激光制孔技术以其高效率、高质量和非接触性等优点广泛应用于许多领域。航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔加工是激光制孔的重要应用领域,但是以往主要采用毫秒和纳秒长脉冲激光器,孔壁上无法避免地产生重铸层和微裂纹等热缺陷。随着激光技术的迅速发展,尤其是超短脉冲皮秒激光器的出现,使激光制孔的质量和精度得到显著提高。然而,目前针对皮秒激光加工气膜冷却孔的机理和工艺研究报道非常有限,特别是加工微孔的形貌、质量和效率等方面的系统分析。为了加快皮秒激光制孔技术在航空制造中的工程化应用,对其进行系统化研究具有十分重要的意义。本课题主要针对涡轮叶片使用的材料——镍基单晶合金DD6,采用皮秒激光器,在系统分析皮秒激光对镍基单晶合金DD6的损伤形貌和阈值的基础上,深入研究了多种加工参数与皮秒激光制孔形貌、质量、效率之间的内在联系,系统优化加工参数,同时在优化的加工参数基础上,研究了带热障涂层的镍基单晶合金DD6微孔加工。镍基单晶合金DD6的皮秒激光损伤形貌和阈值的研究表明,皮秒激光加工镍基单晶合金DD6存在非热熔性和热熔性损伤,损伤直径随着能量密度的增加而逐渐增大,其热熔性损伤阈值为0.11J/cm2,加工区域没有产生冠状重铸物、表面熔化溅落物以及侧壁重铸层等典型的熔化重铸物。皮秒激光加工镍基单晶合金DD6微孔的研究表明,皮秒激光加工镍基单晶合金DD6的侧壁上熔化重铸物明显减少,少量重铸物残留在孔壁上,但重铸层中无明显的疏松孔洞和微裂纹,加工质量和精度明显提高。在同轴吹辅助气体氮气时,孔壁上无任何热缺陷且加工效率最快。旋切方式制孔孔径便于控制且圆整度优于多脉冲复制方式制孔。在焦深量与材料厚度接近时,使用较短焦距的透镜和零离焦能减小制孔锥度。优化加工参数后,对含热障涂层的镍基单晶合金DD6微孔加工表明,热障涂层和镍基单晶合金DD6两部分都不存在重铸层和微裂纹等缺陷。热障涂层与粘接层以及粘接层与镍基单晶合金DD6基体之间均没有出现剥离或界面裂纹。