[发明专利]一种金属表面激光强韧化方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种金属表面激光强韧化方法及装置，其中，该方法包括：通过激光对目标金属构件的表面进行热熔化，并获取熔化层的温度；当熔化层的温度降至初生固相形成的半固态区内时，通过短脉冲激光对半固态的熔化层进行力学干扰；冷却力学干扰后的熔化层直至目标金属构件的表面形成双尺度复合结构。本发明为基于激光半固态加工的表面强韧化方法，实质上是金属件表层的自由熔化及动力再结晶过程，可消除金属件薄壁区的气孔等内部缺陷和热应力，提高了金属薄壁件的内部质量和机械力学综合性能，并有效控制宏观变形与开裂问题。

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，尤其涉及一种金属表面激光强韧化方法及装置。

背景技术

众所周知，疲劳、腐蚀和磨损是机械零部件、工程构件的三大主要破坏形式，且这些断裂失效形式多数是从构件的表面开始或源于构件表面材料的流失。因此，采用表面防护或表面强化技术延缓和控制材料表面的失效破坏，成为解决上述问题的有效方法。

目前，金属材料的表面强化处理的方法主要有传统表面淬火技术、热扩渗技术、热喷涂技术、堆焊技术、电镀硬铬技术、气相沉积技术、高能束热处理技术，以及激光表面强化技术等。其中，激光强化技术凭借其本身特有的单一波长、能量集中、加热迅速、自激冷却、变形小、无需淬火介质、利于环保、便于实现自动化等优点，在金属材料的表面强化和改性方面的应用越来越广。

金属材料的激光表面强化和改性，实质上就是利用激光的高能量密度特性在金属材料表面施行淬火、喷丸、合金化，或在较普遍使用且价格低廉的材料或其他形状材料表面制备一定厚度的高性能复合或多相材料涂层的一种新的表面技术，是激光加工技术的前沿重点研究领域之一。

然而，现有的基于单一激光热效应(激光淬火、激光熔凝、激光熔覆等)或冲击波力学效应(激光喷丸强化等)的强化技术，大多主要以外加原料熔覆、诱发基体材料相变、细化基体晶粒等方法为强化途径，致使经过激光处理后的零部件表面层组织结构尺度与形态单一，且其与内部基体的物理化学特征及性能差异较大，在使用中往往出现表层剥落或塑韧性低等脆断的失效特征。

发明内容

本发明实施例提供了一种金属表面激光强韧化方法及装置，克服传统激光热效应或力学效应处理后的零部件表层结构尺度与形态单一，且在使用中极易出现表层剥落或脆断等问题，同时提高金属零件的综合机械力学性能。

根据本发明的一个方面，提供一种金属表面激光强韧化方法，包括：

通过激光对目标金属构件的表面进行热熔化，并获取熔化层的温度；

当所述熔化层的温度降至初生固相形成的半固态区内时，通过短脉冲激光对半固态的所述熔化层进行力学干扰；

冷却力学干扰后的所述熔化层直至所述目标金属构件的表面形成双尺度复合结构。

优选地，本发明提供的一种金属表面激光强韧化方法还包括：

在对半固态的所述熔化层进行力学干扰的过程中，调节用于热熔化的激光的强弱，使得半固态的所述熔化层的温度处于适合力学作用的预置温度范围内。

优选地，本发明提供的一种金属表面激光强韧化方法还包括：

在对半固态的所述熔化层进行力学干扰的过程中，根据半固态的所述熔化层的形状参数调节所述短脉冲激光的激光参数。

优选地，所述根据半固态的所述熔化层的形状参数调节所述短脉冲激光的激光参数具体包括：

基于预置的厚度值，判断半固态的所述熔化层的厚度过大或过小后，则对应减小或增大所述短脉冲激光的脉冲宽度；

基于预置的宽度值，判断半固态的所述熔化层的宽度过大或过小后，则对应减小或增大所述短脉冲激光的频率和光斑。