【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高能激光表面强化，具体涉及一种变粗糙度提高激光表面强化效果的方法。
技术介绍
1、这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
2、激光冲击是一种基于脉冲激光诱导等离子体冲击波并通过待加工材料表面显著塑性变形而实现表面强化目标的绿色材料后处理技术。激光能量、脉冲宽度、光束尺寸等激光参数是目前激光冲击表面强化工艺调整的主要方面，但激光参数的精确和较大范围调节很大程度取决于高性能激光器的装备条件，从非激光参数调整的角度对激光冲击表面强化效果进行有效控制具有重要的经济价值和应用意义。
3、吸收层、约束层作为激光冲击材料后处理的重要工艺条件，对材料表面强化效果可产生明显影响，技术人员已基于待加工材料表面涂层的相关调整实现激光冲击效果的有限控制。但是，现有的激光冲击后处理工艺存在激光接收率和利用率较低等问题，较低的激光能源利用率导致激光冲击结构材料显微硬度与残余应力等表面机械性能提升程度受限。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种变粗糙度提高激光表面强化效果的方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
3、一种变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，包括如下步骤：
4、根据待加工材料及其力学性能，确定激光冲击工艺和激光冲击加工过程中是否要求在待加工材料表面涂覆吸收层涂层；
5、针对无吸收层涂层的激光冲击表面，其表面粗糙度区间为ra
6、针对有吸收层涂层的激光冲击表面，待加工材料表面粗糙度不高于ra0.01，吸收层涂层表面粗糙度为ra0.05～ra0.5；
7、对待加工材料及其涂层表面进行预处理，以获得指定表面粗糙状态；
8、采用已确定的激光冲击工艺条件对待加工材料进行激光冲击强化处理，即可。
9、在一些实施例中，高屈服强度待加工材料选用低表面粗糙度。
10、激光冲击强化处理步骤中要求待加工材料表面具有较高的激光接收率，吸收层涂层表面具有较高的激光利用率。吸收层涂层表面状态使得高能激光在材料表面产生最高强度的激光冲击波压力，待加工材料表面状态使得冲击波压力最大化垂直入射。
11、粗糙表面微纳结构的存在可提高光吸收率，从激光接收率角度而言，待加工材料表面粗糙程度的提高对材料表面强化效果提升具有益处；光滑表面使得激光光束在任一位置均满足垂直入射状态，从激光利用率而言，待加工材料表面粗糙程度的降低对材料表面强化效果提升产生裨益；材料表面粗糙程度的合理利用对有效激光冲击工艺的确定具有显著意义，利用激光冲击材料及其材料表面需涂覆吸收层的工艺特征，在材料表面及其涂覆吸收层表面预制具有不同表面粗糙度的待加工状态，可同时满足高强度激光冲击对激光接收率与激光利用率的指标要求，材料表面粗糙程度应使得材料表面对激光的接收与利用折中使用。
12、在一些实施例中，所述高屈服强度待加工材料的强度不低于600mpa～1000mpa，待加工材料表面粗糙度为ra0.001～ra0.1，吸收层涂层表面粗糙度为ra0.05～ra0.5(若有)。
13、高屈服强度材料需更高的冲击波压力方可诱导显著塑性变形，而高冲击压力的获得可依赖于更低表面粗糙度所诱导的更高激光利用率。
14、在一些实施例中，所述吸收层涂层采用脉冲激光沉积技术制备而成。
15、优选的，所述吸收层涂层为采用脉冲激光沉积技术制备的具有高光吸收效率的深色涂层。
16、优选的，所述吸收层涂层在激光沉积过程中获取设定的表面粗糙度。
17、采用沉积技术可通过工艺参数的调整使得表面涂层按照预设粗糙程度进行制备，而直接使用黑漆、黑胶带则不易于实现材料表面涂层的表面粗糙程度的定量加工。
18、以避免过度光滑使得激光接收率降低和过度粗糙使得激光能量消耗过大。
19、进一步优选的，所述深色涂层为石墨涂层或与待加工靶材同材质的材料。
20、采用脉冲激光沉积工艺制备材料表面吸收层的过程中，激光沉积靶材选择待加工构件材料。同材质沉积吸收层的使用可避免激光冲击引入待加工材料表面异物杂质。
21、进一步优选的，所述吸收层涂层的制备方法为脉冲激光沉积，即确定石墨或与待强化靶材同材质的材料为激光沉积所应用的靶材，在脉冲激光的光热效应作用下，靶材材料溅射并沉积到待强化材料表面，形成具有特定粗糙状态的表面涂层。
22、在一些实施例中，对待加工材料及其涂层表面进行预处理的方法选自机械研磨、机械抛光或化学抛光。
23、优选的，表面粗糙度的测定采用表面粗糙度仪、白光干涉仪或激光共聚显微镜进行检测。
24、在一些实施例中，所述激光冲击工艺包括但不限于激光能量、脉冲宽度和光束尺寸。
25、优选的，当待加工材料的屈服强度高时，选择的激光功率密度大。采用已确定的激光冲击工艺，对靶材进行激光冲击，最终实现待加工材料的高强度表面强化。
26、上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
27、1、本专利技术所述技术方法摆脱现有高效激光冲击对高性能激光器的依赖，从非激光参数调整角度实现待加工材料的高效激光冲击表面加工，经济效益显著且应用潜力明显。
28、2、本专利技术在激光冲击表面强化基础上辅以脉冲激光沉积进行待加工材料表面预处理，属于全激光材料表面处理新技术，高能激光技术绿色无污染。
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1.一种变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：高屈服强度待加工材料选用低表面粗糙度。
3.根据权利要求2所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述高屈服强度待加工材料的强度不低于600MPa～1000MPa，待加工材料表面粗糙度为Ra0.001～Ra0.1，吸收层涂层表面粗糙度为Ra0.05～Ra0.5。
4.根据权利要求1所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述吸收层涂层采用脉冲激光沉积技术制备而成。
5.根据权利要求4所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述吸收层涂层为采用脉冲激光沉积技术制备的具有高光吸收效率的深色涂层。
6.根据权利要求4所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述吸收层涂层在激光沉积过程中获取设定的表面粗糙度。
7.根据权利要求5所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述深色涂层为石墨涂层或与待加工靶材同材
8.根据权利要求1所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：表面粗糙度的测定采用表面粗糙度仪、白光干涉仪或激光共聚显微镜进行检测。
9.根据权利要求1所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：对待加工材料及其涂层表面进行预处理的方法选自机械研磨、机械抛光或化学抛光。
10.根据权利要求1所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述激光冲击工艺包括但不限于激光能量、脉冲宽度和光束尺寸。
...【技术特征摘要】
1.一种变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：高屈服强度待加工材料选用低表面粗糙度。
3.根据权利要求2所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述高屈服强度待加工材料的强度不低于600mpa～1000mpa，待加工材料表面粗糙度为ra0.001～ra0.1，吸收层涂层表面粗糙度为ra0.05～ra0.5。
4.根据权利要求1所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述吸收层涂层采用脉冲激光沉积技术制备而成。
5.根据权利要求4所述的变粗糙度提高激光表面强化效果的方法，其特征在于：所述吸收层涂层为采用脉冲激光沉积技术制备的具有高光吸收效率的深色涂层。
【专利技术属性】
技术研发人员：李静，林小静，卢国鑫，姚远，赵迪，王欣，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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