脉冲能量对不锈钢表面微观形貌影响规律研究

董胜男，刘双宇，刘凤德

(长春理工大学 机电工程学院，长春 130022)

引 言

实际生产工作中，金属材料的失效经常发生在材料表面。近年来，为提高材料的利用率和应用范围，激光对金属材料表面处理受到了广泛的关注[1-2]。飞秒激光与长脉冲激光或连续激光相比具有超短脉宽和超高峰值功率的特点，使得飞秒激光与材料作用具有明显的优势。飞秒激光作用于材料时发生非线性多光子效应，使得材料的加工尺寸达到微纳米级，加工精度明显提高[3]。几乎所有的物质受飞秒激光诱导在接近其烧蚀阈值的脉冲能量下都能形成表面周期性波纹结构[4]。

1965年，BIRNBAUM[5]首次利用飞秒激光诱导半导体表面形成周期性波纹。BOROWIEC等人[6]在磷化铟等半导体表面制备出周期小于入射激光波长的波纹结构。NATHALA等人[7]通过改变飞秒激光参量在金属钛表面获得了两种方向垂直、周期差异明显的波纹结构。在材料表面诱导产生的微纳米级波纹结构在表面润湿性、光学特性、生物兼容性等方面具有显著的优势。BALDACCHINI等人[8]在利用飞秒激光辐射金属硅制备出超疏水表面。MORADI等人[9]在不锈钢表面获得超疏水性能，并研究了不同加工参量(脉冲能量、扫描速率等)对表面疏水性的影响。GUO课题组在用飞秒激光对铝进行表面处理后，发现铝表面对光的吸收率最高可达90%以上[10]。金属材料中尤其是不锈钢以其良好的力学性能和耐腐蚀性能被广泛应用在各个领域。因此，制备可控的不锈钢微纳结构表面具有重大意义。……