在受控环境中,激光辅助等离子体形成和Cu的消去

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 等离子体物理学的物理学
• 激光消灭技术的激光消灭技术

背景情况:

• 激光切除是材料加工的关键技术.
• 了解环境气体和压力的影响对于优化激光材料相互作用至关重要.
• 铜 (Cu) 是各种工业应用中广泛使用的材料.

研究的目的:

• 研究气 (Ar) 和气 (Ne) 气体在表面变压的影响以及激光消光铜的机械性能.
• 在激光切除过程中分析等离子体参数,包括电子温度 (T_e) 和电子数密度 (n_e).
• 为了将等离子体特征的变化与喷涂产量,剥离深度,表面形态和硬度的变化相关联.

主要方法:

• 使用Nd:YAG激光系统在恒定辐射强度下对铜进行辐射.
• 使用激光诱导分解光谱仪 (LIBS),石英晶微平衡仪 (QCM),光辐射显微镜 (OEM),扫描电子显微镜 (SEM) 和维克斯硬度测试仪进行分析.
• 通过使用和气,从10到100 torr变化环境气体压力.

主要成果:

• 无论是Ar还是Ne气体,都提高了排放强度,喷产量,剥离深度和硬度,最高达到60 torr.
• 与Neon相比,Argon在所有测量参数中始终产生更高的值.
• 在Ar的最佳条件下,电子温度为15218 K,电子密度为1.83 × 10^{18 cm-3,喷射产量为8.59 × 1015原子/脉冲,切除深度为231 μm,硬度为147 HV.}
• 表面形态分析显示,与Ne相比,Ar中的石坑和池等特征更为明显.
• 在增加T_e和n_e之间观察到强烈的相关性,以及增强的喷涂产量,切除深度,表面形态和硬度.

结论:

• 环境气体压力显著影响铜的激光除,最佳压力约为60 torr.
• 阿贡是比虹更有效的环境气体,可以增强激光消光铜的表面和机械性能.
• 观察到的改善归因于在最佳压力下等离子体封闭和碰撞频率的增加,以及在较高压力下等离子体羽屏蔽.
• 这些发现对优化基于激光的材料处理和等离子体光谱学应用有意义.