[發明專利]一種納秒-飛秒激光復合沖擊強化系統及方法

有效

• 申請號: 202110134866.1
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112941300B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 孫汝劍;閆劍鋒;賀廣智;曹子文;車志剛;鄒世坤;吳俊峰
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種納秒?飛秒激光復合沖擊強化系統，包括納秒激光器、納秒激光矯正透鏡組、納秒激光電動快門開關、納秒激光反射鏡、反射鏡、物鏡、水約束層系統、三維移動平臺、飛秒激光器、飛秒激光矯正透鏡組、飛秒激光電動快門開關、飛秒激光反射鏡和控制系統；控制系統用于控制納秒激光器、納秒激光電動快門開關、三維移動平臺、飛秒激光器及飛秒激光電動快門開關，水約束層系統固定放置于三維移動平臺上且用于放置零件。本發明還涉及一種納秒?飛秒激光復合沖擊強化方法。該納秒?飛秒激光復合沖擊強化系統及方法的目的是解決激光沖擊強化零件的最終表面質量較差的問題。

技術領域

本發明涉及激光應用技術領域，具體涉及一種納秒-飛秒激光復合沖擊強化系統及方法。

背景技術

激光沖擊強化作為一種新型表面改性技術，在航空重大裝備關重結構部件上有著廣泛的應用。該技術基本原理是：利用短脈沖、高峰值功率密度的激光轟擊材料表面形成高溫、高壓等離子體，進而在其誘導產生GPa級瞬時高壓沖擊波的力學效應下，材料表層發生塑性變形，引起晶格畸變、位錯、晶粒細化等微觀結構變化和宏觀殘余壓應力，實現零件表面強化，大幅提高金屬材料的耐磨損、抗腐蝕和抗疲勞等性能。

激光沖擊強化工藝應用通常自上而下采用約束層、吸收層、零件的物理結構，吸收層一方面起到了吸收激光能量作用，另一方面保護了強化過程中零件不被灼傷。但完好吸收層沖擊后工件表面塑性變形會產生凹凸不平，影響其表面完整性；而吸收層的破損則會在試樣表面產生燒蝕，導致表面局部氧化。在其隨后的服役過程中，表面的微觀局部凹凸不平可能產生應力集中，表面燒蝕氧化則可能產生微裂紋，最終均會對零件的疲勞壽命以及服役性能產生不利影響。

因此，發明人提供了一種納秒-飛秒激光復合沖擊強化系統及方法。

發明內容

(1)要解決的技術問題

本發明實施例提供了一種納秒-飛秒激光復合沖擊強化系統及方法，通過采用納秒激光在覆蓋有約束層和吸收層的材料表面誘導高壓沖擊波，使材料內部形成大深度殘余應力層，晶粒細化和塑性變形，然后使用飛秒激光直接輻射該表面，利用其超快去除效應，整平納秒沖擊后的表面并實現表面燒蝕的去除，解決了激光沖擊強化零件的最終表面質量較差的技術問題。

(2)技術方案

本發明的實施例的第一方面提供了一種納秒-飛秒激光復合沖擊強化系統，包括納秒激光器、納秒激光矯正透鏡組、納秒激光電動快門開關、納秒激光反射鏡、反射鏡、物鏡、水約束層系統、三維移動平臺、飛秒激光器、飛秒激光矯正透鏡組、飛秒激光電動快門開關、飛秒激光反射鏡和控制系統；

所述控制系統用于控制所述納秒激光器、所述納秒激光電動快門開關、所述三維移動平臺、所述飛秒激光器及所述飛秒激光電動快門開關，所述水約束層系統固定放置于所述三維移動平臺上且用于放置零件；其中，

所述納秒激光器用于將發出的納秒激光經所述納秒激光矯正透鏡組矯正后通過所述納秒激光電動快門開關后，由所述反射鏡改變光路方向，并由所述反射鏡改變光路方向進入所述物鏡，所述物鏡將納秒激光聚焦至所述零件的表面；

所述飛秒激光器用于將發出的飛秒激光經所述飛秒激光矯正透鏡組矯正后通過所述飛秒激光電動快門開關后，由所述飛秒激光反射鏡改變光路方向，并由所述反射鏡改變光路方向進入所述物鏡，所述物鏡將飛秒激光聚焦至所述零件的表面。

進一步地，所述納秒激光電動快門開關水平放置且與所述納秒激光器用于將發出的納秒激光相互垂直，所述納秒激光反射鏡與水平方向的夾角為45°。

進一步地，所述飛秒激光電動快門開關水平放置且與所述飛秒激光器用于將發出的飛秒激光相互垂直，所述飛秒激光反射鏡與水平方向的夾角為45°。

本發明的實施例的第二方面提供了一種上述的納秒-飛秒激光復合沖擊強化方法，該方法包括以下步驟：

對待納秒激光沖擊的零件的表面進行清理；