[发明专利]一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法

说明书

本发明公开了一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法，包括以下步骤：制备具有反高斯状态光强分布方式的激光光束；待加工材料表面涂覆吸收层或约束层；采用反高斯状态光强分布方式的激光光束对待加工材料表面进行激光冲击加工处理，处理时待加工材料表面单光斑辐照的不同区域获得不同的激光冲击压力。

技术领域

本发明属于表面冲击强化技术领域，具体涉及一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

当金属材料表面涂覆特定涂层时，脉冲激光可以在其表面产生超强的瞬时冲击波。目前已将这种脉冲激光的力效应逐步应用于材料强化和成形领域。激光冲击表面强化处理主要通过引入材料表面一定深度残余应力的方式有效提高材料的疲劳等服役性能。然而，“残余应力洞”现象的出现却使得近乎完美的激光冲击加工方法出现了瑕疵。“残余应力洞”的出现导致激光冲击波强化后材料表面残余应力分布的不均匀性，如何最大程度地避免“残余应力洞”的不利影响并设法抑制应力分布不均的发生成为技术人员需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法，该方法可对待加工材料表面单光斑辐照的不同区域形成不同的激光冲击压力，对于削弱“残余应力洞”的形成趋势产生积极影响。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法，包括以下步骤：

制备具有反高斯状态光强分布方式的激光光束；

待加工材料表面涂覆吸收层或约束层；

采用反高斯状态光强分布方式的激光光束对待加工材料表面进行激光冲击加工处理，处理时待加工材料表面单光斑辐照的不同区域获得不同的激光冲击压力。

作为进一步的技术方案，所述吸收层材料为黑漆或黑胶带，采用喷涂或粘贴的方式固定于待加工材料表面。

作为进一步的技术方案，所述约束层材料为玻璃或去离子水幕。

作为进一步的技术方案，激光冲击加工处理时，激光光束搭接率为30％～70％。

第二方面，本发明实施例还提供了一种具有反高斯分布冲击波强度的激光表面强化方法，包括以下步骤：

制备具有高斯分布状态厚度的单光斑吸收层/单光斑约束层；

将单光斑吸收层涂覆于待加工材料表面；或者，将均匀厚度吸收层以及单光斑约束层涂覆于待加工材料表面；

采用具有平顶分布光强的激光光束对待加工材料表面进行激光冲击加工处理，处理时待加工材料表面单光斑辐照的不同区域获得不同的激光冲击压力。

作为进一步的技术方案，单光斑吸收层的制备步骤为：

涂覆均匀厚度的吸收层；

制备反高斯形式的压印模具；

将压印模具按压吸收层，进而得到具有高斯分布状态厚度的单光斑吸收层。

作为进一步的技术方案，采用单光斑吸收层时，对待加工材料表面至少进行两次冲击处理。

作为进一步的技术方案，冲击处理时，待加工材料表面的单光斑吸收层呈紧挨而不搭接的排布方式；第一次冲击处理中，利用具有平顶分布光强的激光光束对待加工材料进行冲击处理；在第二次冲击处理中，每个单光斑辐照区域的位置在待加工材料表面沿横向和纵向移动单光斑辐照圆形区域的半径距离。

作为进一步的技术方案，单光斑约束层的制备过程为：