[发明专利]一种激光微凹坑阵列制造装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光微凹坑阵列制造领域，特指一种能避免熔渣粘附的激光微凹坑阵列制造技术。

背景技术

摩擦副表面的微凹坑阵列具有提高承载能力，降低摩擦系数，减少摩擦损耗，同时也可起到存储润滑油和收集磨粒的作用，因此，微凹坑的加工成为了摩擦学方面的研究热点。

激光加工因其具有加工速度快、对环境无污染、易于控制等优点而成为目前应用最广的微凹坑加工技术。激光微凹坑加工分为激光诱导冲击波微凹坑加工和激光烧蚀微凹坑加工。其中激光诱导冲击波微凹坑加工因其加工的微凹坑深度较小，现阶段仅限于研究阶段；而激光烧蚀微凹坑加工已经广泛地应用于工业实践。但是，激光烧蚀微凹坑加工面临的最大问题是激光烧蚀过程中会产生大量的熔渣，熔渣从凹坑中喷溅而出粘附在凹坑边缘附近的表面形成大量的极难去除的凸起，这些凸起对后续的表面的摩擦极为不利，需增加去除工序。凹坑周围的熔渣粘附面积越大，去除工序的加工时间和加工成本就越大。同时，当去除熔渣粘附操作不当时，会在表面产生额外的破坏，如划痕和平面度的改变等。因此，避免和减少激光烧蚀微凹坑加工产生的熔渣粘附具有极大的意义。

D.K.Y. Low等人在论文Spatter-free laser percussion drilling of closely spaced array holes（DOI标示符为10.1016/S0890-6955(00)00078-X）中提出了用复合材料制成的贴膜紧贴工件，进行激光打孔加工，该方法能有效避免熔渣粘附，但是，制造该复合材料贴膜时需添加直径为90μm的特种陶瓷颗粒，造价高，限制了该方法的推广，不适合应用于需要大面积微凹坑加工的情况。水环境下进行激光烧蚀微凹坑或孔被认为是减少熔渣粘附的有效途径，但熔渣粘附面积仍然比较大。例如，Ze Liu等人在论文Ultrasound-assisted water-confined laser micromachining: A novel machining process (DOI标示符为10.1016/j.mfglet.2014.06.001)中发现水下激光加工仍不可避免熔渣粘附，同样的结果在Hewei Liu等人发表的论文Influence of liquid environments on femtosecond laser ablation of silicon（DOI标示符为10.1016/j.tsf.2010.04.043）也有发现。同时目前的微凹坑加工技术，一般采用逐点激光加工的方式对工件表面进行加工，效率较低。

发明内容

本发明目的在于提供一种激光微凹坑阵列制造装置和方法，以避免熔渣粘附，并提高微凹坑制造效率。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种激光微凹坑阵列制造装置，其特征在于：包括脉冲激光器（1）、全反镜（4）、会聚透镜（5）、喷水装置（6）、吸收层（8）、平网（9）、柔性贴膜（10）、夹具（12）、工作台（13）、信号线（14）和控制器（15）；脉冲激光器（1）的出光口处设有全反镜（4），全反镜（4）与水平方向成45°，全反镜（4）下方设有会聚透镜（5），会聚透镜（5）下方正对工作台（13），工件（11）上表面从下往上依次放置柔性贴膜（10）和表面喷涂有吸收层（8）的平网（9），保证平网（9）有吸收层（8）的一面朝上，柔性贴膜（10）、平网（9）和工件（11）通过夹具（12）装夹在工作台（13）上，工作台（13）上设有喷水装置（6），脉冲激光器（1）和工作台（13）通过信号线（14）与控制器（15）相连。

还包括均质器（3）；均质器（3）固定在脉冲激光器（1）和全反镜（4）之间；

所述平网（9）的厚度为180μm~350μm，且弹性模量不小于200GPa；所述柔性贴膜（10）的厚度为150μm~300μm；所述吸收层（8）的厚度为100μm~250μm。

所述工作台（13）至少为X，Y方向二轴联动工作台。

根据所述的一种激光微凹坑阵列制造装置的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将吸收层（8）喷涂在平网（9）的其中一面上，用鼓风机对着平网（9）的另一面吹风，确保平网（9）的网孔不被吸收层（8）堵住；

步骤二，对工件（11）进行表面打磨抛光，然后用丙酮和酒精清洗；

步骤三，在工件（11）上表面从下往上依次放置柔性贴膜（10）和表面喷涂有吸收层（8）的平网（9），同时，保证平网（9）喷涂有吸收层（8）的一面朝上；