[发明专利]一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备

说明书

本发明涉及一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备，方法步骤如下：步骤一、将铝合金工件表面清洗、打磨和抛光后置于工作台上；步骤二、将铝合金工件预热并保持环境温度；步骤三、激光束对工件进行扫描；步骤四、将铝合金工件在液氮内浸没；步骤五、从液氮内取出，将铝合金工件预热并保持环境温度，进行步骤三的处理；步骤六、重复步骤四和步骤五3‑5次后，将铝合金工件室温放置冷却后清洗干净。设备包括底座、支撑架、激光器、工作箱、工作台和液氮存储罐。通过本专利方法及设备得到的铝合金表面硬度高。

技术领域

本发明属于铝合金激光处理领域，涉及一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备。

背景技术

深冷处理在一百多年前就应用于钟表制造中了，一百多年前瑞士人就采用了低温来提高钟表零件的硬度。美国人在70多年前也开始进行了深冷处理的研究，并研究了这种工艺方法对材料性能的影响。至今深冷处理在金属材料热处理方面的广泛应用已有50多年。目前深冷处理在国外已广泛应用并实现了工业化生产，但大部分的研究方向为工具钢。深冷处理作为一种对材料内部进行改性的冷处理工艺，成为目前金属材料的研究热点。近几年，循环深冷处理作为新型热处理工艺被广泛使用。循环深冷处理是使材料多次加热和冷却引起的点阵收缩和膨胀，各相的晶粒发生少许位移，第二相质点处于更加稳定的状态，从而提高材料的力学性能。但由于循环温度梯度的存在，使得加热不均匀，使用常规加热方式处理时间长，处理成本大大提高。而激光功率密度高，即热速度快，缩短处理时间，节省成本，并能够获得更好硬度。然而并没有成熟的铝合金激光循环深冷处理工艺。

发明内容

发明目的

为解决现有技术缺乏铝合金深冷处理工艺的问题，本发明提供一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法及设备。旨在代替循环深冷处理中的时效加热过程，通过激光的短时加热提高铝合金的硬度。

技术方案

一种铝合金激光循环深冷处理的强化方法，包括步骤如下：

步骤一、将铝合金工件表面清洗干净，对铝合金工件表面进行打磨和抛光后置于工作台上；

步骤二、将铝合金工件预热到60-80℃，并保持环境温度在60-80℃；

步骤三、激光束对工件进行扫描，使工件表面达到循环深冷中的时效温度，时效温度为120-160℃；激光束扫描速度为2-5毫米/秒，离焦量为30-65mm，激光功率为600-2000W；

步骤四、将铝合金工件在液氮内浸没，进行液氮深冷处理，浸没的时间为30s-45s；

步骤五、深冷处理结束后的铝合金工件从液氮内取出，将铝合金工件预热到90-100℃，并保持环境温度在90-100℃，进行步骤三的处理；

步骤六、重复步骤四和步骤五3-5次后，将铝合金工件室温放置冷却后清洗干净，铝合金工件即处理完毕。

进一步的，所述步骤一中，使用砂纸进行打磨，砂纸为240~2000目，抛光使用的是抛光膏，抛光膏为1000-8000目。

进一步的，所述步骤一中，工件抛光之后需进行一次超声波清洗，超声波清洗使用的溶液为95%无水乙醇，接下来用能够擦拭掉的黑色记号笔将工件需要激光照射的表面涂黑。

进一步的，所述铝合金工件的厚度为0.5mm-28mm，液氮的温度为-196℃。

进一步的，所述铝合金工件为7系列铝合金，其合金质量成分为：硅0.2-0.4%、铁0.1-0.5%、铜1.2-2.0%、锰0.2-0.3%、镁2.5-3.5%、铬0.18-0.25%、锌5.8-7.5%、钛0.16-0.20%、余量为铝。