[發明專利]基于超快超高壓光力學效應的納米涂層制備方法和裝置

無效

• 申請號: 201010107726.7
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN101787528A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 崔承云;張永康;崔熙貴;張朝陽;魯金忠;錢曉明;管海兵
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及材料表面技術領域，特指基于超快超高壓光力學效應的納米涂層制備方法和裝置，其主要是利用激光誘導的力學效應改變材料表面組織和成分以增強金屬材料表面性能。?

背景技術

由于納米涂層具有良好的耐磨耐蝕性能、隔熱性能、抗熱振性能以及優異的力學性能，引起了國內外眾多研究者的重視，已開始研究制備納米涂層的方法。高溫制備納米涂層的方法主要有熱噴涂、激光熔覆納米顆粒等，但這些方法在高溫作用下容易使納米粉末發生氧化、相變、晶粒長大等不利于納米涂層制備的現象，而且由于納米涂層材料與基體的熱膨脹失配，容易在界面產生熱應力；與熱噴涂技術相比，低溫冷噴涂制備納米涂層可以避免噴涂粉末的氧化、相變、晶粒長大等現象，但是只能噴涂金屬等塑性粉末，陶瓷或者類似陶瓷的硬質材料無法制備厚涂層，而且并非任何基體均可制備涂層。此外，熱噴涂和冷噴涂方法還需要將納米粉經過造粒制成微米粉后才能施噴，不僅過程繁瑣，而且影響了納米涂層的性能。其他納米涂層的制備方法還有溶膠-凝膠、電化學沉積等，這些方法制備的納米涂層與基體結合強度不高，對環境也有一定的污染。因此，發展一種高性能納米涂層的低溫綠色制備技術是目前亟待解決的問題。?

專利申請號為200410009189.7的中國專利“一種加速制備合金涂層的方法”是將裝有介質球、復合粉劑和待處理零件的封閉容器置于加熱爐內，在加熱的同時借助機械振動裝置的振動帶動介質球產生往復運動，撞擊封閉容器內的復合粉劑和試樣，通過熱能和機械撞擊的結合，使擴散、反應、燒結等多個物理化學過程同時進行而形成含有納米氧化物的涂層。該方法由于受到容器大小的限制難以處理大尺寸的零件，而且需要加熱與氣體保護，耗能耗氣。另外，日本學者Sergey?Komarov申請的專利JP2006-017502是通過振動發聲器使容器內的彈丸以高速撞擊帶有預置涂層粉末的材料表面，借助彈丸的機械力將納米粉末壓入材料表層，來提高材料的表面性能。但該方法沖擊力較小，應變率較低，大約10³-10⁴s^-1，使涂層界面結合相對較弱，不宜制備較厚涂層，效率也較低，而且難以處理形狀復雜的零部件。?

針對以上問題，本發明提出基于超快超高壓光力學效應的納米涂層制備方法和裝置，主要是利用激光誘導等離子體沖擊波產生的強力學效應，以超高的應變率(10⁶-10⁷s^-1)作用在材料表面，使表面預涂的納米粉末嵌入到基體表層或冷焊到其表面，形成納米顆粒增強層或包覆?層。此外，高幅激波能夠引起基體材料表層結構與應力的變化，起到納米強化與形變強化的雙重作用。本發明不僅顯著提高了納米涂層的界面結合強度和力學性能，而且拓寬了激光沖擊的應用范圍。此工藝過程簡單，無污染，易于實現自動化，適于大規模批量化生產。因此，通過本發明可以在金屬基體表面制備出高性能的納米涂層，滿足實際應用的需求。?

發明內容

本發明的目的是為克服現有材料表面改性方法中存在的問題，提供一種基于超快超高壓光力學效應的納米涂層制備方法和裝置，借助激光誘導力學效應將預涂在金屬基體表面的納米金屬粉、納米非金屬粉或其復合的納米粉嵌入到金屬基體表層或冷焊到其表面，在金屬基體表面形成一層致密的納米顆粒增強層或包覆層，同時基體表面也受到激光沖擊強化的作用。?

其步驟為：?

1)選取用于表面處理的納米粉；?

2)選取待處理的金屬基體，并對金屬基體進行前處理，包括打磨，拋光，然后用酒精在超聲波中清洗干凈；?

3)將步驟1)選取的納米粉配制成酒精懸濁液涂在步驟2)處理好的金屬基體上，靜置晾干；?

4)用黑漆將步驟3)準備好的涂有納米粉的金屬基體表面整個包裹起來，同時黑漆作為吸收層；?

5)利用激光光束優化系統進行激光束的優化選擇，使得輸出激光束在空間上均勻分布，經過45°全反鏡導光，然后通過激光聚焦系統將激光束聚焦；?

6)將步驟4)處理后的用黑漆包裹的表面涂有納米粉的金屬基體固定在工作臺上，選擇合適的激光沖擊參數和工作臺移動速度，用納秒激光器進行激光沖擊處理，利用激光沖擊波力效應在金屬基體表面制備納米涂層。?