[發明專利]一種具有反高斯分布沖擊波強度的激光表面強化方法

有效

• 申請號: 202011364191.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112501425B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 盧國鑫;季忠;李恒;王欣
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 陳曉敏

本發明公開了一種具有反高斯分布沖擊波強度的激光表面強化方法，包括以下步驟：制備具有反高斯狀態光強分布方式的激光光束；待加工材料表面涂覆吸收層或約束層；采用反高斯狀態光強分布方式的激光光束對待加工材料表面進行激光沖擊加工處理，處理時待加工材料表面單光斑輻照的不同區域獲得不同的激光沖擊壓力。

技術領域

本發明屬于表面沖擊強化技術領域，具體涉及一種具有反高斯分布沖擊波強度的激光表面強化方法。

背景技術

這里的陳述僅提供與本發明相關的背景技術，而不必然地構成現有技術。

當金屬材料表面涂覆特定涂層時，脈沖激光可以在其表面產生超強的瞬時沖擊波。目前已將這種脈沖激光的力效應逐步應用于材料強化和成形領域。激光沖擊表面強化處理主要通過引入材料表面一定深度殘余應力的方式有效提高材料的疲勞等服役性能。然而，“殘余應力洞”現象的出現卻使得近乎完美的激光沖擊加工方法出現了瑕疵。“殘余應力洞”的出現導致激光沖擊波強化后材料表面殘余應力分布的不均勻性，如何最大程度地避免“殘余應力洞”的不利影響并設法抑制應力分布不均的發生成為技術人員需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種具有反高斯分布沖擊波強度的激光表面強化方法，該方法可對待加工材料表面單光斑輻照的不同區域形成不同的激光沖擊壓力，對于削弱“殘余應力洞”的形成趨勢產生積極影響。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

第一方面，本發明的實施例提供了一種具有反高斯分布沖擊波強度的激光表面強化方法，包括以下步驟：

制備具有反高斯狀態光強分布方式的激光光束；

待加工材料表面涂覆吸收層或約束層；

采用反高斯狀態光強分布方式的激光光束對待加工材料表面進行激光沖擊加工處理，處理時待加工材料表面單光斑輻照的不同區域獲得不同的激光沖擊壓力。

作為進一步的技術方案，所述吸收層材料為黑漆或黑膠帶，采用噴涂或粘貼的方式固定于待加工材料表面。

作為進一步的技術方案，所述約束層材料為玻璃或去離子水幕。

作為進一步的技術方案，激光沖擊加工處理時，激光光束搭接率為30％～70％。

第二方面，本發明實施例還提供了一種具有反高斯分布沖擊波強度的激光表面強化方法，包括以下步驟：

制備具有高斯分布狀態厚度的單光斑吸收層/單光斑約束層；

將單光斑吸收層涂覆于待加工材料表面；或者，將均勻厚度吸收層以及單光斑約束層涂覆于待加工材料表面；

采用具有平頂分布光強的激光光束對待加工材料表面進行激光沖擊加工處理，處理時待加工材料表面單光斑輻照的不同區域獲得不同的激光沖擊壓力。

作為進一步的技術方案，單光斑吸收層的制備步驟為：

涂覆均勻厚度的吸收層；

制備反高斯形式的壓印模具；

將壓印模具按壓吸收層，進而得到具有高斯分布狀態厚度的單光斑吸收層。

作為進一步的技術方案，采用單光斑吸收層時，對待加工材料表面至少進行兩次沖擊處理。

作為進一步的技術方案，沖擊處理時，待加工材料表面的單光斑吸收層呈緊挨而不搭接的排布方式；第一次沖擊處理中，利用具有平頂分布光強的激光光束對待加工材料進行沖擊處理；在第二次沖擊處理中，每個單光斑輻照區域的位置在待加工材料表面沿橫向和縱向移動單光斑輻照圓形區域的半徑距離。

作為進一步的技術方案，單光斑約束層的制備過程為：