[發明專利]一種鎳基高溫合金的激光沖擊強化方法

有效

• 申請號: 201710204760.8
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN108660400B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 李松夏;喬紅超;趙吉賓;陸瑩;胡太友
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: C22F3/00
• 分類號: C22F3/00;C21D10/00;C21D1/68
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

本發明公開了一種鎳基高溫合金的激光沖擊強化方法，屬于高溫合金技術領域。該方法在合金試件表面覆蓋吸收層后，再在吸收層上施加約束層約束激光沖擊波增加沖擊力；然后以脈寬為3?40ns、波長為532nm或1064nm、激光能量為0.5?20J、重復頻率為0.1?10Hz、光束直徑為0.5?10mm的激光束進行預沖擊處理，接著將高溫加熱板加熱并保持在200℃，以激光束進行沖擊處理；本發明方法處理的鎳基高溫合金試件表面顯微硬度可提高20％以上，使用壽命提高30％以上，且工藝簡單，延壽效果顯著、效率高、成本低、無污染。

技術領域

本發明涉及高溫合金技術領域，具體涉及一種鎳基高溫合金的激光沖擊強化方法，強化后的高溫合金適用于航空工業用的高溫合金材料、航空發動機葉片/渦輪盤或艦船燃氣輪機等領域。

背景技術

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作的一類金屬材料。高溫合金具有較高的高溫強度、高的抗蠕變變形和抗蠕變斷裂的能力，同時還應具備良好的抗氧化、抗熱腐蝕和抗熱沖擊的能力，良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性等綜合性能。高溫合金是現代航空燃氣渦輪、艦船燃氣輪機、地面渦輪和火箭發動機的重要金屬材料。但是由于高溫合金使用在高壓、高溫環境下，高溫合金零件壽命受到很大影響，在實際使用中容易造成不可估量的損失，導致使用成本較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種鎳基高溫合金的激光沖擊強化方法，該方法能夠延長高溫合金零件的使用壽命，且操作簡單，成本低，綠色無污染，延壽效果顯著。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種鎳基高溫合金的激光沖擊強化方法，該方法是采用激光沖擊強化技術對鎳基高溫合金試件進行強化處理，該方法具體包括如下步驟：

(1)試件表面覆蓋吸收層：在潔凈間中，在鎳基高溫合金試件的工作端面上覆蓋厚度為80-150μm的吸收層；所述吸收層為黑漆、鋁箔或黑膠帶；

(2)施加約束層：將覆蓋有吸收層的高溫合金試件安裝在工作臺上，在吸收層上施加一層厚度為1-3mm的約束層；所述約束層為光學透光玻璃；

(3)激光預沖擊處理：將高溫合金試件工作端面朝向激光束，以脈寬為3-40ns、波長為532nm或1064nm、激光能量為0.5-10J、重復頻率為0.1-10Hz、光束直徑為0.5-10mm的激光束進行預沖擊處理；預沖擊處理中，搭接率為0-50％，沖擊1-2遍；

(4)激光沖擊處理：預沖擊處理后，將試件下的加熱板加熱至200℃，然后在加熱板在200℃的條件下，以脈寬為3-40ns、波長為532nm或1064nm、激光能量為1-20J、重復頻率為0.1-10Hz、光束直徑為0.5-10mm的激光束進行沖擊處理；沖擊處理中，搭接率為0-50％，沖擊2-6遍。

該方法中，在試件表面覆蓋吸收層之前，對試件工作端面進行預處理，預處理過程為：將試件放入裝有20-24℃去離子水的超聲清洗機中，在超聲頻率為38-47kHz條件下清洗8-10min；再用0.4-0.8MPa的干燥氮氣吹干，然后放入干燥箱中，在100℃干燥10min。對高溫合金試件工作端面預處理中清洗的目的是為保證工件上沒有殘留有機物質和前期高溫合金試件切削留下的切屑；干燥的目的是為后續吸收層的粘貼或涂覆做準備，提高吸收層與高溫合金試件表面的結合力。

該方法中，在對鎳基高溫合金試樣進行激光沖擊處理后，對試樣表面進行清洗，清洗過程為：首先去除試件工作端面涂覆的吸收層，然后將試件放入裝有溫度20-24℃、濃度75-95％的酒精的超聲清洗機中，在超聲頻率為38-47kHz條件下清洗10-15min，再用去離子水沖洗1-2min后，用干燥的氮氣吹干。

該方法中，步驟(2)進行預沖擊處理時使用的激光能量為步驟(3)進行沖擊處理時使用的激光能量的二分之一。