[發明專利]一種基于液體約束層特征調整的激光沖擊“空化”效應控制方法及其應用

有效

• 申請號: 202110206119.4
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113046546B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 盧國鑫;王佃剛;宿慶財;高榮;季忠;杉岡幸次
• 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: 宋海海

本發明提供一種基于液體約束層特征調整的激光沖擊“空化”效應控制方法及其應用，屬于激光沖擊效應控制技術領域。本發明給出適用于液體約束條件的單批量激光沖擊均勻強化處理的吸收層厚度參數設定的方法，可在無需進行大量測試實驗進行數據庫積累的條件下，實現液體約束激光沖擊過程中的“等離子體體沖擊”與“空化”兩種物理效應的作用強度的定量調控，從而有效節約人力、物力和財力、簡便易行，非常適合在非大批量生產或受制于經濟條件的情況下的研究，因此具有良好的實際應用之價值。

技術領域

本發明屬于激光沖擊效應控制技術領域，具體涉及一種基于液體約束層特征調整的激光沖擊“空化”效應控制方法及其應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

脈沖激光可導致材料表面發生等離子體爆炸，從而形成GPa量級的沖擊壓力。以此為物理基礎，研究人員發展了先進的激光沖擊強化技術。然而，激光沖擊過程中，靶材表面往往會發生一種“殘余應力洞”現象，即激光光束的幾何中心位置具有較小的殘余壓應力分布，甚至出現殘余拉應力。“殘余應力洞”的形成導致材料表面殘余應力分布的不均勻，會對其服役性能產生不利影響。最大程度弱化“殘余應力洞”效應成為研究人員需要解決的技術難題。

技術人員目前提出一種利用液體約束激光沖擊過程中的空化效應來抑制或消除“殘余應力洞”的新技術(CN 202010014492.5)，該技術挖掘液體約束條件下的激光沖擊過程中的“等離子體沖擊”以及“空化”兩種物理效應，通過所述兩種物理效應的發生強度的分配來實現材料表面的均勻強化或改性。如何精準分配和調節“等離子體沖擊”以及“空化”兩種效應在單次激光沖擊過程中的作用強度是本領域技術人員將該技術真正應用于實際生產的技術關鍵。

技術人員通過大量實驗，可得出多種液體約束層特征變化與其對應的“殘余應力洞”發生程度的聯系，進而得到液體約束層特征與激光沖擊中雙物理效應分配比例的數據庫。然而發明人發現，該方法耗費大量人力、物力和財力，在非大批量生產或受制于經濟條件的情況下，需探尋更簡便易行的激光沖擊雙物理效應控制方法。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種基于液體約束層特征調整的激光沖擊“空化”效應控制方法及其應用。本發明給出適用于液體約束條件的單批量激光沖擊均勻強化處理的吸收層厚度參數設定的方法，可在無需進行大量測試實驗進行數據庫積累的條件下，實現液體約束激光沖擊過程中的“等離子體體沖擊”與“空化”兩種物理效應的作用強度的定量調控，因此具有良好的實際應用之價值。

具體的，本發明涉及以下技術方案：

本發明的第一個方面，提供一種基于液體約束層特征調整的激光沖擊“空化”效應控制方法，所述方法包括對液體約束條件下激光沖擊過程中的液體約束層特征的變化對“等離子體體沖擊”與“空化”兩種物理效應的作用規律進行實時監測，并將作用規律及時反饋到激光沖擊工藝參數的調整工序，從而滿足激光沖擊過程中的雙物理效應的定量調節需求。

其中，所述液體約束層特征包括但不限于液體約束層厚度、材質、粘度等。為方便描述本發明技術方案，以下采用約束層厚度來表征液體約束層特征，但顯而易見的是，液體約束層特征的其他方面，例如材質、粘度等參數條件，同樣也可按照本發明的所述原理和方法進行等離子體沖擊效應與空化效應的定量控制，因此同樣在本發明的保護范圍之內。

本發明的第二個方面，提供上述控制方法在材料表面強化處理中的應用；

所述材料表面強化處理具體為均勻激光沖擊強化處理技術。

以上一個或多個技術方案的有益技術效果：