浓度为75 %的超声清 洗机中，超声频率为40kHz，清洗lOmin，然后利用去离子水冲洗，最后用100°C的干燥箱烘干 5min〇
[0055]制备显微硬度、疲劳寿命和耐磨损标准试样，进行相关力学性能测试。
[0056] 实施例2
[0057]对TC4钛合金进行机械抛光，然后用75 %的酒精清洗表面，烘干；
[0058]试件材料:TC4钛合金（100mmX100mmX2mm)，纳米金属颗粒为碳化妈(WC);
[0059]在洁净间中，制备0.1mm厚的塑料薄板中间剪出10mmX50mm(根据实际需要可以调 整），薄板贴附于吸收层(本实施例为黑色胶带)表面，在薄板中间均匀的涂上纳米颗粒，然 后将多余部分清理干净，使吸收层表面形成〇. 1_后的颗粒涂覆层；
[0060]然后在TC4钛合金的抛光表面覆盖涂覆纳米颗粒的吸收层；
[0061]在TC4钛合金表面施加约束层，将覆盖有吸收层的靶材的工作端面安装在工作台 上，在吸收层上施加一层厚度为1.5mm的约束层，约束层为1.5mm去离子水中；
[0062] 对基材金属进行渗透预冲击处理，以激光脉宽为24ns、激光波长为1064nm、激光光 束直径为3mm、激光能量为5J、重复频率为2Hz的激光束进行预冲击处理，其中搭接率为 10%，冲击2遍，每次冲击后更换新的黑色胶带(表面涂覆一层1mm的纳米颗粒）；
[0063]对基材金属渗透冲击处理，激光预处理后，调整激光工艺参数:激光脉宽为12ns、 激光波长为l〇64nm、激光光束直径为3mm、激光能量为10J、重复频率为2Hz的激光束进行冲 击处理，其中搭接率为30%左右，冲击2遍，每次冲击后更换新的黑色胶带(表面涂覆一层 1mm的纳米颗粒）。
[0064] 最后对基材金属激光后处理，去除靶材金属表面黏贴的吸收层(表面涂覆纳米颗 粒），将经冲击延寿处理后的基体金属放入装有温度为20 ± 2°C、酒精浓度为75 %的超声清 洗机中，超声频率为40kHz，清洗lOmin，然后利用去离子水冲洗，最后用100°C的干燥箱烘干 5min〇
[0065] 制备显微硬度、疲劳寿命标准试样，进行相关力学性能测试。
[0066]将以上实施例1、2处理后的等离子体冲击波压力纳米颗粒金属渗入做显微硬度试 验和疲劳寿命试验。
[0067]显微硬度试验:采用FM-300型数字显微硬度仪测量试件激光冲击强化部位表面的 显微硬度分布，设定载荷大小为0.1N，保荷时间为10s，每个样品测5个点，取平均值，环境温 度22 ± 2°C，环境湿度40-60 %。
[0068]延长寿命试验:采用XDL-5000N疲劳试验机，铝合金常温拉拉疲劳试验，拉应力为 140MPa，加载频率为，每组实验测试10组，环境温度22 ± 2°C，环境湿度40-60 %。；钛合金常 温拉拉疲劳试验，拉应力为270MPa，加载频率为每组实验测试10组，环境温度22 ± 2°C，环境 湿度40-60 %。
[0069]上述实施例1、2等离子体冲击波压力纳米颗粒金属渗入表面显微硬度与寿命如表 1、2所示
[0070]表1实施例1显微硬度及寿命的对比
[0072]表2实施例2显微硬度及寿命的对比
[0074]从表1、2的试验数据中可知，基体金属在激光冲击后，显微硬度得到了明显提高， 使用寿命也大幅提尚。
[0075]实施例1中，基体金属在激光冲击后，金属表面的耐磨损性能也得到明显提高，如 表3所示。
[0076]表3实施例1金属表面的耐磨损性能的对比
【主权项】
1. 一种基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于包括以下步骤： 基体材料前处理； 加工表面覆盖吸收层； 基体金属表面覆盖吸收层； 基体金属表面施加约束层； 对施加约束层后的基体金属表面进行预冲击延寿处理； 对冲击延寿处理后的基体金属表面进行冲击延寿； 基体金属材料后处理。2. 按权利要求1所述的基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于： 加工表面覆盖吸收层包括以下步骤： 在洁净间中，取一张薄板，中间剪出需要的大小及形状的开口； 薄板贴附于吸收层表面，在薄板中间均匀的涂上纳米颗粒； 将多余部分清理干净，使吸收层表面形与薄板同厚的颗粒涂覆层。3. 按权利要求1所述的基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于 基体金属表面覆盖吸收层为:在基体金属表面即靶材的工作端面覆盖涂覆纳米颗粒的吸收 层。4. 按权利要求1所述的基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于 基体金属表面施加约束层为： 将覆盖有吸收层的靶材的工作端面安装在工作台上，在吸收层上施加一层厚度为1-3mm的约束层，该约束层为透光玻璃或去离子水中的一种。5. 按权利要求1所述的基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于 对施加约束层后的基体金属表面进行预冲击延寿处理步骤为： 施加约束层后的基体金属表面面朝向激光束，以激光脉宽为20-40ns、激光波长为 1064、激光光束直径为2-3mm、激光能量为1-5J、重复频率为2Hz的激光束进行预冲击处理， 其中搭接率为10%，冲击1-2遍。6. 按权利要求1所述的基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于 对冲击延寿处理后的基体金属表面进行冲击延寿处理的步骤为： 预冲击延寿处理后，调整激光工艺参数:激光脉宽为10_20ns、激光波长为1064nm、激光 光束直径为2-3mm、激光能量为2-10J、重复频率为1~2Hz的激光束进行冲击处理，其中搭接 率为30%左右，冲击2-4遍。7. 按权利要求1所述的基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于： 基体材料在加工表面覆盖吸收层之前，基体材料的吸收层需要前处理，基体材料前处理 为:基体金属进行机械抛光，然后用75%的酒精清洗表面，烘干。8. 按权利要求1所述的基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于 基体金属材料后处理包括： 去除靶材金属表面黏贴的吸收层(表面涂覆纳米颗粒）； 将经冲击延寿处理后的基体金属放入装有温度为20±2°C、酒精浓度为75%的超声清 洗机中，超声频率为35-55kHz，清洗10-15min; 利用去离子水冲洗，最后用l〇〇°C的干燥箱烘干5min。9.按权利要求1所述的基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，其特征在于： 基材金属表面冲击处理使用的激光能量为基材金属表面冲击预处理使用的激光能量 的二倍，脉宽为预处理的一半，即能量密度提高4倍。
【专利摘要】本发明涉及一种基于激光诱导冲击波金属表面纳米粉末渗透方法，包括以下步骤：基体材料前处理；加工表面覆盖吸收层；基体金属表面覆盖吸收层；基体金属表面施加约束层；对施加约束层后的基体金属表面进行预冲击延寿处理；对冲击延寿处理后的基体金属表面进行冲击延寿；基体金属材料后处理；加工表面覆盖吸收层为：在洁净间中，取一张薄板，中间剪出需要的大小及形状的开口；薄板贴附于吸收层表面，在薄板中间均匀的涂上纳米颗粒；将多余部分清理干净，使吸收层表面形与薄板同厚的颗粒涂覆层。本发明明显改变了基材金属表面的晶体结构、取向分布和金属表面元素成分，有效提高了金属表面硬度、疲劳寿命、耐磨损性能以及耐腐蚀性能，操作简单，成本低。
【IPC分类】C21D10/00
【公开号】CN105463179
【申请号】CN201510816664
【发明人】高宇, 乔红超, 杨涧石, 李伟剑, 张恭轩
【申请人】沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月22日