[发明专利]一种片材微孔群表面的激光直写-激光扫描诱导协同方法

说明书

本发明公开了一种片材微孔群表面的激光直写‑激光扫描诱导协同方法，属于特种加工领域，包括绘制激光直写加工路径；设置激光直写加工参数对片材直写；绘制激光扫描路径；设置激光扫描诱导参数对直写后的片材扫描诱导加工。本发明方法先通过激光直写加工产生微结构，利用这些微结构对后续激光束所产生的遮挡作用和壁聚焦效应，再通过低功率纳秒激光扫描诱导方法实现了在大气环境下的板材或箔材表面微孔群表面的加工，同时对微孔边缘则实现了激光抛光，提升了表面质量。

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，尤其涉及到的一种片材微孔群表面的激光直写-激光扫描诱导协同方法，通过激光直写-激光扫描诱导协同方法可实现片材微孔群表面的制备。

背景技术

片材微孔群表面是指具有微米尺度孔群的板材或箔材表面，这样的表面可用作织构摩擦副，也可用于调控表面与液体工作介质的相互作用，还可以用于超级电容器等领域，具有潜在的应用价值，近年来得到了广泛的关注。

一般情况下，片材表面上的微孔是通过微孔钻削、微孔电加工、激光打孔及模板刻蚀等方法制备，但这些方法各有不足，在工业上难以应用，例如，微孔钻削、微孔电加工效率较低，而且钻头的磨损和工具的消耗使得微孔的可控性降低，微孔加工成本大幅提升；而激光打孔产生的微孔边缘有大量溅出物，影响微孔质量；模板刻蚀方法工艺复杂，由于涉及到化学刻蚀，微孔可控性较差。最近，采用水下的激光加工可在表面可以不锈钢表面构造出随机微孔(Applied Surface Science 462(2018)847–855)，但这种工艺只能在水下实现，其应用受到限制，例如，超级电容器中广泛应用的铝材在水下加工容易爆炸。因此，采用一般的工艺加工微孔结构难以满足工业加工需求。而在激光加工中，先加工产生的飞溅物对后加工过程的激光束作用具有一定的遮挡作用，而已加工结构壁面对照射的激光束具有壁聚焦效应。

发明内容

针对上述情况，为了实现对微孔群的加工，需要解决或者利用遮挡作用和壁聚焦效应对微孔群加工工艺的影响。本发明提供一种片材微孔群表面的激光直写-激光扫描诱导协同方法，先通过激光直写加工产生微结构，利用这些微结构对后续激光束所产生的遮挡作用和壁聚焦效应，再通过低功率纳秒激光扫描诱导方法实现在大气环境下的板材或箔材表面微孔群表面的加工。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种片材微孔群表面的激光直写-激光扫描诱导协同方法，包括如下步骤：

绘制激光直写加工路径；

设置激光直写加工参数对片材直写；

绘制激光扫描诱导路径；

设置激光扫描诱导参数对直写后的片材扫描诱导加工。

上述方案中，还包括选择合适参数的激光加工系统，针对激光扫描诱导选取脉冲激光器。

上述方案中，所述脉冲激光器的参数要求有：脉宽小于500纳秒，激光光斑直径D为20μm～100μm，激光功率大于10瓦，激光加工的扫描步长或脉冲频率与最低扫描速度的乘积小于激光光斑半径的1/3。

上述方案中，激光直写加工参数为：激光功率P大于3瓦；直写扫描速度根据公式v＝f×d设置，其中，v为激光直写加工扫描速度，f为激光直写加工的激光脉冲频率，d为直写加工点间距，取值范围为D/2d2000μm，D为激光光斑直径；扫描次数设置为大于1次且小于20次。

上述方案中，激光扫描诱导参数为：激光功率P为大于0.2瓦且小于4瓦；扫描诱导加工的扫描速度根据公式v₁＝f₁×d₁设置，其中v₁为扫描诱导加工的扫描速度，f₁为扫描诱导加工的激光脉冲频率，d₁为扫描诱导加工点间距，取值范围为D/20d₁D/4，D为激光光斑直径；扫描次数设置为大于1次且小于5次。