[发明专利]一种激光冲击压印复合强化方法

说明书

本发明涉及激光材料改性的技术领域，具体涉及一种激光冲击压印复合强化方法，包括以下步骤：(1)在待处理金属工件表面铺设金属网；(2)在金属网表面放置激光烧蚀保护层并于所述保护层的表面涂覆吸收层；(3)在吸收层表面设置透明约束层进行基于脉冲激光烧蚀的冲击压印复合强化；(4)调整金属网与受一次选择区域强化的工件之间的相对位置，产生一定平面相对位移或一定夹角，进行第二次或者多次激光冲击压印复合强化。通过采用本发明的激光冲击压印复合强化方法，可通过三维梯度微结构效应同时增加金属或金属复合材料的强度和延展性，并能增强材料疲劳性能和断裂韧性。

技术领域

本发明涉及激光材料改性的技术领域，具体涉及一种激光冲击压印复合强化方法。

背景技术

强度和韧性是金属或金属复合材料应用中至关重要的两个性能，然而强度高的材料往往延展性差，而韧性好的材料往往强度低，很难同时取得高强度和高韧性。

现有的针对工件的强化方法比如表面机械摩擦处理和表面机械研磨处理等能够显著提高工件强度，但是，这些方法通常在提高强度的同时造成了材料延展性的显著降低，不利于材料的工程应用。通过检索发现，专利申请号US20130180969A1的现有美国专利《Laser shock peening apparatuses and methods》提出采用提高材料温度或降低材料温度或添加与能量场作用的活性材料来增强激光冲击强化效果。它的缺点在于，对材料表面整体处理在提高强度的同时造成了材料延展性的显著降低，也就是处理后的材料表面易产生脆性裂纹，不利于工件的工程应用。专利申请号201010278889.1的现有中国专利《一种用于硬脆材料激光喷丸强化的装置及方法》提出采用高功率连续激光辅助脆硬材料激光喷丸强化的方法。该方法虽然能处理脆硬材料，但是处理后材料表面硬度进一步提高，延展性进一步下降，容易造成承载构件的突发断裂及失效。因此，现有专利提出的装置及方法在同时提高材料硬度和延展性的应用中存在较大缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光冲击压印复合强化方法，可通过三维梯度微结构效应同时增加金属或金属复合材料的强度和延展性，并能增强材料疲劳性能和断裂韧性。

本发明实现目的所采用的方案是：一种激光冲击压印复合强化方法，包括以下步骤：

(1)在待处理金属工件表面铺设金属网；

(2)在金属网表面放置激光烧蚀保护层并于所述保护层的表面涂覆吸收层；

(3)在吸收层表面设置透明约束层进行基于脉冲激光烧蚀的冲击压印复合强化；

(4)调整金属网与受一次选择区域强化的工件之间的相对位置，产生一定平面相对位移或一定夹角，进行第二次或者多次激光冲击压印复合强化。

优选地，所述步骤(1)中，金属网为不锈钢网，孔洞直径为50-1000μm。

优选地，所述步骤(2)中，吸收层的厚度为100-200nm。

优选地，所述步骤(2)中，吸收层为石墨层或油漆层。

优选地，所述步骤(3)中，透明约束层为透明固体或者透明液体.

优选地，透明固体为BK-7玻璃或石英玻璃，透明液体为水或者硅油。

优选地，所述步骤(4)中，金属网与受一次选择区域强化的工件之间的夹角为0-45°之间；金属网与受一次选择区域强化的工件之间的位移为1-3mm。

优选地，所述步骤(3)和步骤(4)中，采用纳秒激光器进行激光冲击强化处理，光斑直径为10-50μm，激光脉冲宽度小于1微秒。