[发明专利]一种激光微处理工件表面强化方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料处理加工以及激光加工应用技术领域，特指一种应用激光强化处理工件表面的方法。

背景技术

随着我国汽车、家电工业的高速发展，对工件工业提出了更高的要求，如何提高工件的加工质量和使用寿命，一直是人们不断探索的课题。而表面强化技术以其广泛的功能性，良好的环保性以及巨大的增效性，正逐步成为提高工件质量和使用寿命的重要途径。工件的表面强化处理是指用机械、物理和化学的方法对工件工作表面进行改性和覆盖等处理，使工件在保证高的强韧性基础上，不仅具有更高的强度、硬度、耐磨性，同时具有优异的抗疲劳、抗咬合、抗粘着、抗擦伤、耐腐蚀、抗高温氧化等性能的处理方法。

专利号为CN 103194750的中国专利公开了一种工件表面激光熔注局部仿生强化方法。该方法将激光熔注技术与仿生技术相结合，在工件表面进行激光熔注陶瓷颗粒而成仿生纹理，对工件表面进行局部填加陶瓷颗粒和仿生强化，由陶瓷颗粒阻断裂纹的发展，在工件表面局部制备生物结构金属基复合材料层，提高工件的耐磨性能，抗裂性能。激光熔注将增强颗粒注入基体的熔池中，有利于解决激光熔覆由于熔覆层与基体之间化学成分存在较大梯度而导致的熔覆层易开裂的问题。但是这种方法仅适用于非光滑工件表面，并且非处理区表面材料硬度及耐磨性不高，也不能有效的在非处理区阻碍裂纹的萌生。本发明将激光处理作为目的，优化冲击路线，单次冲击淬火提高工件硬度及耐磨性，二次冲击局部网格强化，在强化区及非强化区共同阻碍裂纹的萌生及发展。

发明内容

本发明提出了一种表面材料硬度及耐磨性更高的激光微处理工件表面强化方法，利用本方法能够有效阻碍局部裂纹的萌生和发展。

本发明的过程为：对工件表面进行整体激光淬火，提高工件硬度以及硬化层深度，晶粒一定程度上得到细化；对工件表面进行局部激光网格强化，强化区硬度进一步提高，晶粒进一步得到细化，位错密度增加，产生位错墙，位错缠结等晶格缺陷；在强化区与非强化区之间形成裂纹干涉带，在提高工件表面硬度，耐磨性的同时可以有效的预防裂纹的萌生及发展。

本发明采取的技术方案为：一种激光微处理工件表面强化方法，包含如下步骤：

 A、将工件放在五轴联动工作台上，将其定位好后用夹具装置夹紧；

B、用酒精去油去污溶剂去除工件表面油污和锈，以便于均匀喷涂吸光材料；

C、用喷枪或刷子将SiO2吸光涂料均匀的涂在工件表面上，提高金属表面对激光的吸收率；

D、调整激光器参数（激光功率、扫描速度）和光斑直径，对工件表面进行整体淬火；

 E、清洗工件表面，干燥后涂黑漆；

F、调整激光器参数（激光功率、扫描速度）和光斑直径，由CAD应用程序控制激光束对工件进行网格扫描，其中扫描区为强化区，未扫描区为非强化区；所述非强化区为封闭形区域，所述非强化区分散在所述强化区外； 

G、清洗工件表面的黑漆。

上述方法中，对工件表面进行整体淬火时，激光器的能量范围为600~1200w，扫描速度范围为5mm/s~30mm/s，光斑直径为4~10mm，搭接率为50%~70%，淬火后的工件硬度、抗塑性变形和抗粘磨损能力会有很大提高。

上述方法中，对工件进行网格扫描时，激光器的能量范围为0~50J，脉冲宽度为5~50ns，光斑直径为3~6mm，搭接率为30~50%。

上述方法中，所述非强化区呈阵列分布，所述非强化区的形状为正多边形，优选为正方形，其中每一个正多边形单元的边长L为2~5mm，所述非强化区的阵列间距S为4~5mm。这样，工件表面晶粒得到细化，导致工件材料呈现各向同性，庞大的界面导致位错无法塞积，工件服役时，不仅应力集中大大减小，疲劳裂纹扩展也受到阻碍，塑性增强。此外，非强化区即仅进行淬火处理的工件表面晶粒尺寸相对强化区平均晶粒尺寸要大，位错分布随机，这与致密的强化区晶粒排列迥异，非强化区与强化区之间会形成一条裂纹干涉带，可以有效的预防疲劳裂纹的扩展。