皮秒激光刻蚀冷作模具钢工艺、机理及质量调控研究
发布时间：2021-06-08 09:32
随着微纳米科学与技术的不断发展,制造业开始向小型化、精密化方向转换,促使微纳结构的应用领域也越来越广。在模具上制备微结构,将微结构转移到产品表面,使得产品表面具备功能性。模具钢表面微结构的制备效率和表面质量是首要关注的问题。因此,探索高效的模具钢表面微结构制备技术是极其重要的工作。本文引入皮秒激光刻蚀Cr12MoV冷作模具钢,由于超短脉冲作用时间,热扩散深度被压制或消失,基本上消除重铸层和热影响区。利用高速扫描振镜在Cr12MoV冷作模具钢上制备纹理结构,并对激光工艺、刻蚀机理以及刻蚀质量调控进行研究,主要成果包括以下几个方面:系统研究了1064nm皮秒激光的扫描速度、激光功率、加工次数和宽度对刻蚀深度和质量影响规律及刻蚀机理。实验结果表明:无论是增加激光功率、降低扫描速度还是增加单道或多道刻蚀次数,刻蚀深度增加程度都非常有限,基本在几μm左右。较大的激光功率和较多的加工次数不但不能增加刻蚀深度,反而会引起刻蚀质量（Ra=3.18μm）和效率（84.23μm3/mJ）下降,甚至最终造成刻蚀深度下降。其原因主要是由于在低重复频率（0.3 MHz）下的单脉冲能量密度较...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不锈钢纹理处理
图 1-2 不锈钢表面制备疏水微结构[6]（4）表面特定的微结构还能起到隐身功能，增强突防能力。通过控制表面而控制目标光谱特征，使得辐射光谱在很大程度上避开探测器的探测方向段，达到隐身的目的[8]。目前，3/4 的粗加工零件以及 1/2 的精加工零件由模具成型来完成[9]，在汽等产品中，有六到八成的零部件是依靠模具成形来完成[10]。采用模具生产品价值，往往是模具自身价值的几十到百倍[11, 12]。用模具生产的产品精度率高、生产率高，拥有其他加工方法无法比拟的优势。在模具上制备微结构，通过转印技术将微结构转移到产品表面，使得产品功能性。模具钢以其优越的性能（硬度高、韧性好、耐腐蚀性和耐磨性强具制备的材料之一，在加工成型过程中起重要作用。模具钢的精密加工对用、寿命和制造周期等有着重要的意义。模具钢表面微结构的制备效率和
研究影响刻蚀深度和粗糙度的主要因素以及最小表面佳条件。由于刻蚀深度和表面粗糙度是相互矛盾的指标最小表面粗糙度的最佳工艺是完全不同的。还有些学者化的激光刻蚀工艺，在 H13 热作模具钢上加工 3D 凹槽（图 1-4（b））[34]和 STAVAX 不锈钢模具钢上加工微型腔些研究主要是通过数学方法，比如粒子群优化算法（PS法（MOPSO）、响应面设计法（RSM），分别得到刻糙度与工艺参数之间的数学关系。在文献[35]中，研究得目标刻蚀深度和粗糙度分别为 10 μm 和 1.5 μm 的工艺利用优化的工艺参数得到刻蚀深度和表面粗糙度分别为然可以通过数学方法建立模型来模拟过程和预测结果，获得最佳响应，但是缺乏对激光刻蚀模具钢的机理方面
【参考文献】：
期刊论文
[1]Friction properties of groove texture on Cr12MoV surface[J]. 王敬,周杰,朱姗姗,张建生. Journal of Central South University. 2017(02)
[2]微结构功能表面的应用及制造[J]. 杨辉,张彬,张利鹏. 航空精密制造技术. 2015(05)
[3]模具钢微细蚀刻的侧蚀研究及其工艺优化[J]. 黄红光,郭钟宁,王冠. 表面技术. 2013(06)
[4]亚音速飞行器壁面沟槽减阻研究与应用[J]. 封贝贝,陈大融,汪家道. 清华大学学报(自然科学版). 2012(07)
[5]激光纹理加工模具制造的福音[J]. 金属加工(冷加工). 2012(08)
[6]NaCl溶液pH值对5083铝合金腐蚀的影响研究[J]. 陈珊,李国明,常万顺,曹国良,陈学群. 装备环境工程. 2011(05)
[7]模具激光蚀刻工艺与设备研究[J]. 肖永山,吴忆峰,周泳全,赵盛宇. 电子工业专用设备. 2010(12)
[8]硝酸型酸性蚀刻液蚀刻工艺的研究[J]. 李佳,李德良,莫凌. 表面技术. 2010(03)
[9]平滑陡直的Si深槽刻蚀方法[J]. 张育胜. 半导体技术. 2009(03)
[10]蚀刻和侧蚀[J]. 李春甫. 网印工业. 2007(08)
硕士论文
[1]表面微结构减阻的机理研究与优化设计[D]. 周正阳.上海交通大学 2013
本文编号：3218160
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不锈钢纹理处理
图 1-2 不锈钢表面制备疏水微结构[6]（4）表面特定的微结构还能起到隐身功能，增强突防能力。通过控制表面而控制目标光谱特征，使得辐射光谱在很大程度上避开探测器的探测方向段，达到隐身的目的[8]。目前，3/4 的粗加工零件以及 1/2 的精加工零件由模具成型来完成[9]，在汽等产品中，有六到八成的零部件是依靠模具成形来完成[10]。采用模具生产品价值，往往是模具自身价值的几十到百倍[11, 12]。用模具生产的产品精度率高、生产率高，拥有其他加工方法无法比拟的优势。在模具上制备微结构，通过转印技术将微结构转移到产品表面，使得产品功能性。模具钢以其优越的性能（硬度高、韧性好、耐腐蚀性和耐磨性强具制备的材料之一，在加工成型过程中起重要作用。模具钢的精密加工对用、寿命和制造周期等有着重要的意义。模具钢表面微结构的制备效率和
研究影响刻蚀深度和粗糙度的主要因素以及最小表面佳条件。由于刻蚀深度和表面粗糙度是相互矛盾的指标最小表面粗糙度的最佳工艺是完全不同的。还有些学者化的激光刻蚀工艺，在 H13 热作模具钢上加工 3D 凹槽（图 1-4（b））[34]和 STAVAX 不锈钢模具钢上加工微型腔些研究主要是通过数学方法，比如粒子群优化算法（PS法（MOPSO）、响应面设计法（RSM），分别得到刻糙度与工艺参数之间的数学关系。在文献[35]中，研究得目标刻蚀深度和粗糙度分别为 10 μm 和 1.5 μm 的工艺利用优化的工艺参数得到刻蚀深度和表面粗糙度分别为然可以通过数学方法建立模型来模拟过程和预测结果，获得最佳响应，但是缺乏对激光刻蚀模具钢的机理方面
【参考文献】：
期刊论文
[1]Friction properties of groove texture on Cr12MoV surface[J]. 王敬,周杰,朱姗姗,张建生. Journal of Central South University. 2017(02)
[2]微结构功能表面的应用及制造[J]. 杨辉,张彬,张利鹏. 航空精密制造技术. 2015(05)
[3]模具钢微细蚀刻的侧蚀研究及其工艺优化[J]. 黄红光,郭钟宁,王冠. 表面技术. 2013(06)
[4]亚音速飞行器壁面沟槽减阻研究与应用[J]. 封贝贝,陈大融,汪家道. 清华大学学报(自然科学版). 2012(07)
[5]激光纹理加工模具制造的福音[J]. 金属加工(冷加工). 2012(08)
[6]NaCl溶液pH值对5083铝合金腐蚀的影响研究[J]. 陈珊,李国明,常万顺,曹国良,陈学群. 装备环境工程. 2011(05)
[7]模具激光蚀刻工艺与设备研究[J]. 肖永山,吴忆峰,周泳全,赵盛宇. 电子工业专用设备. 2010(12)
[8]硝酸型酸性蚀刻液蚀刻工艺的研究[J]. 李佳,李德良,莫凌. 表面技术. 2010(03)
[9]平滑陡直的Si深槽刻蚀方法[J]. 张育胜. 半导体技术. 2009(03)
[10]蚀刻和侧蚀[J]. 李春甫. 网印工业. 2007(08)
硕士论文
[1]表面微结构减阻的机理研究与优化设计[D]. 周正阳.上海交通大学 2013
本文编号：3218160
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3218160.html
