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针对飞秒激光加工金属时氧化层堆积阻碍材料去除的问题，研究人员以 GH3230 合金为对象，对比空气、氩气等环境下加工情况。发现氧化层（主含 NiO 和 Cr?O?）降低效率，氩气环境可增 kerf 深度，高压气流效果更优，为提升加工效率提供思路。
在精密加工领域，飞秒激光凭借极高峰值功率和超快材料作用特性，成为航空航天、电子等高端制造的重要工具，尤其在航空发动机叶片冷却孔加工中不可或缺。然而，其在金属深深度加工时效率受限，等离子体屏蔽是已知难题，而氧化层堆积这一影响却未被充分关注。在空气环境下加工时，激光与金属作用生成的氧化物（如 NiO、Cr?O?）会重新沉积在加工切口（kerf）内，不仅降低表面质量，还阻碍激光进一步作用，导致材料去除速率下降、切口深度受限。为突破这一瓶颈，国内研究团队围绕 GH3230 镍基高温合金（含 60wt.% Ni、20wt.% Cr）展开研究，探究不同加工环境对氧化层形成及材料去除深度的影响，相关成果发表在《Applied Surface Science》。
研究采用 TruMicro 5280 Femto Edition 飞秒激光器（波长 515nm），对 1.2mm 厚的 GH3230 合金样品进行切割实验，对比了空气、氩气氛围、高压空气流和高压氩气流四种环境。
结果与讨论
在空气环境中，加工形成的氧化层主要由 NiO 和 Cr?O?组成，这些氧化物沉积在切口内，显著降低材料去除速率，限制切口深度。而在氩气氛围下，氧含量降低 90%，切口深度增加 38.5%，表明惰性气体环境能有效抑制氧化层形成。进一步引入高压气流时，材料去除效果更优：高压空气流使切口深度增加 38.7%，高压氩气流更是提升 88.1%。这说明高压气流不仅能吹除氧化产物，还可增强材料去除效率，且惰性气体（氩气）结合高压气流的效果最佳。
结论
本研究系统揭示了氧化层堆积对飞秒激光加工 GH3230 合金的影响机制。通过调控加工环境，尤其是采用氩气氛围和高压气流，可大幅减少金属氧化层，显著提升材料去除深度。研究结果为解决飞秒激光加工中氧化相关限制提供了新策略，对工业领域中金属材料的深深度高效加工具有重要指导意义，有望推动航空航天等高端制造领域精密加工技术的发展。
