靜態(tài)溶液輔助氧化鋁陶瓷激光重復(fù)打孔實驗研究.pdf

1、激光打孔是一種高效精密的特種加工方式，由于它具有高精度、高能量、高靈活性以及高效率等特點被廣泛地應(yīng)用到工程材料的打孔之中。氧化鋁陶瓷材料是一種耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的材料，在航空發(fā)動機以及航空高溫隔熱罩等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。該材料具有強度高但脆性大的特點，傳統(tǒng)的機械加工方式已經(jīng)難以滿足當今的需求。激光在加工陶瓷材料時有明顯的優(yōu)勢，但是激光對氧化鋁陶瓷進行打孔時卻存在錐度大、圓度低、大量熔渣堆積、燒蝕、重鑄層和微裂紋等缺陷，從而影響打孔的質(zhì)

2、量，直接影響零件的壽命。針對上述陶瓷在激光打孔過程中出現(xiàn)的這些問題，本文采用自制夾持裝置利用靜態(tài)溶液輔助激光打孔，提高加工質(zhì)量、降低微觀缺陷，同時還具有環(huán)保、成本低的優(yōu)點。
　　本文采用Nd∶YAG脈沖激光對厚度為1mm的氧化鋁陶瓷片進行定點打孔，把氧化鋁陶瓷片分別置于空氣孔、水溶液中（一次打孔和二次打孔）、氯化鈉鹽溶液中（一次打孔和二次打孔）進行實驗研究。通過單因素實驗在五種打孔方式（激光空氣打孔、激光在水溶液中一次打孔、激光在

3、水溶液中二次打孔、激光在鹽溶液中一次打孔、激光在鹽溶液中二次打孔）下研究氧化鋁陶瓷打孔的質(zhì)量特性，通過測量孔徑并計算出孔的錐度和圓度，分析激光參數(shù)以及靜態(tài)溶液對打孔質(zhì)量的影響。觀測打孔過程中出現(xiàn)的熔渣、燒蝕、重鑄層和微裂紋等微觀缺陷分析其與加工環(huán)境與參數(shù)的關(guān)系。同時分析了各個環(huán)境下孔的形成、凝固以及溶液的動態(tài)變化過程及溫度場的分布變化情況。主要研究結(jié)論如下:
　　(1)當激光在空氣中打孔時。隨著電流和脈寬的增加，熔渣的堆積量增加、

4、重鑄層變厚、燒蝕嚴重、微裂紋變的更粗更明顯。而激光在靜態(tài)溶液中打孔時，上述缺陷則較小。
　　(2)激光在溶液中打孔時，無論是水溶液還是鹽溶液均有助于提高打孔的質(zhì)量?？椎腻F度有效地降低，圓度提高，孔表面的熔渣堆積、重鑄層厚度以及燒蝕和微裂紋現(xiàn)象減少。激光在空氣中打孔的圓孔錐度為15°，大于激光在靜態(tài)溶液中打孔的錐度11°。激光在空氣中打孔時，孔的圓度除電流為210A(下孔在230A)處達到最佳值0.95之外，其余均在0.9以下。而激

5、光在靜態(tài)溶液中打孔時，孔的圓度基本高于0.9，且最佳值達到0.99以上。激光在空氣中打孔，孔表面的熔渣堆積高度在50μm以上，而激光在靜態(tài)溶液中打孔，孔的表面熔渣高度卻只有20μm左右，同時下孔堆積明顯減少。重鑄層的厚度由20μm以上（空氣中打孔）降低到10μm左右（靜態(tài)溶液中打孔）。
　　(3)通過觀察曲線的波動幅度，激光在氯化鈉鹽溶液中打孔時，隨著激光參數(shù)的改變，孔的錐度和圓度的變化穩(wěn)定且有規(guī)律性，但是激光在水溶液中打孔則沒有