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飞秒激光因其极窄的脉宽与极高的峰值功率等特点能够实现材料的非热熔性加工。飞秒激光的加工区域小、加工精度高,可以对材料进行微纳加工,具有其他加工方法难以替代的优点。本论文深入讨论了飞秒激光与材料的作用机理以及双温模型。在多脉冲飞秒激光作用时,材料内部会产生热积累效应导致温度升高,可能会使材料发生相变甚至熔化。为了使材料温度保持在合理的范围内以获得良好的加工效果,需要选取合适的加工参数,使热积累温度达到平衡并在材料的熔点以下。本论文选用COMSOL Multiphysics建立飞秒激光加工TC4钛合金的热积累模型,研究不同扫描速度、激光重复频率和激光能量对加工过程中热积累效应的影响。模型适用于不同材料,为飞秒激光加工提供了加工参数的预测。与其他热积累模型进行对比,验证模型的准确性。模拟结果表明:激光扫描速度对热积累温度趋势影响较大,选取合适的扫描速度才能达到热平衡,使温度不再继续升高并维持在熔点以下;激光的重复频率对热平衡温度的影响较大,随着激光重复频率增大,材料达到热平衡状态的平衡温度也增大,热积累效应逐渐增强;激光能量直接影响热积累的温度,激光能量过大会引起严重的热效应,对加工造成不利影响,因此要控制激光能量在合理的范围内。根据模拟结果选取几组加工参数进行飞秒激光加工TC4钛合金的实验。实验选用Amplitude Systemes公司生产的Satsuma HP2激光器,4组材料进行飞秒激光的烧蚀实验,2组材料进行飞秒激光的去除实验。选取的烧蚀实验的加工参数:(a)能量10μJ、速度4 m/s、重复频率2 MHz;(b)能量20μJ、速度4 m/s、重复频率1 MHz;(c)能量40μJ、速度4 m/s、重复频率0.5 MHz;(d)能量40μJ、速度2 m/s、重复频率0.5 MHz,测得四组烧蚀实验的粗糙度分别为25.1、34.6、51.6、62.2 nm。去除实验两组材料分别去除表面深度36μm和27μm。实验结果与模拟结果吻合。