超声辅助激光抛光氧化锆陶瓷实验研究

为了研究超声振动物理场对激光抛光的辅助作用，并分析超声振幅和激光参数对氧化锆陶瓷表面粗糙度的影响，本研究基于响应曲面实验设计，以表面粗糙度为优化目标，利用脉冲激光器对氧化锆陶瓷进行抛光处理，并研究抛光后材料的表面粗糙度、硬度、摩擦磨损系数，以及表面元素的变化。结果表明，超声辅助激光抛光氧化锆陶瓷的最佳工艺参数如下：激光功率为75.9 W，脉冲频率为3.28 kHz，扫描速度为345 mm/s，超声振幅为25%，振动频率为19.42 kHz。采用脉冲激光器抛光，可将表面粗糙度从2.479 μm降至0.595 μm；采用超声振动物理场辅助激光抛光，可将粗糙度进一步降至0.477 μm，总降低率达80.7%。同时，超声振动作用会使重熔层产生残余压应力，且超声辅助激光抛光所产生的竖向裂纹宽度要略窄于激光抛光所产生的竖向裂纹宽度。相比于激光抛光表面，超声辅助激光抛光表面硬度略有提高，但表面元素含量几乎没有太大变化。