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1.文章导读

随着先进高性能材料不断涌现，传统单一场辅助加工技术已难以满足日益严苛的制造要求。近日，香港理工大学杜雪教授团队提出一种创新的原位激光-磁双场辅助金刚石切削技术，有效突破了超精密加工的现有局限，成功实现了新型高熵合金的纳米级切削。该研究成果以题为“An innovative multi-energy field-assisted ultra-precision machining technology: in-situ laser-magnetic dual-field assisted diamond cutting”正式发表于SCI期刊《极端制造（英文）》(International Journal of Extreme Manufacturing, IJEM)。

 

 

  图文摘要  

2.图文解析（创新研究/研究亮点/研究进展）

本研究的核心创新在于提出了一种新型多能场耦合辅助超精密加工技术, 即原位激光-磁双场辅助金刚石切削。该技术通过激光与磁场的协同耦合效应，克服了传统单一能场在调控能力上的局限，从而实现了对新型高性能材料加工性能的根本性提升。研究采用先进表征技术，系统揭示了加工后材料在跨尺度上的演变规律：从宏观表面形貌、介观损伤机制，到微观原子排布。基于上述发现，本研究深刻阐释了制造过程中的核心物理机理，系统地回答了“加工过程中发生了什么？”“材料如何变化？”以及“性能如何提升？”这三个根本性问题。

 

 

图1 揭示了双能场耦合辅助加工的作用机理：磁场预先改善材料的本征属性，激光随后优化剪切区的瞬时条件，二者通过协同作用，共同实现了材料去除过程的高效调控。

 

 

图2 表明四种加工技术的对比结果，激光-磁场的双场耦合协同效应能最优地改善表面质量，使表面粗糙度Sa值由71 nm显著提升至9 nm的水平。

 

 

图3 从宏观层面揭示了双场耦合的协同作用如何弥补单一能场的不足：激光场针对硬质相而导致的表面划伤问题，通过原位软化机制有效抑制了Cr-Mn颗粒的脱落；而磁场则针对局部过热引起的热损伤问题，通过提升瞬时剪切区的热导率，显著减少了表面凹坑的形成。

     

 

 

图4 介观尺度展示了双场耦合对亚表面晶体结构的优化效果：该效应将损伤层深度从68.9 μm抑制到14.8 μm，并有效减小了晶粒间的取向差。

     

     

     

 

 

图5 从微观层面上展示了亚表面的微结构特征与原子排布：由于在激光场的瞬时高温与高应变作用下，工件表面形成了约4 nm厚的非晶层；同时，由于磁场调控下原子磁化率的差异导致迁移率的变化，从而在晶粒内部形成了高密度层错与孪晶共存的结构。