[發明專利]激光氣體氮化與沖擊復合改性醫用鈦合金的方法及裝置

無效

• 申請號: 201210141063.X
• 申請日: 2012-05-09
• 公開（公告）號: CN102676750A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 周建忠;朱偉;黃舒;樊玉杰;鐘輝;高斌;范金榮
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D1/09
• 分類號: C21D1/09;C23C8/24
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

1.一種激光氣體氮化與沖擊復合改性醫用鈦合金的方法，其特征在于，具體步驟如下：

A．將醫用鈦合金工件表面預處理：打磨并拋光到表面粗糙度低于Ra1.6，用丙酮清洗表面油漬和污垢后裝夾定位；根據加工要求，根據預定加工軌跡編制NC程序，并設定各裝置參數，包括：連續和脈沖激光參數，工作臺運動參數；

B．由工作臺控制器控制工作臺移動，移動工作臺至激光氣體氮化處理區，打開供氣裝置，使其充滿氮氣；設定氣體激光氮化工藝參數，在鈦合金工件表面制備硬質氮化層；?

C．由工作臺控制器控制工作臺移動，調整加工位置進入激光沖擊處理區并定位；計算機控制自動噴漆裝置在氣體氮化處理后的工件表面噴涂20-50μm厚的均勻黑漆層；

D．通過計算機設定激光沖擊工藝參數；通過多軸工作臺帶動工件有序運動，用激光沖擊處理單元對硬質氮化層進行沖擊強化處理；

E．利用測量反饋系統對沖擊強化處理后的氮化層表面進行殘余應力和電化學腐蝕性能測試；控制殘余壓應力值在-180MPa以下，在飽和甘汞電極作為參比時3.5%NaCl電解液中的自腐蝕電位大于-130mV；如果沒有達到要求，則繼續從步驟B開始重復至步驟B，實施沖擊處理直至合格。

2.根據權利要求1所述的激光氣體氮化與沖擊復合改性醫用鈦合金的方法，其特征在于，所述步驟B中氮氣氣體流量20L/min，氣體激光氮化工藝參數：激光功率800-1800W、波長1064nm、掃描速度10-30mm/s。

3.根據權利要求1所述的激光氣體氮化與沖擊復合改性醫用鈦合金的方法，其特征在于，所述步驟D中激光沖擊工藝參數：激光脈沖能量15-35J，波長1064nm、脈沖寬度7-10ns，搭接率50%.

4.實施權利要求1所述的激光氣體氮化與沖擊復合改性醫用鈦合金的方法的裝置，其特征在于，包括計算機監控單元、激光氣體氮化單元、激光沖擊處理單元、數控工作系統和測量反饋系統；激光氣體氮化單元包括連續激光器（4）、光纖準直器（6）、光纖（7）、激光束調節器（9）、氣罩（11）和氮氣罐（16）；激光沖擊處理單元包括納秒脈沖激光器（5）、光纖準直器（6）、光纖（8）、激光束調節器（9）、水簾噴射裝置（19）和廢水回收槽（20）；測量反饋系統由殘余應力檢測儀（22）和快速腐蝕測試儀（23）組成，計算機監控單元包括計算機（1）、脈沖激光控制器（2）、連續激光控制器（3）、和工作臺控制器（24）；納秒脈沖激光器（5）和連續激光器（4）分別通過脈沖激光控制器（2）和連續激光控制器（3）連接到計算機（1）上，測量反饋系統的殘余應力檢測儀（22）和快速腐蝕測試儀（23）與計算機（1）直接相連；連續激光器（4）固定于振動隔離平臺上；光纖（7）的一端通過光纖準直器（6）與連續激光器（4）的出光口相連，光纖（7）的另一端則與激光束調節器（9）連接，激光束調節器（9）調節激光束光斑大小以滿足實際加工需要；安裝試樣的夾具（12）用螺栓固定在五軸工作臺（13）上，在夾具（12）外圍罩有密封用氣罩（11），氣罩（11）用螺栓連接固定在五軸工作臺（13）上；氣罩（11）前端面開設有能透過激光束的透明石英玻璃窗口，并與激光束調節器（9）的出光口前端相對；氣罩（11）上部設有有氣動接頭，氣動接頭通過輸氣管（15）與氮氣罐（16）相連，在輸氣管（15）上設有氣動閥和氣體流量計（14）；納秒脈沖激光器（5）固定在振動隔離平臺上，光纖（8）的一端通過光纖準直器（6）與納秒脈沖激光器（5）的出光口相連，光纖（8）的另一端則與激光束調節器（9）連接；水簾噴射裝置（19）固定在五軸工作臺（13）上，隨五軸工作臺（13）一起移動以保證水簾的穩定性；水簾噴射裝置（19）的出水口位于加工件前上方，廢水回收槽（20）放置于加工試樣的下方回收加工廢水。