滑，粗糙度小于或等于RaO. 3,然后用软毛刷刷去裂纹内松动的杂质，再 用重铬酸钾与浓硫酸的混合溶液冲洗3~4分钟，以达到除锈、去除杂质的目的，之后在进 行水洗、干燥。最后使用丙酮清洗裂纹，去除残留的油渍，清洁接着表面。
[0028] (3)将洗刷处理后并晾干的试件固定在机械振动台上，设定震动频率为3Hz,振幅 为2mm,振动方向垂直于裂纹在基体表面的走向，此时振动台开关处于关闭状态。
[0029] (4)调制微胶囊粘合剂：将修复剂微胶囊和固化剂微胶囊按规定的15:2的体积比 进行充分混合。
[0030] (5)微胶囊粘合剂填充裂纹。首先将混合好的微胶囊装入漏斗中，漏斗口径为 200um，然后打开机械振动台的开关，用漏斗将混合好的微胶囊沿着裂纹在基体表面的走向 分N层缓慢撒入裂纹缝隙内，其中
_N取整数，b为每一层微胶囊的厚度，b的 取值范围是〇. 15~0. 25mm;本实施例中b取0. 2mm，经计算可知N取整数4。
[0031] (6 )重复步骤（5 )，撒第二层微胶囊，第三层微胶囊……直至第4层。
[0032] (7)关掉机械振动台开关，用摸刀按压微胶囊表面，将微胶囊压实，然后将多余部 分抹去，使得微胶囊上表面与集体材料表面平齐。
[0033] (8)在微胶囊上表面贴一层铝箔作为吸收层，铝箔的宽度为5mm，以确保能够覆盖 裂纹及周围基体材料的表面；然后用流水作为透明约束层，对其进行激光冲击强化，其中激 光冲击强化参数如下：激光能量8J、搭接率50%，光斑直径3mm，铝箔厚度1mm，流水约束层厚 度lmm〇
[0034] (9)将冲击强化后的损伤件试样在温度为25°C，压力为20MP条件下固化24小时。
[0035] (10)去除铝箔，打磨固化后的粘合剂上表面，至此完成损伤件的修复工作。
[0036] 对修复完成后的试样进行线切割，取其裂纹修复层截面及裂纹周围区域的截面做 金相组织观察，再将金相图与"一般加工方法"所得到的金相组织图进行对比，所述"一般加 工方法"即不采用激光冲击强化，而采用普通加压法迫使微胶囊破裂修复金属裂纹的方法， 所得图片如下： 如图3 (a)所示，采用一般加工法所修复的316L不锈钢表面裂纹，其裂纹修复层存在 大量未破裂的微胶囊，且修复剂和固化剂未能均匀填充裂纹；而图（b)显示，采用本文所述 方法修复316L不锈钢表面裂纹，其裂纹修复层仅有少量微胶囊未破裂，绝大部分修复剂及 固化剂流出，均匀填充裂纹。
[0037] 如图4所示，采用一般加工方法所修复的316L不锈钢表面裂纹，其裂纹周围区域 的表层组织结构孔隙率要大一些，晶粒也更粗大一点 如图5所示，采用本文所述激光冲击强化与微胶囊粘合剂复合作用的方法修复316L不 锈钢表面裂纹，其裂纹周围区域的表层组织结构孔隙率要小很多，晶粒得到细化，组织结构 更为紧密有序，有效的防止了裂纹周围区域内新裂纹的产生。
【主权项】
1. 一种修复金属裂纹的方法，其特征在于：针对金属器件表面裂纹，采用先微胶囊粘 合剂填充，再用激光冲击强化的方法进行修复；微胶囊粘合剂在激光冲击波压力的作用 下，绝大部分囊壁发生破裂，修复剂和固化剂流出混合从而粘接裂纹，达到理想的粘接效 果；同时由于激光冲击的作用，使得裂纹及周围区域的表层晶粒得到细化，表层组织更加紧 密，残余应力显著增强，机械性能显著提升，从而有效的防止裂纹扩散及新裂纹的生成。2. 如权利要求1所述的一种修复金属裂纹的方法，其特征在于具体步骤如下： (1) 测定金属损伤件裂纹的最大深度h，最大宽度a，根据基体材料确定激光冲击强化 的最大影响深度H，其中0〈h〈H，0〈a〈h; (2) 对金属损伤件裂纹周围区域的基体表面进行打磨、除锈、去杂、水洗、干燥、清洗裂 纹，去油，清洁基体表面； (3) 将洗刷处理后并晾干的试件固定在机械振动台上，振动方向垂直于裂纹在基体表 面的走向，此时振动台开关处于关闭状态； (4) 微胶囊粘合剂填充裂纹：首先将混合好的微胶囊装入漏斗中，然后打开机械振动 台的开关，用漏斗将混合好的微胶囊沿着裂纹在基体表面的走向分N层缓慢撒入裂纹缝隙0.25_;由于洒入的微胶囊是沿着裂纹的水平走向，因此与机械振动的方向垂直，这种垂直 方向的震动能够使得每一层的微胶囊充分的填充裂纹的每个角落，而且使得每一层微胶囊 表面平整均匀； (5 )重复步骤（4 )，撒第二层微胶囊，第三层微胶囊……直至第N层； (6) 关掉机械振动台开关，用摸刀按压微胶囊表面，将微胶囊压实，然后将多余部分抹 去，使得微胶囊上表面与集体材料表面平齐； (7) 在微胶囊上表面贴一层铝箔作为吸收层，铝箔需覆盖整个裂纹区域及裂纹周围基 体材料的表面；然后用流水作为透明约束层，对其进行大面积搭接激光冲击强化； (8) 微胶囊粘合剂在冲击波压力的作用下，囊壁发生破裂，修复剂和固化剂流出；将冲 击强化后的损伤件试样固化； (9) 去除铝箔，打磨固化后的粘合剂上表面；在金属损伤件裂纹得到修复的同时，由于 激光冲击的作用，使得裂纹及周围基体材料的表层晶粒得到细化，表层组织更加紧密，残余 应力显著增强，机械性能显著提升。3. 如权利要求书2所述的一种修复金属裂纹的方法，其特征在于：所述步骤（1)中的 金属表面裂纹的最大深度h在0. 8mm以下，激光冲击强化的最大影响深度H在0. 9mm以下。4. 如权利要求书2所述的一种修复金属裂纹的方法，其特征在于所述步骤（2)中的对 金属损伤件裂纹周围区域的基体表面进行打磨指：对金属损伤件裂纹周围区域的基体表面 进行打磨，确保打磨后裂纹周围区域的基体表面平整光滑，粗糙度小于或等于RaO. 3 ;然后 用软毛刷刷去裂纹内松动的杂质。5. 如权利要求书2所述的一种修复金属裂纹的方法，其特征在于所述步骤（2)中的除 锈、去杂指：用重铬酸钾与浓硫酸的混合溶液冲洗3~4分钟，以达到除锈、去除杂质的目 的；所述清洗裂纹，去油指使用丙酮清洗裂纹，去除残留的油渍。6. 如权利要求书2所述的一种修复金属裂纹的方法，其特征在于：所述步骤（3)中的机 械振动台的震动频率为3Hz，振幅为2mm。7. 如权利要求书2所述的一种修复金属裂纹的方法，其特征在于：所述步骤（4)中的 混合好的微胶囊指是由修复剂微胶囊和固化剂微胶囊混合配制而成；修复剂微胶囊是以双 酚A型环氧树脂DGEBA及其活性稀释剂为囊芯，脲醛树脂为囊壁通过原位聚合法制备的粒 径为10~50um的颗粒状物质；固化剂微胶囊是以阴离子催化剂DMP-30为囊芯，聚苯乙烯 为囊壁通过复相乳液法制备的粒径为20~60um的颗粒状物质，将修复剂微胶囊和固化剂 微胶囊按规定的15:2的体积比进行充分混合；修复剂微胶囊及固化剂微胶囊囊壁所能承 受的压力均大于l〇〇MPa，小于500MPa;当压力超过500MPa时，微胶囊囊壁破裂，内含的修复 剂及固化剂流出充满裂纹区域。8. 如权利要求书2所述的一种修复金属裂纹的方法，其特征在于：所述步骤（7)中的激 光冲击强化过程中激光能量在6~8J范围内，搭接率为30%~70% ;吸收层为Imm厚的铝 箔，透明约束层的厚度为Imm09. 如权利要求书2所述的一种修复金属裂纹的方法，其特征在于：所述步骤（8)中的固 化指在温度为25°C，压力为20MPa的条件下进行固化，为了达到最佳粘合效果，选择固化 时间为24小时。
【专利摘要】本发明涉及激光加工领域，特指一种修复金属裂纹的方法。主要针对金属器件表面裂纹，采用先用微胶囊粘合剂填充裂纹，再用激光冲击强化的方法对金属表面裂纹进行修复，其中微胶囊粘合剂是由修复剂微胶囊和固化剂微胶囊按15:2的体积比进行充分混合配制而成。当对填充了微胶囊粘合剂的金属裂纹及周围区域进行激光冲击强化时，微胶囊粘合剂在激光冲击波压力的作用下，囊壁发生破裂，修复剂和固化剂流出、混合从而粘接裂纹，达到理想的粘接效果；同时由于激光冲击的作用，使得裂纹及周围区域得到强化，表层组织更加紧密，机械性能显著提升，从而有效的防止裂纹扩散及新裂纹的生成；具有双重效果。
【IPC分类】C21D10/00
【公开号】CN104962723
【申请号】CN201510285268
【发明人】罗开玉, 刘波, 鲁金忠
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年5月29日