毫秒激光打孔：物质迁移的数值模拟与深度影响

本文主要探讨了毫秒脉冲激光打孔过程中物质迁移的数值模拟研究，由李川、秦渊和杨森合作完成，该研究得到了国家自然科学基金的支持（项目编号51205210）。研究的核心目标是深入理解毫秒激光在铝板上打孔时，特别是脉宽为2ms的激光作用下，熔融物的运动行为及其对孔洞形成的影响。 作者李川专注于激光加工领域的数值模拟工作，而秦渊作为副教授，主要负责与激光相关的数值模拟研究，其联系方式可通过邮件37044582@qq.com与她取得联系。研究团队在南京理工大学材料学院进行这项工作，地址为南京210094。 研究方法上，作者们运用流体力学理论，并结合有限元法，模拟了激光加热、熔化以及汽化的过程。他们特别关注了蒸汽产生的反冲压力如何影响熔融物与气体界面的动态变化，通过水平集法精确追踪液气界面，模拟了熔融物喷溅的情况，最终得到不同激光能量下小孔的形态特征。 研究结果显示，当激光能量为9J和18J时，均有部分物质以蒸发的形式逸出小孔。具体来说，9J激光能量下，部分熔融物被挤压并在孔口处堆积；而在18J激光能量下，物质以更快的速度，即6m/s的速度被喷溅出去。随着孔径加深，部分熔融物未能完全逸出，形成了重铸层。值得注意的是，9J和18J激光能量对应的重铸层厚度分别为0.04mm和0.08mm，这表明能量的增加显著影响了物质迁移的程度和孔壁的完整性。 这项工作对于理解激光加工过程中的微观行为具有重要意义，不仅有助于优化工艺参数，提升激光打孔的精度和效率，也为其他金属材料的激光处理提供了数值模拟参考依据。同时，研究成果发表在中国科技论文在线平台上，可为同行学者进一步研究提供有价值的数据和理论支持。