通过激光冲击强化的QPQ盐浴渗氮优化处理方法及装置与流程

本发明涉及金属元件制造加工业技术领域，尤其涉及一种通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理方法及装置。

背景技术：

qpq(quench-polish-quench)技术是一种金属表面改性技术，原意为淬火-抛光-淬火。能够显著提高金属零部件的耐磨性和服役寿命，具有渗氮温度较低、渗层均匀、绿色环保等诸多优点。

在qpq技术中，其主要工序是盐浴渗氮(盐浴氮碳共渗)+盐浴氧化。但渗氮速度低和渗层厚度浅是制约该技术的一个瓶颈，需要探索和改进相关技术来提高渗氮效率和渗层质量。

因此，有必要提供一种新的提高了渗氮效率与渗层厚度，节能且高效的通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理方法及装置来解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新的提高了渗氮效率与渗层厚度，节能且高效的通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理方法及装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:

一种通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理方法，包括如下步骤：

步骤s10、预处理，利用激光装置对待加工工件进行冲击强化处理，使待加工工件的表面金属层发生位错及亚晶界变化；

步骤s20、第一次清洗，将待处理工件进行去油清洗，并进行烘干；

步骤s30、预热，将工件放入预热炉进行预热；

步骤s40、盐浴氮化，将预热后的工件放入直流电场盐浴渗氮炉中，同时调节电压，直流电场的阳极为工件，阴极为碳棒，所述直流电场盐浴渗氮炉内温度为500℃-580℃之间；

步骤s50、第一次盐浴氧化，将温度降至400℃-450℃进行氧化处理，预设时间后，将工件取出所述直流电场盐浴渗氮炉进行清洗，以除去工件表面残留的cn-或cno-；

步骤s60、抛光处理，在常温下对工件表面进行抛光处理，以除去渗氮的疏松层；

步骤s70、第二次盐浴氧化，将工件放入所述直流电场盐浴渗氮炉中，使工件在300℃-400℃的条件下再次进行氧化处理，预设时间后，对工件进行清洗除去表面残留的cn-或cno-；

步骤s80、干燥；

步骤s90、浸油。

优选的，所述预设时间为10min-20min。

优选的，步骤s10中，所述激光装置为固定设置，待加工工件在夹紧装置的驱动下进行旋转，使得所述激光装置对待加工工件外侧表面进行均匀激光照射。

优选的，所述激光装置的参数如下：

激光波长为1064nm，激光能量为5j，脉冲宽度为15ns，光斑直径为3mm，约束层为流水介质，吸收层的厚度为0.1mm，光斑搭接率为50％。

优选的，步骤s10的处理时间为5min，所述夹紧装置的转速为4r/min-10r/min。

一种通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置，包括盐浴渗氮炉、夹设于所述盐浴渗氮炉两侧的两条相对平行间隔设置的导轨、安装于所述导轨并用于夹紧待加工工件的夹紧装置、设置于所述导轨一端的激光装置及抓取装置，所述盐浴渗氮炉设置于所述导轨的中间部分，所述抓取装置设置于所述盐浴渗氮炉的正上方。

优选的，所述激光装置包括设置于两条所述导轨远离所述盐浴渗氮炉一侧的两根第一支柱、连接两条所述第一支柱的第一梁柱及设置于所述第一梁柱的多个激光发射器，多个所述激光发射器沿所述第一梁柱的长度方向依次间隔设置，且最外侧的两个所述激光发射器向所述导轨的正投影落在两条所述导轨之间。

优选的，所述夹紧装置包括与所述导轨滑动连接的本体部、设置于所述本体部一侧的紧固件、与所述紧固件固定连接并驱动所述紧固件沿直线运动的第一驱动装置及与所述紧固件连接并驱动所述紧固件旋转的第二驱动装置，在所述通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置的使用过程中，位于两条所述导轨上的两个所述第一驱动装置分别驱动两个所述紧固件相向运动并将待加工工件夹紧，所述第二驱动装置驱动所述紧固件旋转以带动所述待加工工件旋转。

优选的，所述抓取装置包括设置于两条所述导轨远离所述盐浴渗氮炉一侧的两根第二支柱、连接两条所述第二支柱的第二梁柱及设置于所述第二梁柱的抓取器，所述抓取器为磁吸装置或机械手。

优选的，所述盐浴渗氮炉包括炉体部及与所述炉体部活动连接的滑动门，所述滑动门的数量为两块，两块所述滑动门与所述导轨的侧壁滑动连接并沿所述导轨的设置方向同时相向或相背滑动。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理方法，通过设置步骤s10，即在工件进行盐浴氮化之前进行利用激光冲击工件的外表面，因激光冲击强化能量大、作用时间短、应变率高的特点，使得工件的外表面发生位错与亚晶界等微观缺陷，为氮原子提供了更多的扩散通道，更有利于氮原子向基体内扩散，有利于氮原子的吸附，加快渗氮层的形成，进而显著缩短渗氮时间；同时，激光处理后的工件在渗氮处理时能够获得更厚的化合物层，激光冲击预处理能显著提高渗氮效率，达到节能高效的效果；通过将所述激光装置固定，转动工件的方式实现激光装置对工件的全方位扫描，相较于现有技术中将工件固定，利用机械手带动激光器对工件进行扫描的方式，节约了材料成本与自动化成本，同时，省去了机械手复杂的编程过程，工件适配性能强，无论工件的形状为何样均可实现全方位扫描。

附图说明

图1为本发明提供的通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理方法的流程框图；

图2为本发明提供的通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置的立体结构示意图；

图3为图2所示的通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置沿a-a线的剖视图；

图4为图2所示的通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置的b部分放大图。

图中，100、通过激光强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置；10、盐浴渗氮炉；11、炉体部；12、滑动门；20、导轨；30、夹紧装置；31、本体部；32、紧固件；33、第一驱动装置；34、第二驱动装置；40、激光装置；41、第一支柱；42、第一梁柱；43、激光发射器；50、抓取装置；51、第二支柱；52、第二梁柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。下述实验例和实施例用于进一步说明但不限于本发明。

请参阅图1，本发明提供了一种激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理方法，利用夹紧装置将待加工工件(图未示)夹紧后，驱使所述夹紧装置沿行进轨道运行，进而使得所述待加工工件沿轨道的设置方向依次进行qpq盐浴渗氮的各部分工序，实现对工件的qpq盐浴渗氮处理。具体包括如下步骤：

步骤s10、预处理，利用激光装置对待加工工件进行冲击强化处理，使待加工工件的表面金属层发生位错及亚晶界变化；

优选的，在此步骤中，所述激光装置固定设置于所述轨道的入料端，所述夹紧装置将工件夹紧后在所述轨道对应所述激光装置处停留，所述夹紧装置驱动所述工件旋转，使得所述激光装置对工件外侧表面进行均匀的激光照射。

优选的，此步骤的处理时间为5min，所述夹紧装置的转速为4r/min-10r/min。

具体的，在本实施方式中，所述激光装置的参数如下：

激光波长为1064nm，激光能量为5j，脉冲宽度为15ns，光斑直径为3mm，约束层为流水介质，吸收层的厚度为0.1mm，光斑搭接率为50％。这样高功率密度、短脉冲的激光通过透明约束层作用于待加工工件表面的保护涂层上，保护涂层吸收激光能量，诱导产生高强度的等离子体运动波，作用于待加工工件的表面。当轰击应力超过金属的屈服强度时，将在待加工工件表面形成微凹坑及高硬度塑性变形层，凹坑区域内表面粗糙度增加，变形层内位错密度增加，实现快速、高质量渗氮。

步骤s20、第一次清洗，将待处理工件进行去油清洗，并进行烘干；避免工件上的油和锈对后续氮原子的渗入产生影响，同时避免造成盐浴池的污染。

步骤s30、预热，将工件放入预热炉进行预热；在本步骤中，将工件在400℃的温度下预热至表面出现稻草黄色或紫红色，使得工件表面发生预氧化，有利于氮原子的吸附。

需要注意的是，在本步骤中需要避免过氧化，因此，当工件的表面出现稻草黄色或紫红色时应当马上停止预热。

步骤s40、盐浴氮化，将预热后的工件放入直流电场盐浴渗氮炉中，同时调节电压，直流电场的阳极为工件，阴极为碳棒，所述直流电场盐浴渗氮炉内温度为500℃-580℃之间；

步骤s50、第一次盐浴氧化，将温度降至400℃-450℃进行氧化处理，预设时间后，将工件取出所述直流电场盐浴渗氮炉进行清洗，以除去工件表面残留的cn^-或cno^-；

步骤s60、抛光处理，在常温下对工件表面进行抛光处理，以除去渗氮的疏松层；

步骤s70、第二次盐浴氧化，将工件放入所述直流电场盐浴渗氮炉中，使工件在300℃-400℃的条件下再次进行氧化处理，预设时间后，对工件进行清洗除去表面残留的cn^-或cno^-；

优选的，两次盐浴氧化的预设时间均为10min-20min。

步骤s80、干燥；

步骤s90、浸油。

请结合参阅图2至图4，本发明还提供了一种通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置100，包括盐浴渗氮炉10、夹设于所述盐浴渗氮炉10两侧的两条相对平行间隔设置的导轨20、安装于所述导轨20并用于夹紧待加工工件的夹紧装置30、设置于所述导轨20一端的激光装置40及抓取装置50。其中，所述盐浴渗氮炉10设置于所述导轨20的中间部分，所述抓取装置50设置于所述盐浴渗氮炉10的正上方。

在所述通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置100的工作过程中，通过所述夹紧装置30将待加工工件夹紧，使得工件沿所述导轨20进入所述盐浴渗氮炉10之前先经过所述激光装置40，所述夹紧装置30配合所述激光装置40共同对工件进行全方位激光照射，利用激光冲击的强大能量，使工件的表层发生位错及亚晶界等微观缺陷，在后续渗氮过程中为氮原子提供更多的扩散通道，更有利于氮原子向基体内扩散，有利于氮原子的吸附，加快渗层的形成，从而缩短渗氮时间。

所述盐浴渗氮炉10包括炉体部11及与所述炉体部11活动连接的滑动门12。其中，所述滑动门12的数量为两块，两块所述滑动门12与所述导轨20的侧壁滑动连接并沿所述导轨20的设置方向同时相向或相背滑动。

在所述炉体部11中，直流电场的阳极为工件，阴极为碳棒。在利用所述盐浴渗氮炉10的盐浴氮化过程中，保持所述炉体部11内温度为500℃-580℃之间。

所述夹紧装置30包括与所述导轨20滑动连接的本体部31、设置于所述本体部31一侧的紧固件32、与所述紧固件32固定连接并驱动所述紧固件32沿直线运动的第一驱动装置33及与所述紧固件32连接并驱动所述紧固件32旋转的第二驱动装置34。在所述通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理装置的使用过程中，位于两条所述导轨20上的两个所述第一驱动装置33分别驱动两个所述紧固件32相向运动并将待加工工件夹紧，所述第二驱动装置34驱动所述紧固件32旋转以带动所述待加工工件旋转。

所述激光装置40包括设置于两条所述导轨20远离所述盐浴渗氮炉10一侧的两根第一支柱41、连接两条所述第一支柱41的第一梁柱42及设置于所述第一梁柱42的多个激光发射器43。其中，多个所述激光发射器43沿所述第一梁柱的长度方向依次间隔设置，且最外侧的两个所述激光发射器43向所述导轨20的正投影落在两条所述导轨20之间。

所述抓取装置50包括设置于两条所述导轨20远离所述盐浴渗氮炉10一侧的两根第二支柱51、连接两条所述第二支柱51的第二梁柱52及设置于所述第二梁柱的抓取器，所述抓取器为磁吸装置或机械手。

与现有技术相比，本发明提供的通过激光冲击强化的qpq盐浴渗氮优化处理方法，通过设置步骤s10，即在工件进行盐浴氮化之前进行利用激光冲击工件的外表面，因激光冲击强化能量大、作用时间短、应变率高的特点，使得工件的外表面发生位错与亚晶界等微观缺陷，为氮原子提供了更多的扩散通道，更有利于氮原子向基体内扩散，有利于氮原子的吸附，加快渗氮层的形成，进而显著缩短渗氮时间；同时，激光处理后的工件在渗氮处理时能够获得更厚的化合物层，激光冲击预处理能显著提高渗氮效率，达到节能高效的效果；通过将所述激光装置固定，转动工件的方式实现激光装置对工件的全方位扫描，相较于现有技术中将工件固定，利用机械手带动激光器对工件进行扫描的方式，节约了材料成本与自动化成本，同时，省去了机械手复杂的编程过程，工件适配性能强，无论工件的形状为何样均可实现全方位扫描。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。