[发明专利]基于激光冲击效应的材料动态硬度测试装置及方法

权利要求书

1.一种基于激光冲击效应的材料动态硬度测试装置，其特征在于，包括：用以输出激光束的激光器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、透镜、容器、约束层、吸收层、夹具、隔振平台、数控平台、出水管和进水管；所述激光器和数控平台置在所述隔振平台上；所述容器设置在所述数控平台上与所述数控平台连接；所述夹具设置在所述容器底部，用以固定被测试样；所述吸收层覆盖在被测试样表面；所述进水管穿设于所述容器，用以通入流动水，在所述吸收层上形成所述约束层；所述出水管设置在所述容器下方，用以排水；所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜依次分布设置在所述激光器和容器之间，用以形成所述激光束的传播光路，将所述激光束反射到被测试样上；所述透镜设置在所述第三反射镜和容器之间，用以调节所述激光束入射到被测试样上的激光光斑大小。

2.根据权利要求1所述的基于激光冲击效应的材料动态硬度测试装置，其特征在于，所述激光器输出的激光束为高功率短脉冲激光束。

3.根据权利要求1所述的基于激光冲击效应的材料动态硬度测试装置，其特征在于，所述吸收层为黑色的聚四氟乙烯绝缘胶带。

4.根据权利要求1所述的基于激光冲击效应的材料动态硬度测试装置，其特征在于，所述约束层为一层流动水膜。

5.一种基于激光冲击效应的材料动态硬度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，开启并预热激光器，测量激光的平均功率并计算激光单脉冲能量E；

步骤二，在被测试样表面覆盖一层吸收层，通过夹具将被测试样固定于特制容器中；

步骤三，操作数控平台，使激光束对准试样待测试的位置；

步骤四，打开进水管，在被测试样表面通入流动水膜，在吸收层上方形成约束层；

步骤五，使激光束入射至被测试样表面，在被测试样表面冲击出一个微小凹坑；

步骤六，测量微小凹坑的体积V，计算激光单脉冲能量E与微坑体积V的比值，得到被测材料的动态硬度H_d，即H_d＝E/V。

6.根据权利要求5所述的基于激光冲击效应的材料动态硬度测试方法，其特征在于，步骤一中采用以下公式计算激光脉冲能量：

E=P‾/f,]]>

其中，f为激光脉冲的重复频率。

7.根据权利要求5所述的基于激光冲击效应的材料动态硬度测试方法，其特征在于，步骤四和步骤五之间还包括：上下移动透镜，调节入射到被测试样上的激光光斑至合适大小。

8.根据权利要求5所述的基于激光冲击效应的材料动态硬度测试方法，其特征在于，步骤一中采用激光功率计测量激光的平均功率步骤七中采用三维光学表面轮廓仪测量微小凹坑的体积V。

9.根据权利要求5所述的基于激光冲击效应的材料动态硬度测试方法，其特征在于，所述激光束为高功率短脉冲激光束。