，李濤等[54]采用時效工藝處理發(fā)動機(jī)用FGH96鎳基高溫合金，利用激光沖擊強(qiáng)化方法對其表面進(jìn)行修復(fù)，研究表明激光沖擊強(qiáng)化實現(xiàn)了FGH96合金的沉淀強(qiáng)化作用，顯著降低疲勞裂紋的擴(kuò)展速度，使試樣達(dá)到了更高的疲勞壽命。郭磊等[55]對航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片 Y2O3部分穩(wěn)定 ZrO2（YSZ）熱障涂層進(jìn)行表面改性，研究表明，改性層的厚度與激光功率成正比，與光束長度成反比，優(yōu)化的激光改性參數(shù)為：激光的功率為75～80 W，掃描速度為8 mm/s，光束長度為160 mm。吳桂蘭等[56]在鈦合金基體表面成功制得Ti-Si合金涂層，Ti-Si合金涂層整體組織致密且分布均勻，冶金結(jié)合程度良好，硬度提高了1.9倍，抗氧化性能提高了2.4倍，平均摩擦因數(shù)降低了0.39～0.45。

圖7 激光表面改性技術(shù)應(yīng)用實例Fig.7 Application of laser surface modification technology

隨著超短脈沖、超快激光技術(shù)的發(fā)展，通過超短激光實現(xiàn)表面功能特性的研究逐漸受到關(guān)注。馬德里理工大學(xué)的Jagdheesh等[57]采用納秒激光在鋁合金表面加工出微納復(fù)合結(jié)構(gòu)，得到超疏水表面，當(dāng)液滴體積為8 μL時，水滴與加工表面的接觸角最大達(dá)到了180°。Kaakkunen等[58]利用納秒激光在飛機(jī)機(jī)翼表面加工出減阻結(jié)構(gòu)，通過改變激光加工參數(shù)，在鋁合金表面加工了不同高度和傾角的肋條，風(fēng)洞實驗表明，這些微結(jié)構(gòu)可以明顯降低飛機(jī)運行時的阻力。北京航空航天大學(xué) Wang等[59]采用超快激光一站式加工得到微納復(fù)合的超疏水結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)自清潔和抗結(jié)冰能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好，且承受機(jī)械磨損能力優(yōu)異。

除以上幾種應(yīng)用范圍較廣的激光加工技術(shù)之外，激光加工技術(shù)不斷創(chuàng)新，開發(fā)出了多種具有重要應(yīng)用意義的新型激光加工技術(shù)，如激光打標(biāo)、刻蝕、毛化、清洗等技術(shù)。

3 激光加工技術(shù)的應(yīng)用展望

激光加工技術(shù)有著傳統(tǒng)加工技術(shù)無法比擬的應(yīng)用優(yōu)勢，同時其符合當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)，實現(xiàn)綠色與可持續(xù)發(fā)展的要求，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場。隨著激光加工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，仍存在一些關(guān)鍵問題亟待解決，如激光設(shè)備的成本普遍偏高，專門針對激光增材制造的金屬粉末開發(fā)不足，表面改性的激光加工工藝研究有待進(jìn)一步深入等，因此針對上述問題開展技術(shù)研究，將促使激光加工技術(shù)更好應(yīng)用于材料加工領(lǐng)域，從而助力中國制造業(yè)快速發(fā)展。