【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光加工，具体涉及一种bcc金属薄板的激光冲击强化方法及应用，强化后的bcc金属适用于航空工业用的高温金属结构材料、发动机喷嘴、导弹、火箭推进器或航空发动机部件等。
技术介绍
1、钨(w)、钼(mo)、钽(ta)等具有体心立方结构bcc金属，具有较高强度和硬度、优异耐磨性和抗冲击能力，主要应用于结构材料、机械零件和工具制造等领域，在建筑、航空航天、汽车和能源等行业起着重要作用。bcc金属的高强度和硬度使其能够承受较大应力和负荷，提供良好的支撑和耐久性，作为建筑场所、桥梁和飞机等结构材料的理想选择。在机械领域，bcc金属广泛应用于制造机械零件，如轴、齿轮和螺栓等，其高强度和耐磨性使这些零件能够承受高压和频繁的运动，延长设备的寿命和可靠性。此外，bcc金属也在工具制造领域发挥重要作用，由于其耐磨性好，bcc金属制成的切削工具和刀具能够高效地进行切削加工，提高生产效率和产品质量。然而，随着科技快速发展，传统bcc金属使用寿命和可靠性往往无法满足各种复杂服役环境需求。表面严重塑性变形(surface severe plasticdeformation,s2pd)作为一种表面改性技术，通过对金属材料表面冲击或一定压力接触，引起弹塑性变形，并产生残余压缩应力、加工硬化和子结构细化等有益效果，进而实现强化材料强度、硬度和延展性，增强材料使用寿命和可靠性。
2、激光冲击强化(laser shock peening,lsp)作为一种典型高应变率表面严重塑性变形技术，能够实现梯度纳米结构(gradient nanostru
技术实现思路
1、针对现有工程应用环境下，所使用传统bcc金属强度和硬度往往无法满足各种复杂服役环境需求等问题，本专利技术第一个目的在于提供一种bcc金属薄板的激光冲击强化方法。该方法能够增强bcc金属薄板材料强度和硬度，且操作简单，成本低，绿色无污染，效果显著。
2、bcc金属薄板和一般bcc金属厚板或者块体不一样，其进行激光冲击强化时，极易出现薄板表面质量受损、内部应力集中、不均匀变形严重、强化效果低等问题。
3、本专利技术第二个目的在于提供上述强化方法所制备的激光冲击强化bcc金属薄板。
4、本专利技术第三个目的在于提供上述强化方法所制备激光冲击强化优质bcc金属薄板的应用。
5、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
6、一种bcc金属薄板的激光冲击强化方法，该方法是采用激光冲击强化技术对bcc金属材料进行强化处理，该方法具体包括如下步骤：
7、(1)bcc金属材料薄板表面预处理：激光冲击强化处理前，对厚度100～1000μm的bcc金属材料试样表面进行预处理，保证试样上没有残留有机物和其他杂质。
8、优选方案，将试样放置于无水乙醇中，随后将其置于超声清洗机，设置超声频率40～100khz，清洗温度20～35℃，超声振荡清洗10～30min。
9、专利技术人发现，无水乙醇具有良好溶剂能力，可以有效清除表面油脂、有机杂质和污垢。超声波在液体中引起高频振动可以产生微小的气泡，这些气泡坍塌时能够产生强烈局部冲击力，从而将污垢有效地从表面清除。然而，过高超声频率和温度可能会导致材料表面微小颗粒和氧化物剥离，从而引起表面破坏或损伤。甚至超声场会导致材料中晶粒受到应力和位错影响，超过材料原本晶格能力范围，长时间作用下可能导致晶粒长大。过低超声温度和超声频率则无法利用无水乙醇彻底清除干净表面有机物和其他杂质。
10、进一步优选，所述无水乙醇超声振荡清洗中，超声频率80khz，超声清洗温度25℃，超声清洗时间20min。
11、优选方案，取出无水乙醇超声清洗后试样，置于去离子水中，同样将其置于超声清洗机，设置超声频率30～100khz，清洗温度20～25℃，超声振荡清洗10～20min。然后取出清洗后试样，使用0.5～1mpa氮气气枪干燥表面水分，最后将其置于真空干燥箱中，温度设置100～150℃，干燥10～20min，保证完全除去表面水分。
12、专利技术人发现，使用无水乙醇超声清洗bcc金属表面可能留下微量溶剂残留物。为了确保表面纯净度，可以使用去离子水再次清洗，去除残留无水乙醇以及其他可能杂质。同时，需要注意到去离子水超声清洗去除表面残留无水乙醇后，bcc金属表面会残留水分，容易引起金属表面氧化和腐蚀。为了确保金属表面纯净度和干燥度，防止氧化和腐蚀发生，使用氮气气枪和真空干燥箱进行干燥是一种常用方法。因为氮气是干燥无色无味气体，不含水分和其他杂质，可以有效地吹干金属表面，防止水分残留引起腐蚀。同样，去离子水超声清洗时，需要选取合适超声频率、温度和时间；氮气气枪干燥表面水分时，需要选取合适压力，可以确保有效地除去水分，而不会对金属表面造成损害。压力过低可能导致吹干不彻底，而压力过高可能造成金属表面刮伤；真空干燥箱彻底干燥时，也需要选取合适温度和时间，以免过高温度或过长时间引起损害。
13、进一步优选，所述去离子水超声振荡清洗中，超声频率50khz，超声清洗温度25℃，超声清洗时间15min；所述氮气气枪压力0.5mpa；所述真空干燥箱干燥温度120℃，干燥时间15min。
14、(2)施加约束层：预处理完的bcc金属材料试样安装在工作台上，在正面和背面分别施加一层厚度50～500μm的光学透光玻璃约束层，且单层光学透光玻璃约束层厚度为bcc金属厚度的1/3～3/5。
15、专利技术人发现，激光冲本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：步骤(1)中，将试样放置于放入无水乙醇中，随后将其置于超声清洗机，设置超声频率40～100KHz，清洗温度20～35℃，超声振荡清洗10～30min。
3.根据权利要求2所述的一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：步骤(1)中，所述无水乙醇超声振荡清洗中，优选为：超声频率80KHz，超声清洗温度25℃，超声清洗时间20min。
4.根据权利要求3所述的一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：步骤(1)中，取出无水乙醇超声清洗后试样，置于去离子水中，同样将其置于超声清洗机，设置超声频率30～100KHz，清洗温度20～25℃，超声振荡清洗10～20min；然后取出清洗后试样，使用0.5～1MPa的氮气气枪干燥表面水分，最后将其置于真空干燥箱中，温度设置100～150℃，干燥10～20min，保证完全除去表面水分。
5.根据权利要求4所述的一种BCC金属薄板的激光冲击强化方
6.根据权利要求4所述的一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：步骤(2)中，所述光学透光玻璃约束层厚度为BCC金属厚度的1/3～1/2。
7.根据权利要求1所述的一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：BCC金属薄板的材质选自W、Mo、Ta中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：
10.一种BCC金属薄板的激光冲击强化方法的应用，其特征在于：将所述BCC金属应用于高温结构材料、高速切削工具、电极、灯丝、电子元器件和电阻器、超导磁体和电力输电线路中的至少一种。
...【技术特征摘要】
1.一种bcc金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的一种bcc金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：步骤(1)中，将试样放置于放入无水乙醇中，随后将其置于超声清洗机，设置超声频率40～100khz，清洗温度20～35℃，超声振荡清洗10～30min。
3.根据权利要求2所述的一种bcc金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：步骤(1)中，所述无水乙醇超声振荡清洗中，优选为：超声频率80khz，超声清洗温度25℃，超声清洗时间20min。
4.根据权利要求3所述的一种bcc金属薄板的激光冲击强化方法，其特征在于：步骤(1)中，取出无水乙醇超声清洗后试样，置于去离子水中，同样将其置于超声清洗机，设置超声频率30～100khz，清洗温度20～25℃，超声振荡清洗10～20min；然后取出清洗后试样，使用0.5～1mpa的氮气气枪干燥表面水分，最后将其置于真空干燥箱中，温度设置100～150℃，干燥10～20min，保证完全除去表面水分。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘文胜，周佳涛，黄宇峰，马运柱，张磊，孙敬轩，王垚，樊沛源，李梓怡，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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