[发明专利]激光气体氮化与冲击复合改性医用钛合金的方法及装置

权利要求书

1.一种激光气体氮化与冲击复合改性医用钛合金的方法，其特征在于，具体步骤如下：

A．将医用钛合金工件表面预处理：打磨并抛光到表面粗糙度低于Ra1.6，用丙酮清洗表面油渍和污垢后装夹定位；根据加工要求，根据预定加工轨迹编制NC程序，并设定各装置参数，包括：连续和脉冲激光参数，工作台运动参数；

B．由工作台控制器控制工作台移动，移动工作台至激光气体氮化处理区，打开供气装置，使其充满氮气；设定气体激光氮化工艺参数，在钛合金工件表面制备硬质氮化层； 

C．由工作台控制器控制工作台移动，调整加工位置进入激光冲击处理区并定位；计算机控制自动喷漆装置在气体氮化处理后的工件表面喷涂20-50μm厚的均匀黑漆层；

D．通过计算机设定激光冲击工艺参数；通过多轴工作台带动工件有序运动，用激光冲击处理单元对硬质氮化层进行冲击强化处理；

E．利用测量反馈系统对冲击强化处理后的氮化层表面进行残余应力和电化学腐蚀性能测试；控制残余压应力值在-180MPa以下，在饱和甘汞电极作为参比时3.5%NaCl电解液中的自腐蚀电位大于-130mV；如果没有达到要求，则继续从步骤B开始重复至步骤B，实施冲击处理直至合格。

2.根据权利要求1所述的激光气体氮化与冲击复合改性医用钛合金的方法，其特征在于，所述步骤B中氮气气体流量20L/min，气体激光氮化工艺参数：激光功率800-1800W、波长1064nm、扫描速度10-30mm/s。

3.根据权利要求1所述的激光气体氮化与冲击复合改性医用钛合金的方法，其特征在于，所述步骤D中激光冲击工艺参数：激光脉冲能量15-35J，波长1064nm、脉冲宽度7-10ns，搭接率50%.

4.实施权利要求1所述的激光气体氮化与冲击复合改性医用钛合金的方法的装置，其特征在于，包括计算机监控单元、激光气体氮化单元、激光冲击处理单元、数控工作系统和测量反馈系统；激光气体氮化单元包括连续激光器（4）、光纤准直器（6）、光纤（7）、激光束调节器（9）、气罩（11）和氮气罐（16）；激光冲击处理单元包括纳秒脉冲激光器（5）、光纤准直器（6）、光纤（8）、激光束调节器（9）、水帘喷射装置（19）和废水回收槽（20）；测量反馈系统由残余应力检测仪（22）和快速腐蚀测试仪（23）组成，计算机监控单元包括计算机（1）、脉冲激光控制器（2）、连续激光控制器（3）、和工作台控制器（24）；纳秒脉冲激光器（5）和连续激光器（4）分别通过脉冲激光控制器（2）和连续激光控制器（3）连接到计算机（1）上，测量反馈系统的残余应力检测仪（22）和快速腐蚀测试仪（23）与计算机（1）直接相连；连续激光器（4）固定于振动隔离平台上；光纤（7）的一端通过光纤准直器（6）与连续激光器（4）的出光口相连，光纤（7）的另一端则与激光束调节器（9）连接，激光束调节器（9）调节激光束光斑大小以满足实际加工需要；安装试样的夹具（12）用螺栓固定在五轴工作台（13）上，在夹具（12）外围罩有密封用气罩（11），气罩（11）用螺栓连接固定在五轴工作台（13）上；气罩（11）前端面开设有能透过激光束的透明石英玻璃窗口，并与激光束调节器（9）的出光口前端相对；气罩（11）上部设有有气动接头，气动接头通过输气管（15）与氮气罐（16）相连，在输气管（15）上设有气动阀和气体流量计（14）；纳秒脉冲激光器（5）固定在振动隔离平台上，光纤（8）的一端通过光纤准直器（6）与纳秒脉冲激光器（5）的出光口相连，光纤（8）的另一端则与激光束调节器（9）连接；水帘喷射装置（19）固定在五轴工作台（13）上，随五轴工作台（13）一起移动以保证水帘的稳定性；水帘喷射装置（19）的出水口位于加工件前上方，废水回收槽（20）放置于加工试样的下方回收加工废水。