[发明专利]一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法

权利要求书

1.一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法，其特征在于：先采用激光冲击强化技术诱导塑性变形层，然后采用表面机械研磨处理使金属工件表面纳米化，最终获得理想层厚和优化微结构分布的金属工件表层梯度纳米结构，具体步骤如下：

(1)将金属工件待处理表面打磨并抛光，清洗；

(2)确定与金属工件材料相关的激光冲击工艺脉宽、脉冲能量、频率、光斑直径及冲击层数，在金属工件待处理表面贴上吸收层，对金属工件表面的待冲击区域进行大面积激光搭接冲击强化处理；

(3)将冲击过后的金属工件表面吸收层去除并清洗；

(4)确定与金属工件材料相关的表面机械研磨工艺振动频率、球丸直径及处理时间，在此基础上对金属工件的冲击面进行表面机械研磨处理；

该组合方法处理后的金属工件材料表层纳米量级结构层厚为30～50μm，亚微米量级结构层厚为80～200μm，整个晶粒细化层厚为800～1300μm；

激光冲击强化处理，所述脉宽为8～30ns，所述脉冲能量为2～15J，所述频率为1Hz，所述光斑直径为2～3mm，所述光斑的横向和纵向搭接率为50％，所述冲击层数为1～3层，所述吸收层为美国3M公司生产的激光冲击强化专用铝箔，约束层为去离子水水流形成的1～2mm的水膜，所述脉冲的峰值压力为P₁，所述光斑边缘的压力为P₂，满足2σ_H≤P₁≤2.5σ_H，P₂≥σ_H，其中式中，为动态屈服强度，v为材料的泊松比，使整个激光冲击光斑区域产生动态塑性变形，而光斑中心区域金属工件不产生宏观变形；

所述表面机械研磨处理过程中，所述振动频率为50Hz，所述球丸直径为6～8mm，所述处理时间为5～60min。

2.如权利要求1所述的一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法，其特征在于：所述金属工件材料为包括铝合金、钛合金、镁合金、不锈钢、镍基高温合金在内的应用于航空航天、汽车轮船、化工行业的关键重要部件的金属材料。

3.如权利要求1所述的一种在金属工件表层形成梯度纳米结构的组合方法，其特征在于，步骤(1)所述的将金属工件待处理表面打磨并抛光，清洗指：所述激光冲击强化处理过程为：先将金属工件待处理表面依次用500#，800#，1000#，1200#，1600#，2000#和2500#的砂纸进行打磨并抛光，然后用去离子水进行超声清洗。