[發明專利]激光拋光實現激光氮化鋯基非晶合金表面平坦化的方法

有效

• 申請號: 202110565580.9
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113275740B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 黃虎;洪婧;錢永峰;王超;崔明明;劉翰林
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23K26/12
• 分類號: B23K26/12;B23K26/352;B23K26/354;B23K26/60
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明涉及一種激光拋光實現激光氮化鋯基非晶合金表面平坦化的方法，屬于非晶合金表面改性技術領域。利用激光聚焦在材料表面產生的熱量，通過在氮氣氛圍內對激光氮化鋯基非晶合金表面進行激光拋光使表面發生重融，從而降低表面粗糙度。本發明有效解決了現存激光氮化鋯基非晶合金表面質量差的問題。通過改變激光拋光參數，實現對激光氮化鋯基非晶合金表面粗糙度的調控。本發明實施過程簡單、效率高、實用性強，可應用于降低激光氮化鋯基非晶合金表面粗糙度，增強其實際應用。

技術領域

本發明涉及非晶合金表面改性技術領域，特別涉及一種激光拋光實現激光氮化鋯基非晶合金表面平坦化的方法。可應用于降低激光氮化鋯基非晶合金表面粗糙度，增強實際應用性。

背景技術

液相中金屬元素的大冷卻速率使得非晶合金沒有晶體原子結構，不存在晶界和位錯缺陷，所以非晶合金具有優異的性能，例如強度高，彈性高，耐腐蝕性強。這些特性使非晶合金在航空航天，精密機械，軍用武器和其他領域具有潛在的應用前景。但是在拉伸載荷作用下，非晶合金容易發生高度局部的剪切帶變形，上述問題限制了其作為結構材料和工程材料的實際應用。另外，非晶合金的高硬度可以使其作為功能接觸材料，為了提高應用性，有必要進一步提高其表面硬度。

研究表明，激光加工可以有效調控非晶合金表面的硬度。激光沖擊噴丸由于引入殘余應力使非晶合金表面發生軟化，而在氮氣氛圍中用激光輻照鋯基非晶合金表面，會發生激光氮化并生成ZrN相，從而使表面硬化。然而，激光氮化表面往往非常粗糙，限制了其作為接觸材料的應用性。電化學拋光和機械研磨拋光通常被應用于解決該問題。但是電化學拋光的設備比較復雜，容易造成環境污染。機械研磨拋光的效率比較低，而且生成的氮化層容易被完全去除。與上述常規拋光技術相比，激光拋光不存在工具磨損，可以對選定區域進行處理。尤其是在激光氮化后，可以不改變樣品位置，直接對激光氮化區域進行激光拋光，大大提高了拋光效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種激光拋光實現激光氮化鋯基非晶合金表面平坦化的方法，解決現存激光氮化鋯基非晶合金表面質量差的問題。利用本發明提供的方法，通過在氮氣氛圍中對激光氮化鋯基非晶合金表面進行多線掃描，實現激光與材料之間的熱量傳遞，當激光束聚焦在激光氮化表面時，溫度瞬間升高并將該表面融化，在重力和表面張力的作用下，表面變得平坦，隨著激光束遠離激光氮化表面，溫度降低，平坦的表面快速凝固，可以大幅度降低激光氮化表面粗糙度。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

激光拋光實現激光氮化鋯基非晶合金表面平坦化的方法，在氮氣氛圍內對激光氮化鋯基非晶合金表面進行激光拋光使其發生重融，從而降低表面粗糙度，具體步驟包括：

A對鋯基非晶合金表面進行機械研磨、拋光，并利用酒精進行清洗，獲得光潔表面；

B利用納秒脈沖激光器在氮氣氛圍內對鋯基非晶合金表面進行輻照，制備激光氮化鋯基非晶合金表面；

C利用納秒脈沖激光器在氮氣氛圍內對激光氮化鋯基非晶合金表面進行快速多線掃描，通過改變激光拋光參數,來改變激光氮化鋯基非晶合金表面的熱量輸入，從而實現對激光氮化鋯基非晶合金表面粗糙度的調控。

步驟C包括如下子步驟：

C1利用納秒脈沖激光器在氮氣氛圍內對激光氮化鋯基非晶合金表面進行激光粗拋光，整體降低表面粗糙度。

C2利用納秒脈沖激光器在氮氣氛圍內對激光粗拋光獲得的表面進行精細拋光，進一步降低表面粗糙度，提高表面質量。

步驟B中所述的納秒激光氮化工藝參數為：激光脈沖寬度為10ns，波長1064nm，重復頻率600kHz，光斑直徑43μm，激光平均功率2.78W，掃描速度1mm/s，相鄰掃描線重疊率50％。