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激光毛化是一种表面工程技术,其具有加工质量优良、可控性高、毛化坑点一致性好且加工过程无污染的特点,并且经激光毛化的金属板具有优良的表面涂镀性能,且耐磨损、耐腐蚀、使用寿命长,目前该技术在航天航空、装备制造等领域得到广泛应用。本文针对现有激光毛化装备存在输出模式单一,激光参数调节范围较小的不足,提出了一种固态双模式激光毛化装备的研制方案,并针对TC4钛合金开展激光毛化工艺实验,实验结果为TC4钛合金表面高质量可控激光毛化提供了工艺参考。基于该研制方案,采用偏振调制技术和激光放大技术实现了微秒级和纳秒级同步输出及切换输出的复合脉冲激光器。在脉冲同步输出振荡级中,微秒脉冲能量为27.18mJ,纳秒脉冲能量为25.58mJ;经过脉冲放大后,微秒脉冲能量为421mJ,纳秒脉冲能量为335mJ。在脉冲切换输出振荡级中,微秒脉冲能量为92.7mJ,纳秒脉冲能量为46.1mJ;经过脉冲放大后,微秒脉冲能量为1243mJ,纳秒脉冲能量为1107mJ。在激光器的基础上,研制了固态双模式激光毛化装备。基于自行研制的激光毛化装备,采用单因素分析法针对TC4钛合金试件开展了表面形貌、粗糙度和润湿性工艺试验。在探索激光毛化对材料形貌及性能作用规律的同时验证了装备在实际应用中的可行性。在激光毛化坑点形貌实验中,揭示了近平顶光场分布的脉冲激光作用下,随激光能量密度变大或脉冲宽度变窄火山口状激光毛化坑点存在由平顶状向尖峰状演变的趋势。在激光毛化粗糙度工艺实验中,激光毛化后试件表面粗糙度范围为0.76μm至14.13μm,基于激光毛化坑点形貌参数,构建了激光毛化粗糙度算法。在激光毛化润湿性工艺实验中,激光毛化表面接触角范围为15.80°至134.56°,得出了激光毛化技术可由亲水性至疏水性大范围调制材料表面润湿性。