在5 月舉辦的2024 激光加工與先進制造論壇上，來自江蘇大學的張朝陽教授向現(xiàn)場嘉賓介紹了有關激光液體復合微加工方面的內容。自今年“全國兩會”再次提出新質生產力以來，未來我國制造業(yè)勢必將沿著高質量發(fā)展的路線前進，新質生產力的關鍵就是探索高性能制造的新機理和新方法，而激光液體復合微加工作為一種新穎的加工方式，憑借其特點和優(yōu)勢在航空航天、交通運輸、海洋工程等多個領域有不同程度的應用。

　　不同加工類型，適合多種應用

　　經張朝陽教授介紹，目前激光液體復合微加工主要有四種類型，分別是激光電化學復合、激光水射流復合、水導激光加工和激光沖擊強化。四種加工方式對應了不同的行業(yè)和應用需求。比如在水導激光加工中，水充當了傳導介質的作用，激光在水中進行反射并引到需要加工的部位。激光水射流復合加工更多的是針對硬脆材料，加工過程中因激光溫度變化非?？?，導致材料很容易產生裂紋或崩碎，形成較差的表面質量。在激光水射流復合加工中，需要在水里加磨料顆粒，在激光照射的同時沖洗和軟化材料，從而使切割的斷面平直，質量穩(wěn)定。

　　而激光電化學復合主要是用于加工金屬類材料，其中的液體并不是普通水而是電解液。金屬在與電解液發(fā)生化學反應時，激光起到了很好的輔助作用，可以加快照射材料部位的化學反應速度，同時也讓化學反應的區(qū)域固定下來，形成定域化學溶解。對于超硬材料或熔點很高的材料，采用激光電化學復合就能夠避開材料的物理性能而主攻材料的化學性能，達到很好的加工效果。

　　在激光沖擊強化中，水是作為約束層來體現(xiàn)的。在加工過程中，往往先要在材料表面敷上一層鋁箔作為吸收層。再在鋁箔上面加上水層，激光照射后因能量密度高，直接產生了等離子爆破，加入水層的目的是讓因激光照射產生的力效應向下傳導，最終實現(xiàn)沖擊鍛打或噴丸的效果。無論是金屬3D 打印還是激光熔覆，加工過程都會產生熱作用，這時材料表面往往會形成拉應力，這對于材料后期的耐腐蝕和強度都有直接影響。材料表面發(fā)生應力，就會出現(xiàn)小裂紋。而激光沖擊強化，就是將原來的拉應力變成了壓應力，如果有小裂紋也可以讓其閉合，從而讓材料表面的強度更高，耐用性更好。

　　相較于傳統(tǒng)激光加工，以上四種激光液體復合微加工有其自身的特點和優(yōu)勢，總體而言，采用激光與液體復合的加工方法可以有效抑制激光的熱效應影響，顯著提高加工質量。

　　激光電化學復合的具體應用

　　在以上四種激光液體復合工藝中，激光電化學復合工藝應用相對廣泛。傳統(tǒng)的激光燒蝕工藝會對材料表面造成破壞，而在激光刻蝕過程中結合電化學的方式，可以將溫度控制在100度以內，讓材料表面不發(fā)生相變，去除微小顆粒后讓表面形成微米級或亞微米級的微結構，起到減磨潤滑、減阻、超疏水的作用。在對金屬材料進行激光電化學復合加工后，讓其表面具有超疏水的功能，從而可以有效提升防腐性能。而減磨潤滑的作用更多是在機械軸承方面有所體現(xiàn)，在軸承油槽表面加工出許多微小的凹坑，讓凹坑既能存油又可以超疏油，油總是存在油槽里而不會被軸承的旋轉帶走，這樣一來就可以讓兩個接觸表面產生了油膜潤滑，實現(xiàn)穩(wěn)定的效果。

　　在電子封裝領域，激光電化學復合工藝同樣有應用。在電子封裝表面，通過激光誘導的方式，讓引線部位表面加上導電層，兼具耐磨和硬度且電阻率也很低?，F(xiàn)在，業(yè)界會采用飛秒激光加工，但這種冷加工的方式效率相對低。如果是采用超高頻飛秒激光，對器件影響大，時間一久，穩(wěn)定性就欠佳。因此，相比之下，激光電化學復合具有一定的加工優(yōu)勢。

　　在醫(yī)療器械領域，采用激光燒蝕氣化后，材料表面時常會出現(xiàn)熔渣，這些熔渣會附著在材料表面。雖然加工精度達到要求，但表面質量仍需要完善。采用激光電化學復合的好處就是，電化學的特點是依靠電場溶解，而電場又有尖端效應——就是材料表面出現(xiàn)熔渣的地方反而溶解得較快。在激光切割材料表面邊緣出現(xiàn)毛刺后，通過電化學可以輕松去除，確保了加工精度，解決了醫(yī)療器械對產品毛刺的要求。

　　談及其他幾種激光液體復合微加工技術，張教授表示，國內水導激光加工還處于起步階段，而激光沖擊強化做了很多年，積累了不少經驗，但這項技術對激光器的要求非常高，需要很高的出光穩(wěn)定性。水射流激光復合主要針對半導體材料加工，像硅片、鍺片這樣的硬脆材料，但目前為止，該行業(yè)的主流聲音還是對現(xiàn)有工藝流程做優(yōu)化，提高精度，減少成本，愿意嘗試激光水射流技術并不多。

　　激光液體復合工藝的主要目的是把激光熱效應消除掉?，F(xiàn)在的飛秒激光器尤其是高端飛秒激光器的成本，仍然很高。未來，如果飛秒激光器的成本下探，加工效率提高后，就會成為激光液體復合工藝的有力競爭對手。但從另一方面來看，激光液體復合也有其自身的局限性，有些行業(yè)和應用場景無法使用電解液、化學溶液，環(huán)保和后處理也需要妥善解決。總體來說，激光液體復合和飛秒激光有各自的特點，未來都有一定的發(fā)展空間。

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