基于飞秒激光的TiNi制孔质量研究

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TiNi形状记忆合金是一种新型多功能特种材料,这种具有变形恢复能力的金属化合物目前在制作人造器官领域上应用广泛,但是由于材料硬度大,微孔加工难的问题导致传统机械加工方法不能满足TiNi记忆合金精细加工的要求。而目前飞秒激光作为一种新兴的加工方式极具应用前景,以其脉宽极短、单脉冲能量极高的特性,对于加工硬脆性及高熔点材料的精密加工具有显著优势,因此本文利用飞秒激光加工TiNi记忆合金微孔。通过分析飞秒激光与TiNi记忆合金的作用原理,通过MATLAB模拟其加工过程、求得TiNi记忆合金的烧蚀阈值及加工过程中温度变化规律、建立飞秒激光烧蚀微槽深度模型、分析烧蚀过程中热影响区构成以及进行多因子正交实验等方法,研究飞秒激光加工TiNi形状记忆合金微孔的加工工艺。本文主要研究了飞秒激光加工材料时的作用机理,通过MATLAB利用有限差分法将简化了的双温方程对飞秒激光与TiNi记忆合金相互作用的过程进行了模拟,分析了改变飞秒激光自身参数以及TiNi记忆合金材料自身参数时对加工过程中TiNi记忆合金表层电子、晶格温度的变化规律;通过双温方程进行飞秒激光烧蚀TiNi记忆合金微槽实验,根据扫描电镜图以及数学模型,求解了TiNi记忆合金的烧蚀阈值并获得了飞秒激光选择性烧蚀的规律,探讨了飞秒激光脉冲累积效应对加工结果的影响;由飞秒激光加工材料机理和过程进行研究,建立了飞秒激光烧蚀材料的烧蚀深度模型,并进行实验验证后修改了模型参数得到了较为正确的深度模型;研究了飞秒激光加工TiNi记忆合金的热影响区成因及减少热影响区深度的方法,并且通过实验分析了激光功率、扫描速度、扫描循环次数和飞秒激光光斑离焦量对烧蚀热影响区的影响规律;最后进行多因子正交实验,分析了激光脉冲能量、脉冲个数,径向进给量,扫描速度等加工参数对TiNi记忆合金微孔质量精度的影响规律。
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