[发明专利]一种镍基高温合金的激光冲击强化方法

说明书

本发明公开了一种镍基高温合金的激光冲击强化方法，属于高温合金技术领域。该方法在合金试件表面覆盖吸收层后，再在吸收层上施加约束层约束激光冲击波增加冲击力；然后以脉宽为3‑40ns、波长为532nm或1064nm、激光能量为0.5‑20J、重复频率为0.1‑10Hz、光束直径为0.5‑10mm的激光束进行预冲击处理，接着将高温加热板加热并保持在200℃，以激光束进行冲击处理；本发明方法处理的镍基高温合金试件表面显微硬度可提高20％以上，使用寿命提高30％以上，且工艺简单，延寿效果显著、效率高、成本低、无污染。

技术领域

本发明涉及高温合金技术领域，具体涉及一种镍基高温合金的激光冲击强化方法，强化后的高温合金适用于航空工业用的高温合金材料、航空发动机叶片/涡轮盘或舰船燃气轮机等领域。

背景技术

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。高温合金具有较高的高温强度、高的抗蠕变变形和抗蠕变断裂的能力，同时还应具备良好的抗氧化、抗热腐蚀和抗热冲击的能力，良好的疲劳性能、断裂韧性、塑性等综合性能。高温合金是现代航空燃气涡轮、舰船燃气轮机、地面涡轮和火箭发动机的重要金属材料。但是由于高温合金使用在高压、高温环境下，高温合金零件寿命受到很大影响，在实际使用中容易造成不可估量的损失，导致使用成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种镍基高温合金的激光冲击强化方法，该方法能够延长高温合金零件的使用寿命，且操作简单，成本低，绿色无污染，延寿效果显著。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种镍基高温合金的激光冲击强化方法，该方法是采用激光冲击强化技术对镍基高温合金试件进行强化处理，该方法具体包括如下步骤：

(1)试件表面覆盖吸收层：在洁净间中，在镍基高温合金试件的工作端面上覆盖厚度为80-150μm的吸收层；所述吸收层为黑漆、铝箔或黑胶带；

(2)施加约束层：将覆盖有吸收层的高温合金试件安装在工作台上，在吸收层上施加一层厚度为1-3mm的约束层；所述约束层为光学透光玻璃；

(3)激光预冲击处理：将高温合金试件工作端面朝向激光束，以脉宽为3-40ns、波长为532nm或1064nm、激光能量为0.5-10J、重复频率为0.1-10Hz、光束直径为0.5-10mm的激光束进行预冲击处理；预冲击处理中，搭接率为0-50％，冲击1-2遍；

(4)激光冲击处理：预冲击处理后，将试件下的加热板加热至200℃，然后在加热板在200℃的条件下，以脉宽为3-40ns、波长为532nm或1064nm、激光能量为1-20J、重复频率为0.1-10Hz、光束直径为0.5-10mm的激光束进行冲击处理；冲击处理中，搭接率为0-50％，冲击2-6遍。

该方法中，在试件表面覆盖吸收层之前，对试件工作端面进行预处理，预处理过程为：将试件放入装有20-24℃去离子水的超声清洗机中，在超声频率为38-47kHz条件下清洗8-10min；再用0.4-0.8MPa的干燥氮气吹干，然后放入干燥箱中，在100℃干燥10min。对高温合金试件工作端面预处理中清洗的目的是为保证工件上没有残留有机物质和前期高温合金试件切削留下的切屑；干燥的目的是为后续吸收层的粘贴或涂覆做准备，提高吸收层与高温合金试件表面的结合力。

该方法中，在对镍基高温合金试样进行激光冲击处理后，对试样表面进行清洗，清洗过程为：首先去除试件工作端面涂覆的吸收层，然后将试件放入装有温度20-24℃、浓度75-95％的酒精的超声清洗机中，在超声频率为38-47kHz条件下清洗10-15min，再用去离子水冲洗1-2min后，用干燥的氮气吹干。

该方法中，步骤(2)进行预冲击处理时使用的激光能量为步骤(3)进行冲击处理时使用的激光能量的二分之一。