铝合金由于具有密度低、强度高、热膨胀系数低、导热性好、导电性好、成本低廉等优点,被广泛应用在工业生产制造中。但是随着科学技术以及工业经济的发展,对铝合金的性能提出了更高的要求,一般的铝合金硬度低、耐磨性差,难以满足各方面的技术要求。通过激光加工改变材料表面形貌和微观结构的表面改性技术可以显著改善铝合金的表面性能。但是,激光加工过程极快,对激光加工瞬态过程进行完整、准确地测试十分困难。为解决此类问题,本文开展了铝合金表面激光加工的热效应仿真和实验研究,主要从以下几个方面展开：建立铝合金表面激光加工温度场分布的理论模型。通过对激光加工机理和激光辐照金属表面的主要发生的物理现象展开论述,建立了激光辐照金属材料表面的理论模型以及求解材料温度场分布的热传导方程,为下一步铝合金表面激光加工的有限元仿真和实验研究提供了理论依据。为分析激光功率和扫描速度对加工质量的影响,建立单条激光轨迹辐照铝合金表面进行激光加工的有限元仿真模型COMSOL Multiphysics的建模仿真过程主要包括物理场的选择、模型的建立以及材料参数的定义、网格的划分以及计算求解等。在建立激光辐照铝合金表面的仿真模型时,选择“固体传热”物理场,将激光束看作热源,考虑激光热作用下的热传导、表面对环境辐射和冷却对流等边界条件。激光功率影响激光能量密度,扫描速度影响激光作用的时间,通过调整激光参数,得到不同激光功率和扫描速度下的仿真结果。仿真结果主要包括不同时刻和不同材料位置处的材料温度、熔化气化深度、宽度和面积、冷却速率和温度梯度,它们与激光功率成正比,与扫描速度成反比,且越接近激光束的中心位置越大。为分析激光填充线间距对激光加工质量的影响,建立多轨迹激光辐照铝合金表面进行激光加工的有限元仿真模型。在此仿真过程中,除了考虑激光功率和扫描速度的影响外,还要考虑填充线间距对激光加工的影响。激光线间距会影响激光辐照在材料表面的总时间和激光束之间的重叠率。激光线间距越小,激光束作用下材料区域受上一条激光轨迹的预热影响更明显,有较高的初始温度,故材料温度更高,气化率更大。在铝合金表面进行激光加工实验,实验得到的加工深度与仿真结果相近,证明仿真模型是正确有效的,为实际的激光加工提供工艺参数指导。进行铝合金表面激光加工实验,分别在材料表面加工出点阵状、直线和网格图案。激光加工后铝合金材料表面显微硬度明显提高,且材料表面加工出点阵状图案后显微硬度最大,网格图案次之,直线图案最小。且有增加材料表面摩擦稳定性,降低摩擦系数的作用,且加工密度越大,材料表面摩擦系数越小,减磨效果越好。