[發明專利]一種鋁合金表面強韌性的調控方法

有效

• 申請號: 201911403963.5
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111088469B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 孟憲凱;汪卉;周建忠;黃舒;李禮;趙曜民
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22F3/00
• 分類號: C22F3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種鋁合金表面強韌性的調控方法，利用多次、大能量激光噴丸對鋁合金進行激光噴丸處理，使鋁合金發生塑性變形，在鋁合金表面誘導高密度位錯，使材料表面產生高于再結晶臨界形變儲能的塑性變形；再使用加熱爐將鋁合金表面加熱至靜態再結晶溫度，并保溫，使原始晶粒在形變儲能驅動作用下再結晶細化為細小晶體，并空冷至室溫；空冷至室溫后，使用多次、小能量激光噴丸對鋁合金噴丸處理，在鋁合金再結晶晶粒中誘導產生位錯，獲得位錯與細晶共存的表面組織。本發明利用“大能量激光噴丸?高溫保持?小能量激光噴丸”工藝制備位錯與細晶組織共存的微觀結構，進而大幅增加鋁合金表面強韌性。

技術領域

本發明屬于激光噴丸強化領域，特指一種鋁合金表面強韌性的調控方法。

背景技術

激光噴丸強化是一種有效的金屬/合金表面強化方法，利用極高的沖擊波壓力(GPa級)誘發材料表面塑性變形，在材料表面產生高密度位錯等晶格缺陷，顯著提高材料的強度與硬度。但是，由于高密度位錯對后續位錯滑移的阻礙作用，激光噴丸強化普遍會降低材料的塑性與韌性，這將導致激光噴丸強化表面二次加工困難、延伸率下降、脆性裂紋萌生等一系列問題。如何調控激光噴丸強化表面的強度與韌性、實現激光噴丸強化表面強韌性的提高，是目前急需解決的關鍵技術問題。

如申請號為201410177914.5的中國授權專利提出一種能顯著提高航空鋁合金材料抗振性能的方法及裝置，首先通過激光溫噴丸基于動態應變時效在材料表面得到高密度的位錯及位錯纏結，同時產生明顯的晶粒細化組織；噴丸完成后，迅速將工件至于5～8℃的水溶液中急劇冷卻，降低位錯湮滅以及晶粒長大過程，最終在室溫下得到位錯與細晶共存的微觀組織。該專利可以增加鋁合金的強度和韌性，但是存在以下缺點：(1)該方法是在高溫的同時開展激光噴丸實驗，傳統約束層和吸收層不適用；(2)該方法中的高溫保持時間與噴丸時間有關，因此難以控制加熱時間，不利于控制晶粒細化程度；(3)該方法采用的溫度為動態應變時效溫度，不滿足靜態再結晶溫度條件，因此晶粒細化程度較小。

與本專利最為接近的是標題為《退火處理對激光沖擊AZ31鎂合金力學性能的影響》(楊根妹,張凌峰,何換菊.中國激光,2015,42(2)：0206002-1.)的文獻，利用激光噴丸與退火處理提高了鎂合金的拉伸強度與延伸率，但該技術存在以下缺點：退火處理后材料內的位錯密度大幅降低，雖然韌性顯著增加，但材料的強度相比退火前大幅降低。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種鋁合金表面強韌性的調控方法，利用“大能量激光噴丸-高溫保持-小能量激光噴丸”制備位錯與細晶共存的表面組織，可以克服現有技術的不足，通過控制位錯與細晶的體積分數大幅改善鋁合金表面的強度與韌性。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種鋁合金表面強韌性的調控方法，通過控制細晶的體積分數與位錯調控鋁合金表面的韌性與強度，包括以下步驟：

(1)利用多次、大能量激光噴丸對鋁合金進行激光噴丸處理，使鋁合金發生塑性變形，在鋁合金表面誘導高密度位錯，使材料表面產生高于再結晶臨界形變儲能的塑性變形；

(2)使用加熱爐將鋁合金表面加熱至靜態再結晶溫度，并保溫，使原始晶粒在形變儲能驅動作用下再結晶細化為細小晶體，并空冷至室溫；

(3)空冷至室溫后，使用多次、小能量激光噴丸對鋁合金噴丸處理，在鋁合金再結晶晶粒中誘導產生位錯，獲得位錯與細晶共存的表面組織。

進一步地，步驟(1)中激光噴丸強化塑性變形時的參數如下：激光能量范圍為5～20焦耳，激光脈寬范圍為8～20納秒，噴丸次數為3～10次。

進一步地，步驟(3)中激光噴丸處理在鋁合金再結晶晶粒中產生位錯時的參數如下：激光能量范圍為3～5焦耳，激光脈寬范圍為8～20納秒，噴丸次數為1～3次。