[发明专利]一种激光诱导等离子体注入基材的方法及装置

权利要求书

1.一种激光诱导等离子体注入基材的方法，其特征在于，激光烧蚀金属箔诱导的等离子体作为离子源，通过电场的分离，其中金属离子在等离子体爆炸产生的冲击波和电场力的加速作用下，以极大的速度注入到加热工况下的基材表层。

2.根据权利要求1所示的一种激光诱导等离子体注入工件的方法，其特征在于，具体实施步骤为：

用砂纸磨除工件表面的氧化层并抛光，然后使用乳化剂、无水乙醇除油清洗；

上升工作台支架，从腔体上方把预处理后的工件固定夹紧在工作台上，在工件表面贴上温度传感器、侧部连上脉冲负高压源接头，然后下降工作台到工作高度，调节辐射加热器的位置，再把加热器、工作台支架与耐高压真空腔之间的接触部分密封好；

在上玻璃板上贴上一层金属箔，然后把玻璃板盖在腔体上，金属箔向下，由密封板密封，再施力固定；

封紧进气孔，用真空泵从抽气孔抽腔内气体，观察压力表，使内压达到10^-3~10^-1Pa；

接通辐射加热器电源对工件加热，由温度传感器控制工件温度在600~800℃；正电荷板上接通通正电源，正电位3~5kv，工件上接通脉冲负高压源，负电位40~60kv，脉冲宽度50~100μs，脉冲重复频率50Hz；

（6）打开激光器，由计算机设置激光的能量、脉冲宽度、光斑直径参数，激光冲击金属箔不同位置3次，待反应完成后，关闭所有电源，取下工件。

3.实施权利要求2所述的一种激光诱导等离子体注入基材的方法的装置，其特征在于，由等离子体发生系统、真空反应腔系统、工件系统和计算机（19）组成；

等离子体发生系统包括激发高能短脉冲激光的大功率钕玻璃激光器（1），45°全反镜（3），聚焦透镜(2)，激光烧蚀材料(13)；

真空反应腔系统包括：腔体(24)、进气孔(4)、抽气孔(20)、上玻璃板与腔体连接的密封板(16)、工作台支架、辐射加热器与腔体下端连接的密封板（9），电荷接收板(5)、电荷传感器及正电压源(18)、压力传感器(23)及压力计(22)；所述腔体(24)为圆柱形密封腔体(24)，上玻璃盖板为圆形，其直径大于腔体直径，所述上玻璃盖板与腔体之间通过密封圈密封连接；所述腔体(24)侧壁的一侧的上方位置有一个进气孔(4)，相对称的另一侧的下方位置有一个抽气孔(20)，抽气泵经由抽气孔(20)把腔体内抽成预定真空度；所述腔体(24)内壁上沿圆周均匀设置四块弧形电荷接收板(5)，与腔体直径条垂直，相对的两块电荷接收板(5)上下错落布置；电荷传感器安装在电荷接收板上，正电压源连接在电荷接收板上，用来输入并控制正电荷接收板上的正电荷量；压力传感器(23) 位于腔体(24)底部，与腔外压力计相连，监测腔体(24)内压；腔体下方设有两个椭圆柱形脚架。

4.根据权利要求3所述的一种激光诱导等离子体注入基材的装置，其特征在于，所述工件系统包括工作台(7)、辐射加热器(8)、工作台支架(10)、温度传感器(21)和脉冲负高压源（17）；所述工件(6)定位夹紧于倒梯形工作台(7)，所述工作台(7)下有升降工作台支架，通过改变支架的长度来控制工作台上下旋转角度满足斜面加工的要求；所述工作台支架(10)形状为圆柱形，与腔体通过弹性大密封圈密封；所述辐射加热器(8)位于工作台下方的凹陷部分，所述辐射加热器(8)圆柱部分与腔体下端由密封圈密封；所述温度传感器(21)安置在工件上与腔外温度显示计相连，监测工件的工作温度；所述脉冲负高压源（17）连接在工件上，给工件施加负电位。

5.根据权利要求3所述的一种激光诱导等离子体注入基材的装置，其特征在于，所述计算机（19）控制激光器的参数设置、记录正电荷板上电荷变化情况和控制工作台支架的升降。

6.根据权利要求3所述的一种激光诱导等离子体注入基材的装置，其特征在于，所述真空腔为透明耐高压玻璃。

7.根据权利要求3所述的一种激光诱导等离子体注入基材的装置，其特征在于，所述辐射加热器(8)用辐射式加热方式，加热丝为钼丝，钼丝同一平面内平行均匀布置。