供稿人：孙啸宇、张航 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2024-10-28
中国科学院宁波材料技术与工程研究所Yufan Liu等人采用脉冲激光和连续波激光相结合的混合激光抛光技术，对激光定向能沉积(LDED)Inconel 718高温合金部件表面进行激光抛光。原始样品、单脉冲激光抛光(SPLP)和混合激光抛光(HLP)加工样品的表面形貌如图1所示。图像显示，原始样品表面粗糙度15.75 μm，经过SPLP处理后，表面粗糙度降低至6.14 μm，经过 HLP处理能够进一步将表面粗糙度降至0.23 μm，达到接近镜面效果。
图1 不同状态下LDED Inconel 718样品的表面分析。(a) SPLP与HLP抛光后表面宏观图像，(b) SPLP与HLP三维形貌比较，(c)原始表面SEM形貌，(d) SPLP表面SEM形貌，(e) HLP表面SEM形貌，(f)原始样品表面三维形貌图，(g) SPLP样品三维形貌图，(h) HLP样品三维形貌图
三种样品表层的EBSD结果如图2所示，激光处理后表层显示出典型的层状结构，包括重熔层和热影响区（HAZ）。SPLP重熔层具有超细晶粒和外延生长特征，低角度晶界数量明显增多。HLP重熔层中，主要由细柱状晶粒组成，这些晶粒大多垂直于表面。SPLP和HLP处理均明显降低了原始样品中的晶粒尺寸。
图2 不同状态下LDED Inconel 718样品的EBSD分析: (a)原始制备样品，(b) SPLP处理样品和(c) HLP处理样品的EBSD晶体取向图;(d)原始样品、(e) SPLP处理样品、(f) HLP处理样品低角度晶界分布图;(g)制备样品和激光抛光样品的平均晶粒尺寸
对三种样品表层进行纳米压痕测试，发现SPLP处理降低了表面显微硬度，这可能和快速凝固导致的非平衡组织形成有关，而HLP处理提高了表面显微硬度，可能与重熔层中次生相的增加和晶粒细化有关。但是两种处理方式均提高了表层的杨氏弹性模量。
图3 脉冲激光和连续波激光抛光处理的led Inconel 718高温合金的晶体生长和显微组织演变示意图
图3显示由于脉冲激光与连续激光能量大小和特性的不同，导致了组织生长与表面抛光效果的差异。脉冲激光熔池小且不稳定，冷却速度快，限制了元素的扩散和二次相的析出，并且瞬时凝固也使得原始表面波纹结构维持不变，影响了粗糙度。连续激光熔池尺寸大，凝固时间长，表层熔体有更长的时间进行流平，这使得他获得了更低的表面粗糙度。
近来随着现代制造业的迅速发展，对工件的表面质量提出了更高的要求。激光抛光作为一种新型抛光方式正越来越受到社会各界重视。本文的研究表明混合激光抛光在改善表面质量和提高机械性能方面有着积极作用，这对于航空航天等领域的高性能部件制造具有重要意义。