[发明专利]一种提高激光诱导冲击波压力的方法及装置

权利要求书

1.一种提高激光诱导冲击波压力的方法，其特征在于，利用激光诱导铝箔产生等离子体，高压脉冲电极对离子体放电，诱发形成光电复合能场，进而诱导产生具有超高密度、超高速膨胀特征的高温等离子体，使高温等离子体在约束状态下撞击待加工表面，大幅提高激光诱导的冲击波压力，使高强材料表面强化，提高其强度、硬度、抗磨损以及抗疲劳性能；具体步骤为：

A)将工件(19)表面上贴有铝箔(20)，将纳秒脉冲激光照射在铝箔(20)表面上；

B)铝箔(20)吸收激光产生气化；

C)在激光作用下，气化物质电离产生具有导电特性的等离子体团；

D)等离子体团继续吸收激光能量而膨胀，促使等离子体团外表面迅速向外扩展；E)等离子体团外表面进入对称电极(22)的放电间隙后，对称电极(22)自动放电，从而自动诱发形成光电复合能场，产生高温；

F)受高温作用，等离子体密度迅速增加并产生爆炸，实现了等离子体的超高速膨胀；

G)在放电介质的约束下，超高速膨胀态的等离子体气体以超高压力的冲击波冲击工件(19)表面产生显著的强化效应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光脉宽为10～100ns。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对称电极的数量为2～6个，对称电极在水平面内围绕光斑中心点对称布置。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述电极(22)的高压电源的临界电压其中E_r为放电介质击穿时的临界电场强度，D为放电介质击穿时等离子体外表面与电极之间的距离，L₁为电极放电端与铝箔表面光斑中心的距离，V为等离子体膨胀速度，t₀为放电介质击穿时的时间，E为激光能量，τ为脉冲宽度，d为激光光斑直径，常数B通过实验数据获得。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对称电极的极间距L₂为0.8～1.0d，d为激光光斑直径；所述电极放电端与铝箔表面光斑中心的距离L₁保持在0.5～0.8d。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光诱导冲击波的时间分布通过放电介质击穿时间t₀调节，放电介质击穿时间t₀由电极放电端与铝箔表面光斑中心的距离L₁调节,具体为冲击波压力时间分布函数为其中A(t)为激光诱导冲击波的压力因子，平均冲击波压力α为激光吸收系数，Z为相对声阻抗；I₀为激光功率密度，复合场系数C(U)～U，U为高压电源电压。

7.一种实施权利要求1所述的提高激光诱导冲击波压力的方法的装置，其特征在于，包括激光冲击系统、脉冲放电系统以及运动平台系统；所述激光冲击系统包括激光器(2)、控制系统(1)、45°全反镜(3)，所述激光器(2)与控制系统(1)之间使用数据线链接；脉冲放电系统包括对称电极(22)、吊架(23)、水平滑轨(24)、流体泵(14)、存贮池(16)和高压电源(4)，所述对称电极(22)设于水平滑轨(24)上，水平滑轨(24)与吊架(23)连接，对称电极(22)之间的极间距L₂在水平滑轨(24)上可调，所述对称电极(22)通过高功率电线与高压电源(4)相连接；流体泵(14)将放电介质(12)从存贮池(16)抽出，并通过放电池入口(13)进入放电池，放电池中的放电介质(12)通过放电池出口(15)回流至存贮池(16)；流体泵(14)与存贮池(16)间设置滤清器；所述运动平台系统包含X方向工作台(9)、Y方向工作台(11)和Z方向工作台(7)，且分别设置有X方向手动调节旋钮(8)、Y方向手动调节旋钮(10)和Z方向手动调节旋钮(18)。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述放电介质(12)采用矿物质油或者去离子水，电极(22)采用电铸Cu或Cu基复合材料。