表面改性技術(shù)是指通過采用物理或化學(xué)的方法改變材料或工件的表面組織結(jié)構(gòu)或者化學(xué)成分，從而提高材料性能或在材料表面添加功能，是工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一項關(guān)鍵技術(shù)。常用表面改性方法有化學(xué)熱處理、表面涂層、機械表面處理、激光表面改性等。激光表面改性由于具有良好的重復(fù)性、非接觸加工、實現(xiàn)小尺寸特征和高質(zhì)量精加工等特性而成為一種有前途的改性技術(shù)。

本文主要目的是通過有限元建模仿真的方法，研究不同激光參數(shù)情況下超快激光與金屬材料的相互作用機理，以實現(xiàn)對超快激光對材料沖擊后的形貌預(yù)測。飛秒激光具有熱效應(yīng)小的特點，這意味著其加工精度更高，加工表面形貌在一定實驗數(shù)據(jù)支撐下更容易預(yù)測。

在飛秒激光-物質(zhì)相互作用中，脈沖持續(xù)時間小于溫度達到平衡所需的時間。因此采用經(jīng)典熱傳導(dǎo)模型不能準確描述激光持續(xù)期間的作用過程。事實上，如圖1所示，其加熱過程可以分為兩階段。第一階段對應(yīng)于電子對電子的散射時間，量級為幾十飛秒。在這一階段，能量首先被電子吸收，而不是被晶格吸收。第二階段約為幾十皮秒，對應(yīng)于能量從電子轉(zhuǎn)移到晶格系統(tǒng)。考慮這兩個時間段的分離的模型一般被稱為“雙溫模型。

利用comsol仿真軟件建立了單脈沖皮秒激光作用下的雙溫模型，研究了光斑半徑及激光能量對銅片燒蝕結(jié)果的影響，得到以下結(jié)論。１）單脈沖皮秒激光入射到銅片表面時，電子溫度急劇升高，且電子溫度遠大于晶格溫度；２）當(dāng)激光能量不變時，隨著光斑半徑的增大，銅片燒蝕形貌的面積增大，深度減?。唬常┊?dāng)光斑半徑不變時，隨著激光能量的增大，銅片燒蝕形貌的面積和深度增大.

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