机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法技术

本发明专利技术涉及一种机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法，属于非晶合金表面修复技术领域。利用配有维氏压头的划痕测试系统在一定法向载荷下对激光氮化表面进行机械刻划，刻划区域材料在压头移动过程中发生塑性变形，使得压头与材料作用区域的微孔洞发生挤压变形或材料填充，进而修复激光氮化表面微孔洞。本发明专利技术有效解决了现存激光氮化锆基非晶合金表面存在孔洞、凹槽等缺陷的问题。本发明专利技术实施过程简单、效率高、实用性强，同时可以提高刻划区域表面质量及致密度，增强疲劳强度及耐磨性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法


[0001]本专利技术涉及非晶合金表面修复
，特别涉及一种机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法。本专利技术的机械刻划修复表面微孔洞方法具有实施过程简单、效率高、实用性强等优点，同时该方法可以提高刻划区域表面质量及致密度，增强实际的工程应用性。

技术介绍

[0002]非晶合金由于具有长程无序、短程有序的原子结构，所以呈现优异的机械和物理化学性能，例如高弹性，低弹性模量，良好的耐腐蚀性和软磁性。尤其是，与许多晶态金属相比，相对较高的硬度和耐磨性为非晶合金在轴承滚子、防护装甲、医疗器械以及高端体育用具的制备中提供潜在的应用。为了进一步拓展其应用范围，满足实际恶劣工况需求，有必要进一步提高非晶合金的表面性能。
[0003]激光氮化因具有操作简便、环境友好、效率高等优点，被广泛应用于材料表面性能的改善。在非晶合金激光氮化过程中，基于氮气中氮元素和非晶合金基体中锆元素在高温条件下的化学亲和性，ZrN相得以原位生成并嵌入非晶合金基体中形成具有高硬度和高耐磨性的氮化层。因此，激光氮化后锆基非晶合金的表面硬度和耐磨性得到显着提高。然而，激光氮化表面往往非常粗糙，具有明显的波峰和波谷，需要利用机械研磨来降低其表面粗糙度。但是机械研磨后分散在激光氮化表面的微孔洞仍然存在，这限制了其作为接触材料的应用性。因此，迫切需要一种可以实现表面微尺度缺陷修复，同时不影响氮化层效果的修复方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法，解决现存激光氮化锆基非晶合金表面存在微孔洞缺陷的问题。利用本专利技术提供的方法，利用配有维氏压头的划痕测试系统在一法向载荷下对激光氮化表面进行机械刻划，刻划区域材料在压头移动过程中发生塑性变形，使得压头与材料作用区域的微孔洞发生挤压变形或材料填充，从而减少了表面微孔洞。
[0005]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0006]机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法，利用配有维氏压头的划痕测试系统对激光氮化表面进行机械刻划，刻划区域材料在压头移动过程中发生塑性变形，使得压头与材料作用区域的微孔洞发生挤压变形或材料填充，进而修复激光氮化表面微孔洞，具体步骤包括：
[0007]步骤一、通过螺纹将维氏压头固定在划痕测试系统上，然后将纳秒激光氮化后的非晶合金样品固定在划痕测试系统的刻划平台上，设定刻划起始位置、法向载荷以及刻划速度；
[0008]步骤二、维氏压头在50～200mN法向载荷作用下以20μm/s速度在激光氮化表面进
行刻划，在刻划过程中，刻划区域表面微孔洞在法向力作用下发生挤压变形或材料填充，通过改变法向载荷，可以控制激光氮化锆基非晶合金表面塑性变形程度，从而实现不同程度的激光氮化锆基非晶合金表面微孔洞修复。
[0009]步骤一中所述的非晶合金样品的纳秒激光氮化制备过程及后处理过程为：利用激光脉冲宽度为10ns，波长为1064nm，重复频率为600kHz的纳秒激光器在激光功率为3.7W，扫描速度为10mm/s，相邻扫描线搭接率为70％，扫描次数为1和3的条件下进行氮气环境中激光扫描，然后使用1μm粒度的金刚石抛光膏将激光扫描表面抛光60分钟。
[0010]步骤一中所述的纳秒激光氮化后的非晶合金样品的表面微孔洞半径为1～5μm，微孔洞深度为0.1～0.5μm。
[0011]本专利技术的有益效果在于：当划痕压头以恒定速度相对于激光氮化表面移动时，刻划区域材料在法向力和横向力作用下发生塑性变形，使得压头与材料作用区域的微孔洞发生挤压变形或材料填充，因此刻划区域的微孔洞缺陷明显得到了修复。同时，由于刻划区域微孔洞被填平，材料变得均匀致密，这有助于增强疲劳强度及耐磨性。该方法有效解决了现存激光氮化锆基非晶合金表面存在微孔洞缺陷的问题。本专利技术实施过程简单、效率高、实用性强，而且不会影响刻划区域材料的组成成分，适用于各种类型的非晶合金表面微孔洞或微凹槽缺陷的修复。
附图说明
[0012]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0013]图1为本专利技术的划痕测试系统示意图；
[0014]图2为本专利技术的实施例1中的氮气氛围内纳秒激光扫描后的非晶合金表面微观形貌图；
[0015]图3为本专利技术的实施例1中的50mN法向载荷条件下机械刻划后的激光氮化锆基非晶合金表面微观形貌图；
[0016]图4为本专利技术的实施例1中的100mN法向载荷条件下机械刻划后的激光氮化锆基非晶合金表面微观形貌图；
[0017]图5为本专利技术的实施例2中的氮气氛围内纳秒激光扫描后的非晶合金表面微观形貌图；
[0018]图6为本专利技术的实施例2中的50mN法向载荷条件下机械刻划后的激光氮化锆基非晶合金表面微观形貌图；
[0019]图7为本专利技术的实施例2中的100mN法向载荷条件下机械刻划后的激光氮化锆基非晶合金表面微观形貌图；
[0020]图8为本专利技术的实施例2中的200mN法向载荷条件下机械刻划后的激光氮化锆基非晶合金表面微观形貌图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。
[0022]参见图1所示，本专利技术的机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法，利用
配有维氏压头的划痕测试系统对激光氮化表面进行机械刻划，刻划区域材料在压头移动过程中发生塑性变形，使得压头与材料作用区域的微孔洞发生挤压变形或材料填充，进而修复激光氮化表面微孔洞，具体步骤包括：
[0023]步骤一、通过螺纹将维氏压头固定在划痕测试系统上，然后将纳秒激光氮化后的非晶合金样品固定在划痕测试系统的刻划平台上，设定刻划起始位置、法向载荷以及刻划速度；
[0024]步骤二、维氏压头在50～200mN法向载荷作用下以20μm/s速度在激光氮化表面进行刻划，在刻划过程中，刻划区域表面微孔洞在法向力作用下发生挤压变形或材料填充，通过改变法向载荷，可以控制激光氮化锆基非晶合金表面塑性变形程度，从而实现不同程度的激光氮化锆基非晶合金表面微孔洞修复。
[0025]进一步的，步骤一中所述的非晶合金样品的纳秒激光氮化制备过程及后处理过程为：利用激光脉冲宽度为10ns，波长为1064nm，重复频率为600kHz的纳秒激光器在激光功率为3.7W，扫描速度为10mm/s，相邻扫描线搭接率为70％，扫描次数为1和3的条件下进行氮气环境中激光扫描，然后使用1μm粒度的金刚石抛光膏将激光扫描表面抛光60分钟。
[0026]进一步的，步骤一中所述的纳秒激光氮化后的非晶合金样品的表面微孔洞半径为1～5μm，微孔洞深度为0.1～0.5μm。
[0027]本实施例用于说明本专利技术机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法。
[0028]选用厚度为2毫米，长度为20毫米，宽度为20毫米的Z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械刻划修复激光氮化非晶合金表面微孔洞的方法，其特征在于：利用配有维氏压头的划痕测试系统对激光氮化表面进行机械刻划，刻划区域材料在压头移动过程中发生塑性变形，使得压头与材料作用区域的微孔洞发生挤压变形或材料填充，进而修复激光氮化表面微孔洞，具体步骤包括：步骤一、通过螺纹将维氏压头固定在划痕测试系统上，然后将纳秒激光氮化后的非晶合金样品固定在划痕测试系统的刻划平台上，设定刻划起始位置、法向载荷以及刻划速度；步骤二、维氏压头在50～200mN法向载荷作用下以20μm/s速度在激光氮化表面进行刻划，在刻划过程中，刻划区域表面微孔洞在法向力作用下发生挤压变形或材料填充，通过改变法向载荷，可以控制激光氮化锆基非晶合金表面塑性变形程度，从而实现不...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄虎，洪婧，吴浩翔，钱永峰，王超，崔明明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：