[发明专利]一种铝合金表面激光强化方法

说明书

本申请公开了一种铝合金表面激光强化方法，包括以下步骤：热处理：对峰时效后铝合金进行热处理；将热处理后的铝合金加工成工件；对工件表面进行激光冲击强化，激光功率密度4～12GW/cm²，脉宽12～16ns，脉冲频率1～3Hz。本申请提供的铝合金表面激光强化方法，所制备的铝合金工件，导电率可以达到43.4％IACS以上，同时抗拉强度保持在521MPa、屈服强度可以达到483MPa，解决了铝合金强度与导电率难以同时满足电枢高速发射承载要求的难题。

技术领域

本申请涉及铝合金表面强化技术领域，特别是涉及一种铝合金表面激光强化方法。

背景技术

电磁轨道炮具有初速高、射程远、响应速度快、拦截精度高、综合毁伤能力强、全寿命成本低的优点，是一种极具潜力的新概念动能武器，已成为美、英、德、法、俄等军事大国竞相研究的对象。

电枢作为电磁轨道炮发射系统关键部件之一，与导轨接触产生大电流，从而以洛伦兹力推动弹丸高速运动。电枢极端工作条件对材料提出了轻质高强高导的要求。目前国内外大多以7系铝合金制备电枢，但仍存在如下问题：导电率不够，需要更高的加载电流才能产生高速发射需要的驱动力，电流过大，电枢容易烧损失效；且强度过低，无法承载电枢入膛及发射时的等效应力，导致开裂；同时铝合金硬度低，摩擦系数高，一旦入膛时出现磨损，加载电流后将产生电弧，容易对导轨产生损伤。尽管7系铝合金是一种可热处理强化的合金，但仅通过现有铝合金热处理技术很难调控综合性能同时满足电枢高速发射的要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的为提供一种铝合金表面激光强化方法；本申请提供的铝合金表面激光强化方法，所制备的铝合金工件，导电率可以达到43.4％IACS以上，同时抗拉强度保持在521MPa、屈服强度可以达到483MPa，解决了铝合金强度与导电率难以同时满足电枢高速发射承载要求的难题。

本发明提供的技术方案如下：

一种铝合金表面激光强化方法，包括以下步骤：

热处理：对峰时效后铝合金进行热处理；

将热处理后的铝合金加工成工件；

对工件表面进行激光冲击强化，激光功率密度4～12GW/cm²，脉宽12～16ns，脉冲频率1～3Hz。

优选地，所述峰时效铝合金，抗拉强度达到680～720MPa。

优选地，对峰时效后铝合金进行热处理具体为：将铝合金在170～200℃保温6～14h，保温结束后取出空冷。

优选地，激光冲击强化在氧含量180～240PPm环境下进行。

优选地，向环境内充入氩气，使得氧含量在180～240PPm。

优选地，激光冲击强化的冲击次数为2～3次。

优选地，所述铝合金为7系铝合金。

优选地，所述铝合金的牌号为7055。

电枢高速发射承载通常要求高导电率和高强度，一般认为导电率要高于40％IACS，抗拉强度不低于500Mpa，屈服强度不低于470Mpa。本申请提供的铝合金表面激光强化方法，先对峰时效后铝合金进行热处理，然后加工成最终服役尺寸的工件后，对工件表面进行激光冲击强化。其中，热处理后，铝合金中固溶原子析出，晶格畸变程度降低，对电子的散射作用减弱，此时铝合金导电率提高，强度降低；同时，高功率脉冲激光可以改变电枢工件表面应力状态，工作时与拉应力作用有一定的抵消效果，提高负载能力，热处理对提高铝合金导电性起到重要作用。不仅如此，热处理后的铝合金在激光冲击的作用下，工件表面引入了高位错密度，起到位错强化的作用，同时可以细化表面组织，起到细晶强化的作用；激光冲击强化后工件形成热影响区小，表面非晶态层仅500～1000μm，对工体整体导电性无影响。