[发明专利]一种微小零件表面改性的装置

说明书

本发明提供了一种微小零件表面改性的装置，包括强化模块、卷对卷振片模块、送水模块和激光模块。所述强化模块包括壳体和弹丸，所述壳体内部设有工作空腔，所述工作空腔一端内安装可移动的振片，所述振片上均布放置若干弹丸，所述工作空腔另一端内安装待强化工件；所述卷对卷振片模块用于驱动振片移动；所述送水模块用于在振片的一侧形成约束层；所述激光模块用于产生激光束，所述激光束穿过约束层冲击振片，使振片产生振动，用于为弹丸提供动能，获得动能的所述弹丸用于冲击待强化工件。本发明利用高能纳秒脉冲激光诱导冲击波作用振片，振片驱动微小弹丸连续锤击微小零件表面实现改性处理，装置结构简单、可靠性好。

技术领域

本发明涉及材料表面改性领域，特别涉及一种微小零件表面改性的装置。

背景技术

微小型机械产品在生物医学、航空航天、国防及高科技电子产品等领域具有的应用前景。微小型机械产品中的金属微小零件，例如作为主要承载件的微齿轮、微开关等，通常受到热、力等交变载荷的作用，易引起磨损和疲劳破坏，从而导致产品的失效。微小型机械产品应用的发展对微小结构零件的表面质量、耐磨和抗疲劳性能等提出了较高的要求。此外，用于医学的微小型零件通常需要对表面进行清洁、雾面、哑光、增强附着力、清除毛刺或构刻纹理等。

金属表面强力塑性变形方法能够在不引入其他元素的情况下，实现材料表面改性，且改性层与基体界面过渡均匀，没有孔隙、污染等缺陷。表面强力塑性变形方法主要包括喷丸、喷砂、表面超声研磨等。以上方法通常采用较大尺寸弹丸锤击材料表面，单个弹丸能够过大，无法适用于微小型零件表面改性处理。激光冲击强化技术，也称激光喷丸技术，是高能纳秒脉冲激光诱导产生冲击波对材料进行表面改性，产生残余压应力和组织细化，从而提高材料服役性能。激光冲击强化技术一般采用的光斑直径在毫米级，单脉冲能量过大；而小光斑激光冲击强化技术无法使用保护层，存在一定的热效应，不适合微小型零件表面改性处理。现有技术公开了基于激光驱动微颗粒冲击的表面强化装置，利用激光诱导等离子驱动PDMS膜推动小颗粒高速冲击靶体，造成靶材表面的塑性变形，实现表面强化处理。但是金属表面强力塑性变形强化需要表面产生累积塑性变形，且强化的表面无法形成致密的强化层。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种微小零件表面改性的装置，利用高能纳秒脉冲激光诱导冲击波作用振片，振片驱动微小弹丸连续锤击微小零件表面实现改性处理，装置结构简单、可靠性好。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种微小零件表面改性的装置，包括强化模块、卷对卷振片模块、送水模块和激光模块。

所述强化模块包括壳体和弹丸，所述壳体内部设有工作空腔，所述工作空腔一端内安装可移动的振片，所述振片上均布放置若干弹丸，所述工作空腔另一端内安装待强化工件；所述卷对卷振片模块用于驱动振片移动；所述送水模块用于在振片的一侧形成约束层；所述激光模块用于产生激光束，所述激光束穿过约束层冲击振片，使振片产生振动，用于为弹丸提供动能，获得动能的所述弹丸用于冲击待强化工件。

进一步，所述工作空腔为回转体，所述振片的移动方向垂直于工作空腔的中心轴。

进一步，所述壳体包括上盖、中间壳体和下盖；所述中间壳体两端分别安装上盖和下盖，所述工作空腔为上盖、中间壳体和下盖之间贯穿的中心孔。

进一步，所述待强化工件两端分别通过第一上垫片和第二上垫片安装在上盖的中心孔处；所述振片位于中间壳体和下盖之间，所述振片两侧分别设有第一下垫片和第二下垫片。

进一步，所述卷对卷振片模块包括放料卷、收料卷、放料压辊和收料压辊，所述放料压辊和收料压辊位于振片两端，且所述放料压辊和收料压辊靠近壳体，用于定位振片；所述放料卷和收料卷用于使振片移动。

进一步，所述送水模块包括喷头、水泵、供水箱和收水箱，所述水泵位于供水箱内，所述喷头与水泵连接，所述喷头对准振片远离工作腔体的一侧；所述收水箱用于回收喷头喷出的水。