[發明專利]一種鋁合金的超低溫激光沖擊強化方法

在審

• 申請號: 201710573070.X
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107267903A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李松夏;喬紅超;趙吉賓;陸瑩;胡太友;喬冬陽
• 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
• 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

技術領域

本發明涉及高性能鋁合金技術領域，具體涉及一種鋁合金超低溫的激光沖擊強化方法，強化后的鋁合金主要適用于航空航天領域，適合做飛機、導彈和空間探測器等的結構材料。

背景技術

鋁合金是工業中應用最廣泛的一類有色金屬結構材料，廣泛用于機械制造、運輸機械、動力機械及航空工業等方面。鋁是面心立方結構，故具有很高的塑性易于加工，可制成各種型材、板材，抗腐蝕性能好。添加一定元素形成的鋁合金在保持純鋁質輕等優點的同時還能具有較高的強度。鋁合金的強度與比重之比——“比強度”勝過很多合金鋼，是理想的結構材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋁合金的超低溫激光沖擊強化方法，該方法能夠提高鋁合金的拉伸性能，且操作簡單，成本低，綠色無污染，強化效果顯著。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種鋁合金的超低溫激光沖擊強化方法，該方法是采用激光沖擊強化技術對鋁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，在鋁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：將覆蓋有吸收層的鋁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：將鋁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，將鋁合金試件放入深冷箱中，在-125～-135℃的超低溫環境下，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；所述超低溫環境的實現過程為：將鋁合金試件放入深冷箱中，通過漏斗向深冷箱中不斷補充液氮，同時保持鋁合金試件底部與液氮接觸，并使其保持在-125～-135℃。

該方法中，在鋁合金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：將試件放入裝有溫度20-24℃、濃度75-95％的乙醇水溶液的超聲清洗機中，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。對鋁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，提高吸收層與鋁合金試件表面的結合力。

該方法中，在對鋁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％的乙醇水溶液的超聲清洗機中，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。

上述步驟(1)中，吸收層以粘貼或涂覆的方式覆蓋于鋁合金試件工作端面上，吸收層的厚度要求均勻，吸收層與試件表面之間無氣泡。

上述步驟(2)中，施加的約束層是光學透光玻璃，要求玻璃能夠透過波長532nm和1064nm的激光束，并要求玻璃與吸收層之間貼合緊密無縫隙。

本發明所述的潔凈間為萬級潔凈間(又稱為無塵室或清凈室)，根據GB/T16292-1996，空氣潔凈度分級標準如表1：

表1 GB/T16292-1996中空氣潔凈度分級標準