[發明專利]基于激光噴丸輔助的鈦合金表面低溫滲硼方法及裝置

有效

• 申請號: 201210282044.9
• 申請日: 2012-08-09
• 公開（公告）號: CN102776521A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 周建忠;楊晶;黃舒;陳寒松;王宏宇;孟憲凱;謝小江;左立黨;季杏露;安中偉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C23F17/00
• 分類號: C23F17/00;C22F1/18;C23C8/68
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

1.一種基于激光噴丸輔助的鈦合金表面低溫滲硼方法，其特征是它包括以下步驟：

首先，對鈦合金在高溫下進行激光噴丸預處理，使其表面晶粒細化且形成大量的致密位錯；所述的高溫下進行激光噴丸預處理時應首先清潔鈦合金表面，并使用鋁箔作為吸收層、耐高壓玻璃作為約束層；然后，采用釹玻璃調Q激光器，設置脈沖寬度為20~30ns、波長為1064nm、脈沖能量為8~13J、光斑半徑為3~5mm對鈦合金表面進行激光噴丸預處理，控制噴丸預處理工作溫度為160°C~240℃；

其次，將由85%~95%BC₄粉末與5%~15%氧化鈰粉末混合的滲硼劑置于經激光噴丸預處理后的鈦合金表面，在800°C~900℃進行3~5小時滲硼處理；

最后，將滲硼后的鈦合金冷卻至-150°C~-190°C，然后再進行低溫激光噴丸強化即可。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的作為吸收層的鋁箔的厚度25~40微米。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的低溫激光噴丸強化包括先在經過高溫滲硼處理后的鈦合金表貼上鋁箔，并用耐高壓玻璃作為約束層，一起置于液氮存儲槽中，降溫至-150°C~-190°C后，采用釹玻璃調Q激光器，控制激光脈沖寬度20~30ns、波長是1064nm、脈沖能量為8~13J、光斑半徑為3~5mm進行激光噴丸強化。

4.一種基于激光沖擊輔助的鈦合金表面低溫滲硼裝置，其特征是包括：

一激光噴丸系統，該激光噴丸系統主要由激光器（1）和反射鏡（3）組成，它主要為高溫激光噴丸和低溫激光噴丸提供保障；

一高溫激光噴丸系統，該高溫激光噴丸系統主要由三維移動控制臺（13）、加熱平臺（8）、加熱系統（11）和計算機控制器（10）組成，所述的三維移動控制臺A（13）在工作臺控制器（20）的控制下由電動機（19）帶動移動定位于前述反射鏡（3）的下方，工作臺A（9）安裝在三維移動控制臺A（13）上，受控于工作臺控制器（20），使得工作臺A（13）能在小范圍內運動，加熱平臺（8）安裝在工作臺A（9）上并受控于加熱系統（11），加熱系統受控于計算機控制器（10），鈦合金基體（6）安裝在加熱平臺（8）上，鋁箔吸收層（5）置于鈦合金基體（6）的表面，耐高壓玻璃（4）覆于鋁箔吸收層（5）之上；

一高溫滲硼裝置，它用于使經激光噴丸預處理后的鈦合金在800°C~900℃進行滲硼處理；

一低溫激光噴丸系統，該低溫激光噴丸系統包括三維移動控制臺B（21）、工作臺B（22）、液氮存儲槽（18）和液氮罐（17）組成，三維移動控制臺B（21）工作時，由前述的工作臺控制器（20）控制，在電動機（19）的驅動下移動至前述三維移動控制臺A（13）的位置處即反射鏡（3）的下方，工作臺B（22）安裝在三維移動控制臺B上，受控于工作臺控制器（20），使工作臺B（22）能在小范圍內運動，液氮存儲槽（18）安裝在工作臺B（22）上，液氮存儲槽（18）和液氮罐（17）通過液氮導流管（14）相連，流量控制閥（15）安置在液氮導流管（14）上并靠近液氮罐（17）一端，通過調節增壓閥（16）和流量控制閥（15）使得液氮通過液氮導流管（14）輸送到液氮存儲槽（18）里，由經過高溫滲硼的鈦合金及覆蓋在鈦合金表面的鋁箔吸收層、耐高壓玻璃組成的待低溫強化組合體安裝在液氮存儲槽（18）中。

5.根據權利要求4所述的裝置，其特征是所述的加熱平臺上安裝有測量加熱溫度的溫度傳感器（7）。

6.根據權利要求4所述的裝置，其特征是所述的電動機（19）連接有電動機控制器（12）。