[發明專利]一種高溫激光沖擊強化裝置與方法

在審

• 申請號: 201810579051.2
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN110578047A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 趙吉賓;胡太友;喬紅超;孫博宇;陸瑩;吳嘉俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 21002 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 王倩

本發明涉及一種高溫激光沖擊強化裝置與方法，所述的高溫激光沖擊強化裝置包括激光器、運動平臺、加熱平臺、溫控裝置、保護氣發生裝置、約束層循環裝置和快速夾緊裝置等。溫控裝置采用閉環控制，可以準確控制激光沖擊強化時工件的溫度，并采用保護氣發生裝置使工件在加工過程中周圍始終充滿保護氣，以避免工件在高溫環境下快速氧化。本發明裝置結構簡單、適用范圍廣，便于組裝和操作，成本低廉，實驗溫度可控且伴有氣體防氧化保護，可以實現更優的高溫激光沖擊強化實驗效果。

技術領域

本發明涉及一種激光加工技術領域，具體的說是一種溫度可控且防氧化的高溫激光沖擊強化裝置與方法。

背景技術

激光沖擊強化是誕生于上世紀70年代的一種表面強化技術，它利用激光誘導的等離子體爆轟波對靶材沖擊，屬于表面冷處理工藝的一種。靶材經激光沖擊強化處理后，會在表層產生殘余壓應力場和微結構演變晶粒細化層，可改善材料的抗疲勞性能。但激光沖擊強化形成的微觀組織是一種非平衡結構，處于熱力學上的亞穩定狀態。經過激光沖擊強化后的試件，其產生的殘余壓應力和微觀組織結構在高溫環境下非常容易發生松弛和退化，已經得到強化的材料表面性能將會顯著降低，這嚴重限制了該技術在高溫使役環境中的應用。為了提高激光沖擊強化技術的高溫穩定性，美國普渡大學研究人員在2010年提出了高溫激光沖擊強化的概念。高溫激光沖擊強化需要先將工件加熱到一定溫度，然后再對其進行沖擊強化處理，它結合了激光沖擊強化和動態應變時效的雙重優勢，可以使表面微結構產生應變時效效應，在致密位錯周圍產生高密度的析出物，并對其進行扎釘，從而提高材料的高溫穩定性。高溫激光沖擊強化技術的一個關鍵指標就是工件表面溫度，只有將工件溫度穩定在設定值才能達到預期的效果，因此準確的控制工件溫度是完成實驗室研究和工業應用的前提，此外高溫環境下加工的金屬材料在空氣中很容易發生氧化而影響其性能，所以對工件的防氧化處理也是非常有必要的。

目前常通過熱傳導或感應線圈來對工件進行加熱，通過紅外測溫探頭測定工件溫度，通過計算機系統完成溫度控制。例如專利號為CN104195295A的專利提出了一種熱影響區可控的激光溫噴丸表面強化方法及裝置，裝置通過感應線圈、紅外探頭和計算機系統來完成工件的加熱、測溫和控制。這種方法雖然可以控制金屬材料的表面溫度和熱影響區深度，但對于工件形狀和尺寸的依賴性大，當工件的形狀尺寸發生較大變化后，如由平面變為復雜曲面后，該裝置就不能準確的測量和控制工件表面不同高度位置的溫度。而且該裝置結構相對復雜，成本較高，靈活性較差，這對于裝置的應用推廣是不利的。

本專利將加熱棒嵌入加熱板，通過熱傳導完成工件的加熱，通過溫度傳感器，交流接觸器和數顯控制器來完成加熱過程的閉環控制。裝置結構簡單緊湊，成本低廉，應用范圍廣。

目前金屬在高溫環境下加工時常通過鍍膜或噴涂來防止被氧化，但這些方法并不適用于激光沖擊強化技術，因為：(1)工件在進行激光沖擊強化處理時，需要在表面覆蓋一層用來吸收激光能量的吸收層，而防氧化膜或防氧化涂層的存在會妨礙吸收層的緊密貼合，而影響強化效果；(2)工件在進行激光沖擊強化處理時，還需要覆蓋一層約束等離子體沖擊波的約束層，通常采用水或硅油，約束層的存在可能與防氧化層物質發生作用，使其剝落，而無法起到防氧化效果；(3)激光沖擊強化過程中可以產生GPa乃至TPa量級的等離子沖擊波，在沖擊波的作用下防氧化層很容易被損壞，而無法起到防氧化效果。

通過對國內外文獻進行檢索，目前還沒有發現溫度可控且防氧化的高溫激光沖擊強化裝置與方法，本發明為首次提出該工藝方法及裝置。

發明內容

本發明的目的是針對現有的高溫激光沖擊強化設備結構復雜、成本高，且不具備防氧化功能的問題，發明一種溫度可控且防氧化的高溫激光沖擊強化裝置，同時提供一種相應的方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種高溫激光沖擊強化裝置，包括：激光器、運動平臺、加熱平臺、溫控裝置和保護氣發生裝置；

所述加熱平臺上設有溫控裝置；所述加熱平臺通過保護氣發生裝置與所述運動平臺連接；所述激光器的出光口與加熱平臺相對。