激光冲击强化专利技术综述.pdf

2016年第11期(总第188期
江西建材
工程管理
激光沖击强化专利技术综述
常姣姣国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心,河南郑州450002
摘要:激光沖击强化是一种利用强激光诱导冲击波米强化金属材料表面的新激光冲击波对发动机钛合金损伤叶片进行修复,根据叶片材料特性:、厚
技术。本文主要介绍了激光沖击強化的技术发展路线及该领域重要甲度和工艺参数的对应关系,确定了叶片各点所需的激光Tと参数
请人的技术发路线
2008年,江苏人学提出を利申请“一种优化双面激光同时冲击合金厚
关键词:激光冲击强化表面改性々利
度的方法”(CNI03255268A),对薄壁零件进行双向激光击,业提高
了强化效果
1激光冲击强化的基本概念
3激光冲击强化重要申请人的技术发展路线
激光冲击强化,也称激光喷丸,是利用强激光诱导冲击波来强化金
有关激光冲击強化,山于早期其主要应用于车半领域,所以公开的
属表面的一种新技术。当短脉沖高峰伉功率密度的激光辐射金属表面专利中请量并不大,从总体上看,排名前三位的中请人分别是关国通用
时,金属表南吸收层吸收激光能量发生爆炸性汽化蒸发,产生高生等尚电气公司、关国ピ特发展公同和中国的江苏大学,其中江苏大学近几年
子体,该等离子体受到约束的约束爆炸时产生尚压冲击波,作用す金中请数量問増,对国内激光冲击化的发展做出了献,在此,闻述江
属表而并向内部传播。在材料表层形成密集、稳定的位错结构的同时,苏人学的技术发展路线。江苏人学主要从激光沖击强化存在的问题出
使材料表层产生应变使化,残留很大的压应力,显著地提高材料的抗疫发,対激光击强化金属材料1艺、激光沖击强化装置作了深入研究,
芳和抗应力腐蚀等性能”。激光冲击化的示意图如图1所示。为了其在这方共有136项を利申.其中涉及到激光部击强化金属材料
提高对激光能量的吸收和防止金材料表画受到激光的烧,一般在。艺的有104项,涉及到激光沖击强化装置的有86篇,上述ち利申计
金属材料表面冲击区域涂覆吸收层,日前吸收层一般采用黑漆或铝主要集巾作2005-2015年之间。其2006年提出を利申请“一种利加
421。在吸收层上盖约東层,约東层一般采用水或玻璃,约東层激光连续冲市強化的方法及装置”(CNI928127A),该专利中请涉及的
得等离了休的膨胀,从而有效提高激光沖击波的峰压值,增宽击波的技术要点是:首先通过将约束介质和涂层结合在起,使激光冲击化
脉宽
可以连续进行;其次,通过设置滑块、柔性工作薄膜、垫块、排液活塞等
部件,形成流动的液体约束介质层,实现自动更换液体介质约束层。其
2009年提出专利中请“一种提高材料高温疲劳寿命的强化方法与装
置”(CNI016292274),将激光沖击强化技术与低温离了注入处理这两
强脉冲激光束
种技术有效结合起来,利用各自的优点来你补对方的不足,零件材料经
约束层(流水或者玻璃
过激光冲击强化处理后再对其表面进行离了注入复合处理川,使其
表面形成高幅残余压应力,这样零件材料同时具有高耐蘑性、抗蚀性
高压等离子体
靶内传播的冲击波
抗皜温氧化性能,∏在尚温疲劳条件下激光冲击所产生的残余压应力
不会大大释放,从而提高零件的高温疲劳寿命。2010年,其提出专利
图1激光冲击强化原理示意图
请“·种激光冲击波辅助离子渗入金属基体的方法”
2激光沖击强化技术发展路线
(CN01717912A),利用激光将金属基体上方的含有渗入元素的纳米材
激光冲击强化技术山美国工业材料公同于1972年巾请的专利
料柔性贴膜汽化、电离小成需要渗入金属基体的材料的离j,在冲击波
种采用高功率密度激光脉冲改变固体材料性能的方法"”(US3850698的作用ド,将离了渗人到金属基体表层,达到改变表层金属的所需元奈
A)中首次提出,其采用尚功率脉冲激光诱导的冲击波来改变7075铝合的含量,并H对表层激光沖击强化,起到改变金属表层元素成分和强化
金的显微结构组织以提其力学性能,该专利开创了采用激光冲击强念属表层的双重效果。2012年,其提出を利申请“一种以高气体为
化材料的新工艺。此后,激光冲击技术的发展陷入沉寂。1982年,关国约東层的激光沖击强化方法及其装置'(CNI025600794),利加高乐气
巴特发展公可提出を利申请“一利采用激光冲击强化金属材料裂缝的体作为约東层,高压气体的压力可以根据实验需要进行设定调节,并控
方法”(上POO85278A1),其采激光冲击波对金属材料裂鏠处进行处制整个冲市过程中的压力不变,同时,啖嘴的位置能实时调节,确保
埋,显著提高了其裂缝处的疲劳寿命以及抗应力腐蚀性能。此后,各国高压气体的喷射中心、激光光斑中心和工件预冲击处理位置重合,从而
纷纷展开了对激光沖击强化技术的研究,有关激光沖击强化技术的を对试样实现单点多次和多点连鉄冲击。江苏大学重视激光冲击技术的
利巾请也如兩后春般涌现。其主要分为两个技术分支:(1)激光冲击研发,已初ル形成其を利布局,但是其研发以激光冲击强化Tと及装恍
化装置的研制,其中高性能激光器的研制是关键。1984年,关国中的具体细节为主,对其中的关键设备、关键艺步骤的研发较少,
LINL公司提出专利中请“?种用于激光冲击的敏玻璃激光器”定程度上制约了其发展
(US5316720A),该钕玻璃激光器共有板条结构,使激光冲击技术得到4小结
迅速发展。1998年,关国ピ特发展公司提出专利请“种采用YAC
通过以上分析可以看出,激光冲击强化技术相关的核心专利申请
激光器対金属材料进行激光泖击的方法”(US5987991A),该YAG激光人主要足外国企业,山此也可以待知这些企业掌∫该领域的关鍵技
器功半达到千瓦级,在获得高输出功率的同时保证了高光東质量,提高术,但随着国内企业科技的发展和知识产权意识的提高,国内在该领域
了化效果。2000年,关国通用电气公司提出专利中请“种用于激的中请也在逐渐増多,这也进步推动了域内在该领域的发展
光击的:极管泵浦YAG激光器”,(しS6296448Bl),该激光器功率可
达到250KW。(2)激光冲击强化工艺的研究,其主要是针对激光冲击参考文献
化的金属材料制定合适的激光冲击强化工艺。1997年,关国通用电「1肖爱民,杨继吕,张永康.激光沖击强化原理及应概述[J.电川
气公司提出专利中请“?种采用激光冲击強化涡轮叶片的方法”
工模具,2000(6):7-9.
(US5980101A),其通过激光束的数宁信号计算机计算肘间常数,从而「21周磊,李应红,汪城,等.LY2铝合金激光神击处理1.艺「J.强激光
精确制溦光脉冲能量,经化的叶片疲劳度可达413MPa。2004
j粒了東,2010,22(8):1780-1783
年,美国激光击技术公司提出专利申请(しS2004226637AI),其采
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