The invention relates to a method of forming composite gradient nano structure on metal surface of the workpiece, which uses laser shock strengthening technology of plastic deformation induced by deep layer thickness, and the surface mechanical attrition treatment on the surface of nano metal workpiece, obtain the ideal thickness and microstructure optimization distribution of metal workpiece surface gradient nano structure. The invention can obtain the ideal thickness and micro nano structure surface gradient optimization of the distribution structure, improve the surface roughness of the workpiece, the technology can break strength plastic \upside down\, to ensure both good plasticity and high strength, greatly improve the comprehensive mechanical fatigue life and wear resistance of metal workpiece performance. The invention can induce gradient nano structure in Aluminum Alloy, titanium alloy, magnesium alloy, stainless steel, nickel base alloy and other metal workpiece surface, can be used in the fields of aerospace, automobile, chemical industry, ship metal key important parts of strengthening and repairing.
【技术实现步骤摘要】
一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法
本专利技术涉及表面工程技术与激光加工
,具体涉及一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法。
技术介绍
纳米金属材料具有强度和硬度高、物理性能、磨损性能和热加工性能好等优势。在不改变材料化学成分的前提下,结构纳米化可使材料强度和硬度提高数倍或数十倍。2016年美国军方公布的《2016-2045新科技趋势报告》提出了20项最值得关注的科学技术,先进材料尤其纳米材料制备与性能研究位居其中。伴随着强度和硬度的显著提高,纳米结构材料的塑性和韧性明显降低、加工硬化能力消失、结构稳定性变差,上述不足制约了纳米结构材料的应用和发展。随着工程结构向高强度和轻量化的发展,传统的均一材料,比如粗晶材料和纳米晶材料,都已无法满足工程结构件在极端服役环境下的性能要求。中科院金属研究所卢柯院士的研究表明:金属材料的强度增加是以牺牲粗晶或者纳米晶的塑性为代价,纳米晶–粗晶混合材料的强度–塑性综合性能不高。但梯度纳米材料表现出优良的强度/塑性综合性能。显然,基于塑性变形构筑的梯度纳米结构镁合金,具有细晶与粗晶的综合特征,能有效克服纳米结构低塑性和低韧性的缺陷,明显提升金属材料的强度、耐磨性以及热稳定性,最大程度上提升了金属材料的综合性能。激光冲击强化(lasershockpeening,LSP)是一种新型的表面强化技术,主要是采用短脉冲(几十纳秒)、高峰值功率密度(>109W/cm2)的激光辐照在金属表面,激光束通过约束层之后被吸收层吸收,吸收层从而获得能量形成爆炸性气化蒸发,产生高温高压的等离子体,由于外层约束层的约束,等离 ...
【技术保护点】
一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法,其特征在于:先采用激光冲击强化技术诱导塑性变形层,然后采用表面机械研磨处理使金属工件表面纳米化,最终获得理想层厚和优化微结构分布的金属工件表层梯度纳米结构。
【技术特征摘要】
1.一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法,其特征在于:先采用激光冲击强化技术诱导塑性变形层,然后采用表面机械研磨处理使金属工件表面纳米化,最终获得理想层厚和优化微结构分布的金属工件表层梯度纳米结构。2.如权利要求1所述的一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法,其特征在于:(1)将金属工件待处理表面打磨并抛光,清洗;(2)确定与金属工件材料相关的激光冲击工艺脉宽、脉冲能量、频率、光斑直径及冲击层数,在金属工件待处理表面贴上吸收层,对金属工件表面的待冲击区域进行大面积激光搭接冲击强化处理;(3)将冲击过后的金属工件表面吸收层去除并清洗;(4)确定与金属工件材料相关的表面机械研磨工艺振动频率、球丸直径及处理时间,在此基础上对金属工件的冲击面进行表面机械研磨处理。3.如权利要求1或2所述的一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法,其特征在于:所述金属材料为包括铝合金、钛合金、镁合金、不锈钢、镍基高温合金在内的应用于航空航天、汽车轮船、化工等行业的关键重要部件的金属材料。4.如权利要求1或2所述的一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法,其特征在于:该组合方法处理后的金属工件材料表层纳米量级结构层厚为30~50μm,亚微米量级结构层厚为80~200μm,整个晶粒细化层厚为8...
【专利技术属性】
技术研发人员:鲁金忠,吴刘军,罗开玉,季仕杰,
申请(专利权)人:江苏大学,
类型:发明
国别省市:江苏,32
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