[发明专利]适用于激光冲击强化的约束层材料及其制备方法

说明书

一种适用于激光冲击强化约束层的材料，其特征在于，由以下组分按重量百分数组成：甲氧基‑九氟代丁烷的含量为80％‑90％，全氟己烷的含量为3％‑10％，全氟环己烷的含量为3％‑10％，全氟甲基环己烷含量为4％‑10％。本发明约束层材料具备流动性好、对1064nm和1053nm激光吸收系数低和声阻抗大等优点，克服了传统柔性约束层材料由于对1064nm和1053nm激光吸收而导致使用厚度受限，进而导致冲击强化效果降低的缺陷，可适用于各种激光冲击强化工况。

技术领域

本发明涉及激光冲击强化领域，特别是一种适用于激光冲击强化的约束层材料及其制备方法。

背景技术

激光冲击强化技术就是利用高功率密度、短脉冲激光辐照金属材料表面，在其表面(或涂层)形成等离子体高压冲击波,使零件材料表层产生塑性形变及几百MPa的残余压应力，从而提高金属的抗疲劳性能，达到延长零件疲劳寿命之目的，在航空航天领域具有较好的应用，并且在生物医疗、轨道交通、核工业等领域具有潜在应用价值。而约束层作为激光冲击强化技术中重要的组成部分，通过约束层可以有效提高激光诱导的冲击波的峰压值和增宽冲击波的脉宽，直接影响激光冲击强化的效果，所以对约束层的理论研究和约束层的选择逐渐成为热点。

国内外对约束层的材料选择进行了大量研究，具体包括K9光学玻璃、有机玻璃、硅胶、合成树脂和水等。玻璃类约束层对激光冲击效果最为明显，但是易碎和清理麻烦，仅适用于平面加工；硅胶和合成树脂类与工件结合力小，难以重复利用；水约束层由于具备柔性、清洁、低廉、可重复利用、可带走冲击强化后的固体粉尘颗粒等优点，广泛适用于各种冲击强化工况，但是也存在一些问题，限制了激光冲击强化效果，具体为：(1)自身刚性不足，激光冲击强化增强效果有限；(2)对1064nm和1053nm激光吸收强，限制了其作为约束层的厚度，进而限制了其对等离子体冲击波的约束性能；(3)激光击穿阈值低(10GW/cm²)。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有问题，为了激光冲击强化技术提供一种约束层材料。

本发明的解决方案如下：

一种适用于激光冲击强化约束层的材料，其特点在于，由以下组分按重量百分数组成：甲氧基-九氟代丁烷的含量为80％-90％，全氟己烷的含量为3％-10％，全氟环己烷的含量为3％-10％，全氟甲基环己烷含量为4％-10％。

本发明还公开了上述适用于激光冲击强化约束层的材料的制备方法，其特点在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、按配方量准备各组分，备用；

步骤二、20℃下，取甲氧基-九氟代丁烷和全氟己烷在密闭容器中混合，搅拌30分钟以上，获得混合液A；

步骤二、20℃下，在混合液A中加入全氟环己烷，搅拌30分钟以上，获得混合液B；

步骤三、20℃下，在混合液B中加入全氟甲基环己烷，并搅拌30分钟以上，即得所述的适用于激光冲击强化约束层的材料。

所述的混合液作为1064nm和1053nm激光冲击强化约束层的厚度为1-10mm。

本发明的技术效果：

本发明约束层材料在具有柔性约束层适用于各种表面的优点外，兼具有激光击穿阈值高(不低于100GW/cm²)、对1064nm和1053nm激光吸收系数低(小于0.002/米)和对激光等离子体冲击波约束力强等系列优点，大大增强了激光冲击强化效果。

附图说明

图1为激光冲击强化系统示意图。

图2为水作为约束层时5052铝合金表面激光冲击烧蚀后的组织形貌。

图3为实施例1本发明作为约束层在5052铝合金表面激光冲击烧蚀后的组织形貌。