关键词： 质子交换膜燃料电池   双极板   玉米叶脉   仿生流场   水管理   模拟研究   激光加工  

摘要： 质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有能量转化率高、环境友好、快速启动和工作温度低等优点,发展前景和应用范围广阔,对解决环境污染和能源危机这两大难题具有重要意义。双极板在一定程度上影响着整个燃料电池的功率密度、重量和成本等指标。而其流场结构直接决定电池内部各反应物和生成物的分布情况,同时是电池水管理的关键,主要作用是提供并分配反应气体,降低极化损耗,排出反应生成的水。本文基于玉米叶脉宏观结构的数学模型,针对PEMFC水管理等性能,利用仿生学原理,设计PEMFC双极板仿生主流场结构,然后利用Fluent仿真手段对其进行模拟研究,最后优化了激光打标机加工石墨板流道的工艺参数,旨在实现低成本、高效率的加工方式。主要内容如下:（1）针对PEMFC双极板流场结构,本文论证了以玉米叶脉作为仿生原型的科学性和可行性。为研究玉米叶脉系统的高效传质特征,选取两株不同生长时期（发育期和成熟期）的玉米叶片,对其宏观结构尺寸参数进行测量统计,求得不同级别叶脉直径与间隔之间的一系列相关比例参数和开孔率,结合玉米叶脉系统的自相似性,为仿生流场设计奠定理论基础。（2）概述了PEMFC数值模拟模型的控制守恒方程,包括流体力学四大基本守恒方程、电化学反应理论方程和电池内水传输理论方程。介绍了数值模拟过程,同时针对该PEMFC求解模型,进行了基本假设以及边界条件的设定。（3）基于玉米叶脉宏观结构数学模型,提出了双极板仿生主流场的设计思路,得到五种不同结构的仿生流场,并模拟研究其极化曲线与功率密度曲线、流场压降、反应物和电流密度分布及高低电流密度下的水管理等特性。其中主流道宽度为0.5 mm的Parallel-II流场具有最佳的电池性能,最大功率密度为0.67W/cm2,较Parallel-I和Parallel-IV流场的功率密度分别提升了4.69%和23.35%。分析原因,当横向压降作用于主流道较窄的Parallel-II时,使得流场内部形成了强制对流现象,改善了电池内部各组分的分布情况。Parallel-II也表现出最好的水管理能力。在高电流密度的工况下,电池内部电化学反应生成的水增多,各仿生流场在主/子流道的协同作用下仍可将反应生成的水快速排出,表现出良好的排水能力。在低电流密度的工况下,仿生流场水质量分数分布更均匀,未出现局部缺水的现象。（4）基于激光打标加工石墨板的理论基础,优化了激光打标机加工石墨板流道的工艺参数。设计“两步法”加工工艺。“第一步”采用高功率低速度烧结加工石墨板流道深度,“第二步”采用低功率高速度“清扫”流道表面的残渣,提高流道的精整程度。设计三因素三水平全面正交试验对激光打标机“第二步”加工参数进行研究,各个试验指标分析初步确定了不同加工参数对流道加工性能的影响,再采用综合评分法将其转化成单一的综合指标进行分析,确定最优的参数组合为V3P1A3,即21号流道,激光加工速度为2000 mm/s、加工功率为20%、填充角度为60°。其中单指标试验分析结果与多指标综合评分法所得到最优参数组合基本一致。

关键词： 超疏水   超双疏   激光加工   油粘附力   油滴运输  

摘要： 超疏液表面是指和液体的接触角大于150°的表面,因其优异的自清洁、流体减阻、耐腐蚀、抗结冰结霜等性能,在民用设施、国防军事、石油化工、环境能源等领域具有巨大的应用前景。激光直写加工具有可加工材料范围广、无毒、精度高、效率高等优点,已被广泛应用于超疏液表面所需微纳结构的加工。论文结合激光直写加工技术和化学溶液浸泡,在碳纤维复合材料和铜基体上构建了超疏液表面,并对其自清洁、可控粘附性、液滴转移等性能进行了研究。论文的主要研究内容及结果如下:1.通过皮秒激光直写在碳纤维复合材料表面加工了微纳复合结构,经氟硅烷乙醇溶液浸泡降低表面能后可获得水接触角156°、滚动角6°的超疏水表面。拉伸实验结果表明激光直写对其拉伸强度无显著影响。此外,该超疏水表面具有优异的自清洁性能,且在多种极端环境(高低温处理、落砂冲击、酸碱盐腐蚀、有机溶剂浸泡等)下表现出了优异的机械/化学稳定性。2.通过纳秒激光直写在铜表面进行特定路径扫描,加工出荷叶表面乳突状微结构。经碱辅助氧化反应后,铜表面覆盖一层致密的氢氧化铜纳米针结构,再经氟硅烷乙醇溶液进行低表面能处理后获得水接触角162°、滚动角2°的仿荷叶超疏水表面。通过纳秒激光直写在铜表面加工间距为50μm的网格结构,经碱辅助氧化反应和全氟硫醇浸泡后,获得具有玫瑰花状微结构的超疏水表面,表面水接触角为156°。3.通过纳秒激光直写在铜表面加工间距为60μm的网格结构,经特定时间的碱辅助氧化反应(30秒)和全氟硫醇降低表面能处理(3分钟)后,获得具有低油粘附力的超双疏表面,对7μL水滴、花生油、十六烷的接触角分别为164±1°、159±2°和155±1°;通过改变在铜表面激光直写网格间距的大小,获得了具有不同油(花生油、十六烷)粘附力的疏油/超疏油表面,并运用具有不同油粘附力的样品表面完成了花生油和十六烷液滴的运输。

关键词： 齿轮冷挤压   微织构控流   数值模拟   摩擦磨损   激光加工   固体润滑  

摘要： 单向器齿轮作为汽车自启停系统的重要零部件之一,其齿轮齿形质量直接影响到自启停系统的使用舒适性。目前,冷挤压成形方法因其高效、低耗、环保等优势广泛用于齿轮成形领域,但齿轮冷挤压成形存在齿形区金属填充不足、齿端成形塌脚过长、磷皂化润滑方式严重污染环境、摩擦模型对齿轮成形仿真结果影响较大等问题。为了解决上述问题,本课题基于数值模拟提出微织构控流冷挤压成形方法,开展齿轮成形模拟中摩擦模型研究和齿轮成形试验,并结合激光表面微织构技术、固体润滑技术和摩擦试验探索新型冷挤压润滑处理方法。首先,采用UG建立齿轮冷挤压模具模型,并通过DEFORM-3D进行齿轮成形有限元模拟,分析存在的成形缺陷;其次分别在齿形凹模表面设计凹坑、三角形、沟槽微织构,进行不同形貌微织构控流成形模拟,确定沟槽微织构控流成形效果最好,并深入研究沟槽宽度、深度、密度和角度对齿轮成形性能的影响;然后基于摩擦试验获得的基础摩擦数据库进行压力、速度相关摩擦模型拟合,并与传统剪切摩擦模型的模拟结果进行对比,通过齿轮成形试验验证摩擦模型的准确性;最后开展沟槽微织构激光加工工艺研究,探究沟槽微织构参数和石墨烯、聚四氟乙烯添加剂对模具钢表面摩擦磨损性能的影响规律。论文的主要研究结论如下:(1)齿轮冷挤模拟中坯料轴向流动为主、齿形区坯料径向流动不足,导致齿形成形质量低,齿轮端面塌脚较长。(2)凹坑、三角形和沟槽微织构能够改善金属径向流动状态,其中沟槽微织构方案的齿轮塌脚相比无织构处理方案缩短了22.3%。同时,齿轮塌脚长度均随沟槽宽度、深度和密度增加而先减小后增大,但随沟槽角度增加而持续增大,宽度100μm、深度20μm、密度30%、角度0°的沟槽微织构的控流效果最佳,齿轮塌脚长度仅3.03869mm,相比无织构处理方案降低了48.3%。(3)基于摩擦数据库建立的压力、速度相关摩擦模型的模拟结果优于剪切摩擦模型,且速度相关摩擦模型的齿轮成形质量最佳,与实际齿轮冷挤压结果最为接近,齿轮塌脚误差仅为9.4%。(4)沟槽微织构宽度和深度随激光功率、重复次数增加而增大;随扫描速度增加而减小。(5)织构化模具表面摩擦系数随沟槽宽度、深度、密度增加而先减小后增大,随角度增加而持续增大。同时,织构化模具钢表面摩擦系数随石墨烯和聚四氟乙烯粉末添加量增加呈现先减小后增大趋势,其中含石墨烯润滑油的减摩效果优于聚四氟乙烯。

关键词： 微织构刀具   激光加工   切削性能   正交优化   润湿性  

摘要： 难加工材料切削过程中刀具与工件材料间的摩擦以及刀具的磨损严重影响加工表面质量。固体表面微织构因其能有效改善表面摩擦磨损性能已被应用于各行各业,而在制造业加工领域,为改善刀-屑接触面之间的摩擦接触状态,降低切削力和切削温度,微织构刀具进入国内外众多学者的研究视野。现有研究主要针对微织构表面性能应用的研究较多,而缺乏对织构形貌成形的工艺研究;表面润湿性直接影响界面内流体的渗入、润滑及界面摩擦学特性,然而切削加工领域往往忽略了表面润湿性的影响。因此,本文以CBN刀具为研究对象,系统研究了织构刀具切削性能及作用机理、激光加工参数对织构形貌影响规律、织构化刀具表面润湿性能。主要研究内容包括:（1）微织构刀具切削仿真研究。利用切削仿真软件Advant Edge FEM对无织构刀具以及凹坑型、直线型、正旋型微织构刀具进行了仿真研究。建立了刀具切削仿真模型,对比了不同微织构形貌对切削力、切削温度以及切屑的影响,以正旋型微织构刀具为例对微织构刀具的织构参数进行了优化。结果表明:在相同的切削条件下,刀具表面置入微织构可以减小三向切削力,降低切削温度,可使切屑更易卷曲,微织构刀具的切削性能与织构形貌有关;微织构刀具降低切削力的程度与织构参数组合密切相关,正旋型微织构参数对主切削力影响因素的主次顺序依次为:刃边距、织构间距、织构宽度、幅值、周期长度,并且获得了最佳织构参数,为下一步加工制备以及应用正旋型微织构刀具提供了参考依据。（2）微织构刀具制备工艺研究。为了探究激光加工织构中的加工参数对微织构刀具形貌的影响,进行了单因素试验发现,随着激光功率、扫描速度、加工次数参数值的增大织构内部由平整规则的形状逐渐变成半圆球形以及半圆柱形,并且会形成明显的“山脊”现象,而织构边缘则会有凸冠状残渣重铸金属层且愈加明显,刀具表面变得不平整;织构深度随着激光功率、加工次数的增加而增加,但随着激光功率以及加工次数的增加,深度变化越来越小,表现出“饱和”现象。而织构深度随着扫描速度的增加呈现出先增大后减小的趋势;激光加工织构表面均可增大表面粗糙度,且激光功率对表面粗糙度的影响最大。（3）织构化刀具表面润湿性能研究。采用角接触测量仪在不同润滑剂条件下对不同形貌的微织构刀具进行测量,并且研究了织构参数对微织构刀具润湿性能的影响。结果表明:织构化表面均能够改善刀具表面的润湿性,且固液平衡接触角随着液滴体积的增大呈现出先增大后减小的趋势;织构参数对表面润湿性有较大的影响。合适的织构设计尺寸可以改善织构表面的润湿性。（4）切削验证试验研究。通过切削试验验证了微织构刀具可提高刀具的切削性能;本文建立的切削仿真模型可用于微织构刀具的研究;无织构刀具的前刀面磨损最为严重,凹坑型微织构刀具磨损程度次之,直线型与正旋型微织构刀具的前刀面磨损情况较轻微;无织构刀具和凹坑型微织构刀具都发生崩刀现象;直线型及正旋型微织构刀具可提高刀具切削区域温度散热性能,进而提高了刀具的使用寿命。置入微织构可以降低工件表面粗糙度,降低程度与织构形貌相关;刀具表面在切削液润滑条件下,微织构的存在进一步降低了加工表面的粗糙度值。

关键词： 可穿戴技术   物联网技术   电路设计   软件开发设计  

摘要： 随着航空工业、造船业及汽车制造业等快速发展,对激光切割复杂件的需求越来越广。而复杂件的激光切割过程复杂,通常需要操作员工拥有大量的知识技术储备与操作经验。同时,还要求员工对加工过程中的各种信息进行监测与判断,并及时进行介入控制。针对复杂件的激光切割现状,本文提出了一种激光加工中的可穿戴信息跟随系统方案,课题来源于企业项目与技术调研。利用可穿戴技术与物联网技术结合辅助员工获取信息并及时介入控制加工设备,员工可以更专注于加工质量的控制,同时减轻了员工的工作负担并提高了加工质量和工作效率。本文设计的可穿戴信息跟随系统设计以员工为核心,围绕加工任务进行信息服务,以提高产品质量和员工工作效率为目标。在设计时充分考虑了激光加工车间的特殊性,构建了员工、加工设备和云端服务器有效融合的方式,并以可穿戴设备的方式满足员工的信息服务需求及介入控制加工设备需求。本文的主要研究与设计工作概括总结为:(1)穿戴设备与加工设备间的介入接口设计。基于USB技术、蓝牙技术和ZigBee技术设计了多协议、多信道的介入接口,并完成相关电路设计,实现员工所穿戴的设备与加工设备间的信息交互。该接口具备信息传输稳定,且各类信息传输无冲突的性能。(2)无线现场智能操控器设计。基于Orange Pi Zero2平台为基础进行了无线现场智能操控器的设计,实现员工对加工设备的介入控制。该设备具备智能的介入操控方式,具备对多设备无线现场管理。此外,还完成了其他辅助硬件的电路设计,包括供电系统、音频接收设备等,以更好地满足员工的加工任务需求。(3)员工所需穿戴设备的穿戴方式设计。针对员工的可穿戴需求,设计了以背带和腰带为穿戴主体,主机设备与无线现场智能操控器独立穿戴的总体穿戴方式。满足了员工对穿戴设备的供电、收纳、数据传输、穿戴稳定性、便捷性等需求。(4)员工端信息服务软件开发设计。基于云服务技术,采用IaaS模式,并利用Java语言在Android Studio软件上完成了员工端的信息服务软件开发设计,满足员工的信息服务需求。该软件具备适应的操作界面及操作方式,且可扩展更多功能服务。同时,还完成了无线现场智能操控器的功能及界面设计,并在真机上运行测试,测试结果表明,设计满足员工需求。

关键词： 激光加工   三维模型分割   网格模型简化   包围盒   人工干预  

摘要： 激光加工技术以其高精度和高适应性的特点被越来越多的应用在高端制造领域,中国是全球唯一拥有全部工业门类的国家,但是受各种因素的制约,我国大型激光加工系统的关键技术和设备严重依赖进口,有些关键技术甚至被国外实施封锁和禁运。作为激光加工系统的大脑,配套软件会直接影响加工的精度,如何将待加工物体的三维模型分割成满足系统加工条件的多个组件,以提高加工精度和效率,是激光加工系统配套软件研发中迫切需要解决的一个重要问题。由于现有自动分割技术存在分割效果比较差以及普适性差等缺点,研发一种激光加工场景中的三维模型分割技术势在必行。本文依托实验室所承担的国家重点研发计划《航空航天典型复杂图案激光精密制造技术与装备研发》项目,对激光加工场景中的三维模型分割技术进行研究。本文对三维模型分割技术进行了研究,针对现有自动分割算法的缺点,设计并实现了一种面向激光加工的交互式三维模型分割技术。该分割技术相比自动分割算法,在分割过程中加入人工选择操作,大幅提高了分割精度和普适性。论文主要完成的工作如下:1.研究总结了现有三维模型分割技术,针对其不足和大型激光加工场景中分割对象的特点,提出了一种半自动的基于模型简化的分割技术。通过对不同倍率简化的模型进行分割,从中挑选较好的部件组合、还原,得到效果良好的分割结果。2.提出了使用包围盒技术来进行人工干预,在不同简化倍率模型分割结果上使用包围盒人工选择分割质量最好的部分,并在原模型上进行组合。3.根据工业模型的特点,提出了一种适用于工业模型的三维模型简化算法。在简化过程中有效识别三维模型的单层边界,避免边界被简化。4.将本文分割技术与 Randomed Cut、Core Extraction、ShapeDiameter、NormCuts、RandWalks、FitPrim、K-Means等7种典型自动分割算法进行了横向对比测试与评价,通过面片错分率和面积错分率的对比,完成对本文分割技术的量化评价。测试本文简化算法的简化效率和简化效果,评估其是否满足分割需求。实验表明,本文设计的三维模型分割技术能够得到效果良好的分割结果,简化算法能够适应工业模型的特点。同时,本文分割技术不仅对工业模型有良好的分割效果,对自然模型也可以产生比上述7种分割算法更好的分割结果,表明了其良好的普适性。

关键词： 微细电火花加工   新型脉冲电源   反激电路   中走丝电火花线切割   成形电火花加工  

摘要： 电火花加工是利用脉冲电源提供的能量实现间隙击穿放电和材料去除的非传统加工技术。作为保证加工质量和能量控制的核心装置,脉冲电源的性能直接影响着电火花加工的加工精度、加工效率等指标。本文针对微细电火花加工,设计了一种基于电力电子技术的新型反激式脉冲电源。由于放电间隙在击穿后呈现恒压源特性,为了实现对输出放电电流的直接控制,脉冲电源在传统反激电路拓扑的基础上去掉了输出稳压电容;在击穿阶段,利用反激电路耦合电感的电磁感应特性,实现放电能量的瞬时传递和输出电压的快速泵升,由此减少微细加工时的击穿延时和短路情况;在放电阶段,通过反激电路开关管导通时间、输入电压和原、副边电感值等相关参数的灵活调节和合理设计,配合机床伺服系统,实现间隙电流、脉冲宽度和单个脉冲放电能量的灵活调控。同时,采用FPGA数字控制器生成驱动信号和与上位机实时通信,实现变换器的数字控制。为了验证新型反激式脉冲电源的有效性,在往复走丝电火花线切割机床上进行了放电加工实验。通过进行多组参数的对比实验,验证了多个参数对电源输出电压、输出能量的影响。此外,通过实验发现该电源在微细成形电火花加工上的局限性,并进行了分析研究。

关键词： 非均匀润湿性表面   激光刻蚀   雾气收集   液体运输   时效性  

摘要： 非均匀润湿性表面在雾气收集、液滴运输等领域具有重要的应用价值,但非均匀润湿性表面的制备工艺存在耗时、复杂、材料通用性较差等问题。论文采用一种高效且通用性较强的激光加工方法,通过两次激光刻蚀结合低表面能修饰制备非均匀润湿性表面,着重对非均匀润湿性表面的润湿性、实际应用和时效性进行分析研究。主要内容包括:利用激光刻蚀结合氟代烷基硅烷（FAS）溶液的低表面能改性构造超疏水表面,然后利用二次激光刻蚀制备诸如点/线状凹槽之类的的超亲水图案,从而获取非均匀润湿性表面。利用这种工艺流程可以通过对激光进行电脑端控制来精确获取所需的超亲水图案。对所制备的带有点/线状超亲水凹槽的非均匀润湿性表面的微纳结构和化学成分进行表征,然后对不同尺寸点/线状凹槽的不同体积液滴的接触角和滑动角进行试验测量。结果表明,所制备的点状凹槽具有较强的可控粘附性,线状凹槽具有显著的各向异性粘附。结合超亲水区域的粘附性和超疏水区域的水排斥性,在非均匀润湿性表面上进行多种实际应用,包括图案化表面的制备、液滴运输、液滴抓取和混合,并在铝、铜、钢和钛四种金属表面进行雾气收集试验。结果表明,非均匀润湿性表面的雾气收集效率相对于均匀超亲水表面、均匀超疏水表面和未处理表面均有一定程度的提高,其中非均匀润湿性钢表面提高程度最大,分别为:33.88%、55.98%、63.44%,此外四种金属的非均匀润湿性图案化表面中,钢的雾气收集效率也是最高的。在不同温度下研究非均匀润湿性表面的时间稳定性。首先探究不同温度下的非均匀润湿性表面的超亲水区域的接触角和滑动角的变化趋势,同时对超亲水区域的表面微纳结构和化学成分进行对比分析。结果表明,非均匀润湿性表面的超亲水区域的老化速率明显大于均匀超亲水表面;润湿性变化的原因来自于试验环境空气中非极性C-C/C-H/CSi官能团的吸附和周围超疏水区域交叉污染。最后在不同老化程度的非均匀润湿性表面上进行雾气收集试验,探究时效性对其应用效果的影响。结果表明,随着超亲水区域老化程度的增加,雾气收集效率逐渐降低,且当将样品放置在低温下储存时,雾气收集效率仍能保持在较高的水平。

关键词： 光纤激光器   少模光纤光栅   轨道角动量   飞秒激光直写  

摘要： 近年来,光纤激光器由于其结构紧凑、输出稳定、散热性好和成本低等优点,在工业、医疗、科研等领域得到了广泛的应用。随着激光光场调控技术的发展,全光纤的轨道角动量（Orbital angular momentum,OAM）激光器成为了热门研究方向。OAM是一种具有螺旋相位分布且光场的中心强度为零的特殊光束,由于其独特的性质,在光通信、高分辨成像、光镊、材料加工等领域有着巨大的应用潜力。目前,OAM激光器大多是通过腔外模式转换器件将基模谐振输出转换成OAM光束输出。相比之下,高阶模式直接谐振输出OAM可以避免模式转换器件的插入损耗,是未来实现高转换效率、高稳定性OAM激光器的重要方法。本文利用了飞秒激光直写技术制备光纤光栅,研究了基于少模光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）的OAM激光器,提出了高阶模式直接谐振输出的方案,设计了一种新型波长可切换的全光纤OAM激光器,主要研究内容如下:（1）研究了光纤光栅的飞秒激光直写制备技术。搭建了飞秒激光直写法制备光栅的实验平台,基于飞秒激光逐点法、逐线法制备了多种光纤光栅:均匀光栅和相移光栅,摸索了不同光栅的直写制备工艺,测试了制备出的各类光纤光栅的光谱特性及插入损耗。（2）分析了少模光纤法布里-珀罗干涉仪（Fabry-Perot interferometer,FPI）的模式干涉原理,研究了其光谱特性和模式特性。利用飞秒激光直写加工技术,在少模光纤中制备出FPI。接着搭建了模场测试系统,测试了少模光纤FPI的OAM模式调控特性,通过改变入射光的偏振态或者反射光透过的偏振片的角度,可以产生±1阶的OAM模式。（3）研究了一种能够实现多波长输出以及横模可调节的光纤激光器。由于少模光纤FBG具有偏振依赖性以及拥有多个谐振波长,因此可以通过改变激光腔内的偏振状态,实现单波长、双波长、三波长的输出,并且选择激光输出的模式。在波长1547.4 nm处,获得了±1阶的OAM模式。（4）设计并搭建了一种基于少模光纤FBG和FPI结构的波长可切换OAM光纤激光器。利用FPI的疏状滤波特性,实现了1547.48 nm和1547.61 nm两个波长的可切换输出。在每个波长处,则可以利用偏振控制来实现±1阶的OAM模式。

关键词： 激光加工   铝基板   表面形貌   粘接强度   断面特征   失效模式  

摘要： 随着集成电路技术的不断发展,微电子封装技术也朝着微小化、高密度和高复杂度发展,封装器件结构越来越复杂,随之产生的可靠性问题也日益凸显。其中芯片贴装一般采用基板+互连材料+芯片的结构,互连材料与基板的界面结合强度直接影响电子元器件的服役性能。为提高其界面结合强度,对基板表面进行修饰是一个可行性方案。本文以铝基板与环氧树脂界面粘接强度为基础,利用激光加工微槽对铝基板表面进行修饰,探索激光加工参数对铝基板表面形貌、铝基板与环氧树脂粘接强度的影响规律。1、研究激光加工表面微槽对铝基板表面形貌的影响。分析激光功率密度、扫描间距和扫描次数对铝基板表面形貌、粗糙度、表面面积增加比及微槽几何形貌特征的影响规律。结果显示:粗糙度Ra、表面面积增加比Sdr、微槽实际深度H及微槽实际宽度D随着功率密度的增加而增加。当功率密度I=1.83×10W/mm时,微槽内部形成的形貌比较平滑;当功率密度I=3.66～9.15×10W/mm时,随着功率密度的增加,微槽内部孔隙特征明显。扫描间距从L=50μm增加到L=100μm时,凸起高度h降低,粗糙度Ra和表面面积增加比Sdr下降速度较快。粗糙度Ra和表面面积增加比Sdr随着扫描次数的增加而增加,微槽实际深度H随着扫描次数的增加而增加,微槽实际宽度D随着扫描次数的增加而减小。当扫描次数N=3时,微槽深度d较大,溅射物大多堆积在微槽侧面。2、研究激光加工表面微槽对铝基板粘接强度的影响。根据准静态剪切测试标准测量试样件的粘接强度,结合铝基板接头断面的宏观特征、微观特征和界面的失效模式,研究激光功率密度、扫描间距和扫描次数对铝基板粘接强度的影响规律。结果显示:未处理铝基板的粘接强度σ=5.41MPa,接头断面发生界面失效,激光加工微槽后,粘接强度至少提高88%,微槽内部倾向于发生内聚失效。当功率密度I=5.49×10W/mm、扫描间距L=50μm、扫描次数N=1时,粘接强度最大为σ=27.02MPa。接头断面的主要微观区域特征有3种类型,类型E:全部发生内聚失效;类型C:微槽内部发生内聚失效,铝基板表面部分发生内聚失效,部分发生界面失效;类型B:微槽内部发生内聚失效,铝基板表面发生界面失效。接头断面的主要微观区域特征从类型B向类型C再向类型E的转变中,内聚失效的面积增加,有利于提高铝基板的粘接强度。3、研究铝基板表面形貌对粘接强度的影响。分析粗糙度Ra和表面面积增加比Sdr对粘接强度的影响规律,建立微槽实际深度占比δ和微槽实际宽度占比δ与粘接强度、接头断面微观区域类型的关系。结果显示:微槽结构完全覆盖粘接区域时,粘接强度最大为σ=27.02MPa,接头断面主要微观区域特征为全部发生内聚失效。微槽结构未完全覆盖粘接区域时,粘接强度随着粗糙度Ra、表面面积增加比Sdr、微槽实际深度占比δ及微槽实际宽度占比δ的增加总体呈增加趋势。当微槽实际高度H>25μm,微槽实际深度占比δ>0.20,微槽实际宽度占比δ>0.30时,接头断面主要微观区域类型为C类型,可以获得较为优异的粘接强度。