激光与材料的相互作用是许多金属表面处理过程的基础，包括表面改性[[1], [2], [3]]、材料去除[4,5]以及可控烧蚀[[6], [7], [8]]，这些过程受到光学吸收、热传输和微观结构演变[[9], [10], [11], [12]]的调控。初始表面条件作为关键边界，决定了激光能量的耦合方式以及随后的热响应和结构变化[[13], [14], [15], [16], [17]]。
表面粗糙度显著影响激光的吸收、反射和烧蚀行为[[18], [19], [20]]。先前的研究表明，与光滑或磨削表面相比，粗糙的金属表面通常具有更强的激光吸收能力，这归因于多次散射、光程长度的增加以及凸起处的电磁场增强[[21,22]]。这些效应会显著改变连续激光和脉冲激光照射下的温度升高、熔化起始和烧蚀阈值[[23,24]]。对于近红外纳秒激光，其固有吸收率对表面形态特别敏感[[25,26]]。然而，表面粗糙度描述符与光学-热响应之间的定量关系仍不够明确。
尽管取得了这些进展，目前表面粗糙度仍常用单一的标量参数（如算术平均粗糙度Ra或面积粗糙度Sa）来表征。这样的简化描述符无法完全反映实际工程表面的复杂几何特征，包括峰谷分布、空间异质性和表面积的增大。研究表明，面积粗糙度参数（如表面发育的界面面积比Sdr，用于量化表面积的增大）和表面峰度Sku（用于表征高度分布的尖锐程度）与凸起处的能量集中和热量积累密切相关[[27], [28], [29]]。然而，这些参数在接近阈值照射条件下的热响应和激光能量吸收中的作用仍不清楚。
当前研究的另一个局限性在于缺乏将光学响应、热传输和表面粗糙度的结构后果联系起来的统一理解。虽然已经广泛报道了粗糙度对反射率、吸收率或烧蚀行为的依赖性变化[[30], [31], [32]]，但形态介导的光学效应与随后的热传递和损伤演变之间的机制仍不明确。在温和的照射条件下（此时沉积的能量接近烧蚀阈值），这种问题更加明显，因为剧烈的烧蚀现象（如等离子体屏蔽和材料喷射）被抑制，从而可以更清晰地研究表面形态对能量耦合和热扩散的影响[[33,34]]。然而，在这些条件下结合定量粗糙度描述符与热响应分析的系统研究仍然有限。因此，定量理解表面粗糙度、光学响应和热传输之间的关系对于激光表面加工的热控制至关重要。
此外，粗糙度介导的激光加热对材料机械完整性的潜在影响尚未得到充分关注。即使是在接近阈值照射条件下，也可能引起局部熔化、再固化、微观结构变化或残余应力重新分布，这些现象可能会影响材料的拉伸性能和疲劳抗力，尤其是在粗糙表面上，因为能量在凸起处的局部化分布不均匀[[35]]。在粗糙表面上，能量在凸起处的局部化可能会产生不均匀的热梯度，从而加剧这些效应。然而，目前尚不清楚形态依赖的激光加热是否会在温和的照射条件下显著影响材料的整体机械性能，以及这与实际激光表面加工中的光学-热响应之间的关联。
本研究系统地建立了1060铝合金在近红外纳秒激光照射下的表面粗糙度参数与其光学-热响应之间的关系。通过磨削和喷砂处理制备了不同粗糙度级别的表面，并使用面积粗糙度参数对其进行了表征。分析了光学响应、热行为和烧蚀阈值，并通过数值模拟阐明了背后的热传输机制。这些结果为通过表面粗糙度工程提高激光表面加工过程中的热控制能力奠定了基础。
