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       论文摘要：

        Inconel 718合金具有高强度和加工硬化特点，导致形貌和尺度调控难以保证。合金表面的微结构可以改善材料的性能，影响其功能表面应用。本研究提出采用激光垂直交叉扫描技术在Inconel 718合金表面加工方形微柱的新工艺-激光砂带协同加工。探究激光频率、扫描间距、激光功率对微柱结构形貌特征的影响，对其Inconel 718合金表面的微观结构、粗糙度、润湿性和化学成分进行表征。结果表明，热影响区域、激光烧蚀溅射现象和是否失焦是影响形貌特征的重要因素。通过提高激光频率、增加扫描间隔、降低激光功率可以有效地保证微结构的形态特征。在材料烧蚀、热力学过程和氧化反应作用下，微柱产生的毛细管力、纳米颗粒和粗糙度使合金材料表面具有更好的润湿性。新工艺在特定工艺参数下接触角达到4.7°，实现了亲水性向超亲水性(接触角小于5°)的润湿性转变。本研究为利用激光带加工技术进行微结构表面形貌和尺度控制提供了参考，为快速制备微结构提供了一种新方法。

图1 激光砂带协同加工装备

       论文创新点及主要图表

       1）利用砂带磨削技术的优势，有效保证了微观结构的形态特征。金字塔砂带的结构特征和激光能量的高斯分布，使微观结构呈现出特定的V形特征。

       2）通过提高激光频率，增加激光扫描间距，降低激光功率，可以减少热影响区和传热时间，减少微观结构的热损伤，减少材料的飞溅现象，降低失焦的可能性，有利微结构的精度保持。

       3）较低的激光频率产生较大的脉冲能量，材料在溅射熔融状态下重新凝固，增加表面粗糙度。不同的激光扫描间距影响材料的溅射和重新熔融过程，具有随机性和不稳定性，增加表面粗糙度的误差。较高激光功率的激光烧蚀的作用加强，导致材料显著溅射，溅射的熔融材料发生再固化，表面粗糙度略有增加。

       4）采用激光砂带协同加工方法，加工过程中的热力学过程和材料烧蚀的强气化现象导致了多孔结构的形成。熔融材料在流体动力不稳定状态下重新凝固，合金表面被氧化形成纳米颗粒。毛细力、纳米颗粒和微观结构的粗糙度共同影响润湿性，可实现超亲水表面。

图2 加工工程分析：(a)- (c)激光砂带协同加工；(d)- (e)金字塔砂带形貌；(f)激光扫描路径；(g)加工过程图；(h)金字塔砂带原始形貌

图3 超短脉冲激光烧蚀去除材料机理图

图4 微柱的宏/微观结构以及不同参数下的润湿性能

       论文基本信息

       Huang Y, Huang J, Xiao Get al. Morphology and wettability analysis of square micropillar structure prepared by laser-belt machining on Inconel 718 alloy surface [J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2023, 127: 1-15. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11687-5

       黄建超：重庆大学机械与运载工程学院硕士研究生。主要从微纳仿生结构表面加工方法及其服役性能研究；在The International Journal of Advanced Manufacturing Technology期刊发表论文1篇；参与国家和省部级项目1项。