[发明专利]激光预热与高频振动耦合非晶合金表面改性装置与方法

说明书

本发明涉及一种激光预热与高频振动耦合非晶合金表面改性装置与方法，属于材料表面改性领域。装置包括基础支撑单元、激光表面预热处理单元、试件定位与测力单元、工具头定位单元、工具头运动生成单元；激光表面预热处理单元、工具头定位单元通过螺钉与基础支撑单元中的龙门架连接；试件定位与测力单元通过螺钉与基础支持单元中的底座连接；工具头运动生成单元通过螺钉安装在工具头定位单元上。改性方法通过激光预热处理与高频振动冲击的耦合作用，实现非晶合金表面性能的调控。优点在于：具有热—力双重作用，可适用不同类型的非晶合金材料，处理过程简单、效率高，可满足不同的表面特性需求。

技术领域

本发明涉及材料表面改性领域，特别涉及一种激光预热与高频振动耦合非晶合金表面改性装置与方法，可实现激光预热与高频振动热—力耦合作用下非晶合金表面力学性能调控，改善其表面特性，增强其作为表面接触材料的应用。

背景技术

非晶合金由于具有优异的力学、物理和化学性能，在精密机械、航空航天、武器装备、手机、电脑、手表等高端/高附加值产品等众多高新高技术领域展现出十分广阔的应用前景。然而，非晶合金在室温下呈现的拉伸脆性却成为了制约其实际应用的关键瓶颈。因此，如何提升非晶合金的室温拉伸塑性己经成为非晶合金研究领域迫切需要解决的问题。

剪切带是承载非晶合金塑性变形的主要载体，通过增加变形过程中剪切带的密度，形成大量的剪切带，使塑性变形分布在多重剪切带中，可有效预防非晶合金沿着单一剪切带发生变形而断裂的情况，进而增强非晶合金的室温塑性。根据这一原理，研究者们通过引入第二相以及表面改性等方法，以期提高非晶合金试样的塑性。例如，2008年，美国加州理工大学Johnson W L教授等（Nature, 2008, 451:1085-1090；Proceedings of theNational Academy of Science, USA, 2008, 105:20136-10140；ScriptaMaterialia,2010, 62: 278-281）通过调整非晶复合材料中的枝晶间距，在Zr基和Ti基的复合非晶合金材料中实现了大于10%的拉伸塑性。尽管这种复合材料具有较大的拉伸塑性，但依然表现出加工软化的特征。研究者通过铜模铸造法在Zr基块体非晶合金试样内加入Ta，发现在准静态压缩过程中材料的塑性和断裂强度随着Ta的加入显著提高（Materials Science andEngineering: A, 2007, 445-446: 697-706）；在Zr基非晶合金中引入石墨，使得该非晶合金复合材料的塑性较非晶基体本身大幅提高，但是石墨的添加使得非晶复合材料的屈服强度、抗压强度和硬度下降（Script Materialia, 2007, 56(12): 1079-1082）。以上可以看出，在非晶合金母相中引入第二相，尽管可一定程度上提升其塑性变形能力，但是该方法也存在着非常明显的缺点：首先，引入第二相形成非晶合金复合材料的制备工艺复杂，其次，由于引入的第二相强度低于非晶合金基体，因而在提高塑性的同时，也使得复合材料的强度等力学性能明显降低。