[發明專利]脆性材料激光沖擊強化實驗裝置

無效

• 申請號: 201210227560.1
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102747215A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 黃晨光;吳先前;王曦;魏延鵬;宋宏偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D1/09;C22F3/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明涉及一種激光沖擊強化實驗裝置。

背景技術

激光沖擊強化（Laser?shock?peening,LSP）是一種近年來迅速發展的主要針對金屬材料的新型有效表面改性的方法。它利用短脈沖高功率密度的激光與金屬材料表面相互作用誘導的高幅值沖擊波，對材料沖擊表面附近區域進行加工硬化，是金屬材料表面發生塑性變形并在沖擊區域附近形成高幅值的殘余壓應力，來提高材料的疲勞壽命、耐磨損和抗腐蝕等機械性能。

LSP處理可以大幅提高金屬材料的機械性能。如果激光誘導的壓力同樣能夠使脆性材料發生塑性變形并在表面產生殘余壓應力，則被處理的材料同樣能夠有效地抑制裂紋的萌生和擴展，提高脆性材料的機械性能。

通常，脆性在LSP誘導的壓力作用下，由于位錯活性比較小，難以發生塑性變形。但是脆性材料的位錯活性是與應力狀態和溫度有關的。隨著應力和溫度的增加，位錯活性會急劇上升。因此脆性材料是否可以采用LSP進行表面強化呢？為了對該問題進行研究，首先需要建立針對脆性材料的LSP實驗裝置和實驗環境。目前還沒有這方面的報道。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種脆性材料激光沖擊強化實驗裝置，能夠針對脆性材料的激光沖擊強化提供實驗環境，為脆性材料的LSP過程提供實驗條件，同時也為不同溫度下材料（包括脆性材料和金屬材料）的LSP機理提供實驗環境。

本發明的一種脆性材料激光沖擊強化實驗裝置包括：箱體，具有預定大????小的容積；

溫度控制單元，用于將所述箱體內的溫度加熱并控制在預定的范圍；

夾持單元，用于夾持待測脆性材料；

墊底層，用于支撐所述待測脆性材料；

吸收層，設置在所述待測脆性材料之上，用于吸收激光能量后發生熔化、氣化以及電離，形成高溫高壓等離子體；

約束層，設置在所述吸收層之上，用于約束住所述等離子體的快速膨脹；

溫度測試單元，用于測量所述待測脆性材料在接受激光沖擊強化過程中的溫度變化；

激光沖擊強化加載單元，用于透過所述約束層對所述吸收層施加預定能量和脈寬的激光；

PDV測量單元，用于測量所述待測脆性材料在受到激光沖擊強化的過程中的動態響應。

優選地，所述墊底層的材料為熔融石英玻璃。

優選地，所述吸收層的材料為銅膜，其面積超過激光作用靶體面積。

優選地，所述約束層的材料為水或者玻璃。

優選地，所述溫度測試單元包括設置在所述約束層表面的第一熱電偶和設置在所述墊底層上的第二熱電偶。

本發明能夠在預定的高溫環境內對脆性材料進行激光沖擊強化的實驗，可以對脆性材料LSP過程中的工藝參數、靶體溫度以及動態力學響應進行測量，為脆性材料LSP機理的研究提供了實驗基礎。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明包括：箱體1、溫度控制單元7、夾持單元2、墊底層4、吸收層5、約束層6、溫度測試單元8、激光沖擊強化加載單元9和PDV測量單元。

箱體1具有預定大小的容積，用于放置待測脆性材料3。

溫度控制單元7用于將箱體1內的溫度加熱并控制在預定的范圍，目的是為了在高溫環境下使脆性材料3產生一定的塑形變形，以便于對脆性材料3施加沖擊強化激光，而不至于將脆性材料3擊碎。

夾持單元2用于夾持待測脆性材料3，墊底層4用于支撐待測脆性材料3，吸收層5設置在待測脆性材料3之上，用于吸收激光能量后發生熔化、氣化以及電離，形成高溫高壓等離子體。約束層6設置在吸收層5之上，用于約束住等離子體的快速膨脹。

溫度測試單元8用于測量待測脆性材料3在接受激光沖擊強化過程中的溫度變化。在本發明實施例中，溫度測試單元8包括設置在約束層6表面的第一熱電偶81和設置在墊底層4上的第二熱電偶82。這樣，就可以測出約束層6表面的溫度T₁和墊底層4的溫度T₂，從而可以通過各層材料的厚度估算出待測脆性材料3的溫度T。

激光沖擊強化加載單元9用于透過約束層6對吸收層5施加預定能量和脈寬的激光；PDV測量單元10用于測量待測脆性材料3在受到激光沖擊強化的過程中的動態響應。

其中，在本發明實施例中，上述墊底層4的材料為熔融石英玻璃，上述吸收層5的材料為銅膜，其面積超過激光作用靶體面積，約束層6的材料為水或者玻璃。