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脉冲激光纹理化后的表面形貌：对粘附性和润湿性的影响

DOI：10.1088/2051-672X/ab5c82 期刊：Surface Topography: Metrology and Properties 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 一种用于预测金属纳秒脉冲激光纹理化后表面形貌的模型，被应用于计算与粘附性和润湿性相关的一系列典型工况下的面积表面粗糙度Sa、平均烧蚀深度Da以及Wenzel粗糙度因子（或称粘附面积比）r。通过考量Sa与r相对于平均烧蚀深度的增长比率（即Sa/Da值），对激光扫描策略、激光扫描次数及聚焦光斑尺寸进行了优化——包括扫描方向与横向方向的光斑尺寸调控。通过多次激光扫描可实现Sa、r及Δr/Da值的提升，而减小聚焦激光光斑尺寸则能独立于Sa及Sa/Da值来提高r和Δr/Da。这些结果表明：可根据特定应用需求有效且独立地优化r与Sa参数。最后，在AA 6082铝合金和316L奥氏体不锈钢试样上开展激光纹理化实验以验证模型结果，并对经相同激光处理制备的粘接接头进行拉伸测试。研究不仅证实了激光纹理化的优势，同时表明最优结果并非对应单一Sa或r值，而是这些参数最大化与限制烧蚀体积之间的平衡。
作者： Adrian H. A. Lutey，Luca Romoli
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

因此，本研究旨在应用并拓展这一方法，以更全面地揭示激光纹理化表面形貌对粘附性和润湿性的影响机制。

研究成果

一种简单的脉冲激光纹理化后表面形貌理论模型被用于计算不同工艺配置（包括激光扫描策略、扫描次数和聚焦光斑直径）下的面积表面粗糙度Sa及Wenzel粗糙度因子（即粘附面积比r）。通过考虑Sa/Da和Δr/Da比值（其中Da为平均烧蚀深度，Δr=r-1）对这些参数进行优化。尽管该计算模型假设的是完全不存在微观和纳米级粗糙度的理想化烧蚀过程，但仍能有效揭示表面粗糙度增大的重要规律。

研究不足

表面形貌的简化表示未能完全体现激光与材料相互作用的复杂性及其后续转化过程，导致计算值与模拟值在r和Sa参数上存在微小差异。这种差异主要源于对表面形貌的简化处理——该模型将烧蚀深度视为局部脉冲能量密度的对数函数，而未考虑导致材料去除的复杂流体动力学现象，也未纳入光学吸收率和热传导率的变量因素。

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