本发明涉及表面强化技术领域，尤其涉及一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法。
背景技术：
石墨烯(Graphene)是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
在2015年末硼烯发现之前，石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。
在运动副和磨损较为剧烈的表面，单独使用石墨烯涂覆层有很多不利之处。比如结合力弱，涂层维持完整性较为困难等。因此人们考虑采用预置粉末激光熔敷的办法将石墨烯添加到零件的表层材料中，制备了石墨烯复合材料熔敷涂层。但在某些情况下激光熔敷，由于热影响较大，熔敷表面粗糙等原因并不适用。
表面强化技术在各领域都具有重要意义，它能够改善机械零件和构件表面性能，它能够提高疲劳强度和耐磨性能，表面强化有时还能提高耐腐蚀性能。
承受载荷的零件表面常处于最大应力状态，并在不同的介质环境中工作。因此，零件的失效和破坏也大多发生在表面或从表面开始，如在零件表层引入一定的残余压应力，通过表面强化技术能够增加表面硬度，改善表层组织结构等，就能显著地提高零件的疲劳强度和耐磨性。
常用表面强化技术有表面热处理、表面化学处理和表面机械处理，表面机械处理主要有喷丸和滚压两种方法。但这些常用的表面强化处理技术工艺比较复杂，效率低，强化效果一般。
激光冲击做为先进的表面强化技术，应用日益广泛，激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术。它具有非接触、无热影响区、可控性强以及强化效果显著等突出优点。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，该方法工艺简单，操作方便，强化效率高，强化效果好。
本发明提出的一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：将石墨烯、氧化石墨烯或两者的混合物溶液涂抹到需要强化的材料基体表面，形成涂层；
步骤(2)：在涂层上设置铝箔作为吸收层；
步骤(3)：在吸收层上设置光学玻璃或硅胶作为约束层；
步骤(4)：用脉冲激光对涂层进行激光冲击扫描，激光冲击强化的原理是：用脉冲激光对吸收层进行激光冲击扫描，激光穿过约束层照射到吸收层上，吸收层吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于涂层，部分涂层被冲击波压入到材料基体表层，部分涂层紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的约束层和吸收层，得到表面强化好的材料基体。
作为本发明方法的进一步改进，步骤(1)中所述的涂层的厚度为20-60微米。
作为本发明方法的进一步改进，步骤(2)中所述的吸收层为铝箔，厚度为80到300微米。
作为本发明方法的进一步改进，步骤(3)中所述的约束层为光学玻璃，厚度为1.6到5.0毫米。
作为本发明方法的进一步改进，所述的光学玻璃为K7光学玻璃或K9光学玻璃。
作为本发明方法的进一步改进，步骤(3)中所述的约束层为硅胶，厚度为1.0到2.2毫米。
作为本发明方法的进一步改进，步骤(4)中所述的激光冲击扫描的速度为0.5～1.5mm/s，扫描间距为0.75～1.25mm。
作为本发明方法的进一步改进，步骤(4)中所述的激光脉冲的激光器发射器为Nd：YAG激光器，波长为1064nm，脉宽为15～20ns，脉冲能量范围为9～30J，光斑直径为1～3mm。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：激光冲击本身就有非常好的表面强化效果，本发明方法通过激光冲击将石墨烯、氧化石墨烯或两者的混合物植入到材料表层中，利用它们自身的特性，能够更好的强化材料表面，而且加工过程简单，效率高，强化效果好，同时能够提高材料的耐腐蚀、耐疲劳、抗磨损等性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹20微米厚的氧化石墨烯；
步骤(2)：在氧化石墨烯上设置一层80微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层1.6毫米厚的K7光学玻璃；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为15ns，脉冲能量为9J，光斑直径为1mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为0.5mm/s，扫描间距为0.75mm，激光穿过K7光学玻璃照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于氧化石墨烯，部分氧化石墨烯被冲击波压入到材料基体表层，部分氧化石墨烯紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的K7光学玻璃和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例二：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹60微米厚的氧化石墨烯；
步骤(2)：在氧化石墨烯上设置一层300微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层5毫米厚的K7光学玻璃；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为20ns，脉冲能量为30J，光斑直径为3mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为1.5mm/s，扫描间距为1.25mm，激光穿过K7光学玻璃照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于氧化石墨烯上，部分氧化石墨烯被冲击波压入到材料基体表层，部分氧化石墨烯紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的K7光学玻璃和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例三：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹20微米厚的石墨烯；
步骤(2)：在石墨烯上设置一层80微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层1.6毫米厚的K9光学玻璃；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为15ns，脉冲能量为9J，光斑直径为1mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为0.5mm/s，扫描间距为0.75mm，激光穿过K9光学玻璃照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于石墨烯上，部分石墨烯被冲击波压入到材料基体表层，部分石墨烯紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的K9光学玻璃和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例四：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹20微米厚的石墨烯和氧化石墨烯的混合物；
步骤(2)：在混合物上设置一层120微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层1.6毫米厚的K9光学玻璃；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为15ns，脉冲能量为9J，光斑直径为1mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为0.5mm/s，扫描间距为0.75mm，激光穿过K9光学玻璃照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于石墨烯和氧化石墨烯的混合物上，部分石墨烯和氧化石墨烯的混合物被冲击波压入到材料基体表层，部分石墨烯和氧化石墨烯的混合物紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的K9光学玻璃和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例五：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹60微米厚的石墨烯；
步骤(2)：在石墨烯上设置一层300微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层2.2毫米厚的硅胶；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为20ns，脉冲能量为30J，光斑直径为3mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为1.5mm/s，扫描间距为1.25mm，激光穿过硅胶照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于石墨烯上，部分石墨烯被冲击波压入到材料基体表层，部分石墨烯紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的硅胶和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例六：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹20微米厚的氧化石墨烯；
步骤(2)：在氧化石墨烯上设置一层80微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层1.0毫米厚的硅胶；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为15ns，脉冲能量为9J，光斑直径为1mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为0.5mm/s，扫描间距为0.75mm，激光穿过硅胶照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于氧化石墨烯上，部分氧化石墨烯被冲击波压入到材料基体表层，部分氧化石墨烯紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的硅胶和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例七：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹40微米厚的氧化石墨烯；
步骤(2)：在氧化石墨烯上设置一层100微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层3毫米厚的K7光学玻璃；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为18ns，脉冲能量为15J，光斑直径为2mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为1mm/s，扫描间距为1mm，激光穿过K7光学玻璃照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于氧化石墨烯上，部分氧化石墨烯被冲击波压入到材料基体表层，部分氧化石墨烯紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的K7光学玻璃和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例八：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹40微米厚的石墨烯；
步骤(2)：在石墨烯上设置一层150微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层3毫米厚的K9光学玻璃；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为18ns，脉冲能量为15J，光斑直径为2mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为1mm/s，扫描间距为1mm，激光穿过K9光学玻璃照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于石墨烯上，部分石墨烯被冲击波压入到材料基体表层，部分石墨烯紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的K9光学玻璃和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例九：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹40微米厚的石墨烯和氧化石墨烯的混合物；
步骤(2)：在混合物上设置一层150微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层1.8毫米厚的硅胶；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为18ns，脉冲能量为15J，光斑直径为2mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为1mm/s，扫描间距为1mm，光穿过硅胶照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于石墨烯和氧化石墨烯的混合物上，部分石墨烯和氧化石墨烯的混合物被冲击波压入到材料基体表层，部分石墨烯和氧化石墨烯的混合物紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的硅胶和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
实施例十：一种激光冲击氧化石墨烯涂层的表面强化方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在需要强化的材料基体表面涂抹40微米厚的石墨烯和氧化石墨烯的混合物；
步骤(2)：在混合物上设置一层100微米厚的铝箔；
步骤(3)：在铝箔上设置一层1.8毫米厚的硅胶；
步骤(4)：用Nd：YAG激光器发出波长为1064nm，脉宽为18ns，脉冲能量为15J，光斑直径为2mm的脉冲激光，对铝箔进行激光冲击扫描，扫描速度为1mm/s，扫描间距为1mm，光穿过硅胶照射到铝箔上，铝箔吸收激光能量迅速气化同时形成大量的高温高压等离子体，等离子体快速膨胀形成高强度的冲击波，冲击波作用于石墨烯和氧化石墨烯的混合物上，部分石墨烯和氧化石墨烯的混合物被冲击波压入到材料基体表层，部分石墨烯和氧化石墨烯的混合物紧密作用并贴合到材料基体表层，对材料基体表面起强化作用；
步骤(5)：将激光冲击后的材料基体自然冷却到室温，然后去除材料基体上残留的硅胶和铝箔，得到表面强化好的材料基体。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。