[發明專利]一種基于激光誘導高溫等離子體技術的深冷激光沖擊強化方法及裝置

有效

• 申請號: 201610817206.2
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN106399663B
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 周建忠;孟憲凱;蘇純;盛杰;徐家樂;黃舒;李京
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C21D6/04;C22F1/00;C22F3/00
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1.一種基于激光誘導高溫等離子體技術的深冷激光沖擊強化方法，其特征在于，利用高功率激光束照射摻雜吸收體粉末的液氮，所述吸收體粉末的平均直徑不超過200μm的黑漆粉末或平均直徑不超過100μm的鋁粉，局部吸收體粉末吸收高功率激光迅速氣化產生高溫等離子體，高溫等離子體迅速膨脹的同時促使周圍液氮急速氣化膨脹，形成高速高壓氣流，等離子體膨脹壓力以及液氮氣化膨脹壓力使汽化腔壓力迅速上升，在低溫環境下沖擊金屬表面實現表面強化。

2.根據權利要求1所述的深冷激光沖擊強化方法，其特征在于，利用高功率激光束多次沖擊金屬表面不同區域，可實現試樣表面的區域強化。

3.根據權利要求1所述的深冷激光沖擊強化方法，其特征在于，所述高功率激光束為脈沖激光束，通過多個激光脈沖實現汽化腔連續蓄壓，即多個激光脈沖誘導的等離子體壓力以及液氮氣化壓力反復疊加，提高試樣表面的沖擊波壓力，提高沖擊強化效果。

4.根據權利要求1所述的深冷激光沖擊強化方法，其特征在于，所述吸收體粉末為平均直徑不超過200μm的黑漆粉末或平均直徑不超過100μm的鋁粉；摻雜吸收體粉末的液氮中粉末與液氮的體積比在0.1～0.3之間。

5.根據權利要求1所述的深冷激光沖擊強化方法，其特征在于，高功率激光束為納秒激光束，脈寬10～100ns，低溫環境保持在-85～-176℃。

6.根據權利要求1所述的深冷激光沖擊強化方法的深冷激光沖擊強化裝置，其特征在于，包括激光沖擊系統、液氮循環系統和控制系統，所述激光沖擊系統包括激光器(1)、全反鏡(2)、深冷沖擊頭(3)、垂直工作臺(7)、水平支架(6)、運動平臺(9)、手動調節旋鈕(10)、工作臺(20)，運動平臺(9)裝在工作臺(20)上，激光器1水平放置，所述全反鏡(2)位于激光器(1)所發射激光的光路上、且與水平面呈45°設置，激光經全反鏡(2)反射后垂直進入深冷沖擊頭(3)，所述深冷沖擊頭(3)通過水平支架(6)固定在垂直工作臺(7)上，所述垂直工作臺(7)在豎直方向上的高度能夠調節；

液氮循環系統包括由液氮輸送管路(22)依次連通的高壓液氮罐(21)、混粉裝置(30)、深冷沖擊頭(3)、深冷槽(14)、氮氣分離裝置(18)、氮氣液化裝置(19)，所述氮氣液化裝置(19)與高壓液氮罐(21)之間也由液氮輸送管路(22) 連通，深冷槽(14)固定于運動平臺(9)上，所述混粉裝置(30)上安裝用于儲存吸收體粉末(24)的V型漏斗(29)，所述V型漏斗(29)的漏斗嘴延伸至混粉裝置(30)內，V型漏斗(29)中間設置有延伸至圓柱狀漏斗嘴內的螺桿(28)，所述螺桿(28)通過位于V型漏斗(29)頂部的伺服電機(27)驅動旋轉；

所述控制系統包括計算機(26)、溫度傳感器(12)、電磁流量閥(16)，溫度傳感器(12)、電磁流量閥(16)均與計算機(26)相連，所述溫度傳感器(12)設置在深冷槽(14)內、且位于待加工試樣(13)表面，用于采集試樣(13)表面的溫度；電磁流量閥(16)設置在深冷槽(14)與氮氣分離裝置(18)之間的液氮輸送管路(22)上，計算機(26)根據設定溫度調節電磁流量閥(16)的流量控制液氮液面高度，進而實現試樣(13)表面溫度的控制；激光器(1)、運動平臺(9)、垂直工作臺(7)、伺服電機(27)均與計算機(26)連接，所述激光器(1)所產生激光的參數、垂直工作臺(7)在豎直方向上的高度、運動平臺(9)的運動軌跡、螺桿(28)螺旋送粉效率均通過計算機(26)控制；所述運動平臺(9)一端還設置手動調節旋鈕(10)，用于手動調節運動平臺的起始位置。

7.根據權利要求6所述的深冷激光沖擊強化裝置，其特征在于，所述混粉裝置(30)內部設有蛇形通道(31)。