飞秒激光具有高功率、高精确度、热影响区小等优点,可直接去除表面材料,实现微纳加工,在航空航天、半导体、生物等材料表面加工领域具有不可替代的优势。镁合金不仅是一种轻质高强的结构材料,而且是一种性能优良环境友好的金属材料,并且有望成为一种新型可降解生物材料,因此开发可控制功能性镁合金表面具有广阔的应用前景。但是目前对于飞秒激光加工镁合金的研究非常局限,飞秒激光与镁合金作用后形成的表面形貌种类以及作用机理尚不清楚,对于加工后镁合金表面的组织和性能变化也鲜有研究。因此,本文分别从镁合金表面微纳结构,组织和性能三个方面入手研究飞秒激光烧蚀AZ31镁合金这一加工技术,首先对飞秒激光烧蚀后的镁合金制备金相试样并观察金相组织,计算平均晶粒尺寸;之后使用扫描电镜进一步观察表面和剖面形貌,分析元素变化和微纳结构。接下来使用显微硬度计测试镁合金基体和烧蚀区域的硬度,然后利用白光干涉三维轮廓仪测试镁合金表面粗糙度,最后计算不同脉冲数下镁合金的烧蚀阈值以及不同加工参数下的烧蚀率。实验结果表明,在加工的第一层(深度为2mm-4mm)区域晶粒有所细化,在使用不同的飞秒激光加工参数对AZ31镁合金进行烧蚀时,几乎没有产生热影响,在不同扫描速度、重复频率和扫描次数下,除第一层以外晶粒尺寸没有明显变化。飞秒激光在低能量密度下(<1.414 J/cm2)烧蚀镁合金会形成微纳结构孔洞结构,在高能量密度下会烧蚀形成沟槽结构,本文在沟槽结构基础上,进行改变飞秒激光的加工方向可以进行二次制备孔洞结构,飞秒激光加工镁合金后使其表面氧元素含量增加,铝、镁元素含量减少。激光扫描速度的增加会降低镁合金的硬度,激光的重复频率升高会增大镁合金表面的硬度;激光的扫描速度同样会影响镁合金表面的粗糙度,随着扫描速度的增加,粗糙度增大;而随着重复频率的升高,粗糙度减小。计算得到镁合金单脉冲的烧蚀阈值为0.346±0.05 J/cm(17),在500个脉冲下的烧蚀阈值为0.219 J/cm2。计算烧蚀率得到:重复频率为640k Hz、扫描速度为0.8 m/s时烧蚀率最高,为7.45×107mm~3/s。