CN112975134A - 一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法 - Google Patents
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Abstract
一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，该方法为：首先在金属件表面构建规律的微结构，而后对金属表面进行激光冲击强化，所述的微结构可以是丘陵状或田垄状，也可以是石林状，所述金属件表面的粗糙度范围为：0.4～6.3μm，所述激光冲击强化的搭接率不低于50％，功率密度不低于1GW/cm2。本发明一种降低金属件激光辐照诱致金属污染产生的方法，既可以降低金属表面激光诱致金属污染物的产生，又可以实现对金属件强化，在对洁净度要求高且对材料轻量化和疲劳化要求高的激光应用领域具有重要应用前景，如高功率激光装置终端光学组件杂散光防护，航空航天激光器洁净控制等。
Description
技术领域
本发明涉及表面洁净控制工程领域，特别是一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法。
背景技术
随着激光技术的飞速发展，越来越被广泛用于各行各业，在国民经济和科技发展中发挥着越来越重要的作用。不同行业和科技领域对激光器的使用有着不同的要求，如激光加工领域，偏重稳定和可靠性，高功率激光驱动器则要求除了性能稳定外，还要一定的使用寿命和洁净度要求，如靶场终端组件，为了降低重点，一般采用铝合金制品，但是使用过程中又有杂散光产生，杂散光会诱致铝合金表面产生金属污染物，金属污染物喷溅聚集后又会降低光学元器件寿命和使用性能，又如航天领域应用的激光器，用于信息传输，测距等功能，除了要求性能稳定和可靠外，对洁净度控制更加严格，所以如何降低金属污染物产生非常重要，此外，航天用激光器在选材上要求也是十分严格，一般要轻量化处理，材料选择比较局限，所以如何在满足材料一定的条件下，降低金属材料的激光辐照诱致金属污染物的产生也是尤其重要。而目前存在的改善激光诱致金属表面污染物的办法要么是改变基底材料，要么通过表面改性处理，作用都较为单一，如何在降低激光诱致金属污染物产生的同时，做到更加轻量化则在激光聚变事业和航空航天激光器应用领域显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是为解决上述现有问题，提出了一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，通过采用构建微结构和激光冲击强化相结合的方法，不仅可以在激光辐照时，降低污染物产生，还可以对金属件进行强化、且达到轻量化。
本发明的解决方案如下：
一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，其特点在于，该方法包括如下步骤：
在待处理金属件表面构建微结构，且表面粗糙度Ra保持在0.4～6.3μm范围内；
对待处理金属件进行激光冲击强化。
进一步，所述的微结构呈周期性排列的丘陵状、田垄状、圆柱状或圆锥石林状。
所述的周期性排列包括直线型阵列分布，或圆形环带阵列分布。
优选的，所述的激光冲击强化的光斑搭接率不低于50％，功率密度不低于1GW/cm2。
优选的，采用精密车削或者激光加工成型方式构建所述的微结构。
优选的，所述的待处理金属件在构建微结构前和激光冲击强化前，均需进行洁净处理，以保证表面无颗粒或油污污染物。
与现有技术向，本发明的技术效果：
既可以降低金属表面激光辐照诱致金属污染物的产生，又可以实现对金属件强化，在对洁净度要求高且对材料轻量化和疲劳化要求高的激光应用领域具有重要应用前景。
附图说明
图1为金属表面微结构。
图2为激光冲击强化后表面微结构。
图3为激光辐照诱致金属污染物产生的测试示意图。
图4激光辐照诱致金属污染物产生测试结果曲线。
具体实施效果
下面通过实施例详述本发明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1为5052铝合金表面微结构形貌，微结构形貌为田垄状，呈环带分布，采用精密车削成型，表面粗糙度为Ra1.6μm，精密车削前后均有超声波进行洁净清洗，保证表面无污染颗粒或油污存在。
请参阅图2，图2为5052铝合金激光冲击强化后的表面形貌，仍为田垄状环带分布。激光冲击强化参数具体为：波长532nm，高斯脉冲，脉宽16ns，焦斑直径2.5mm，聚焦功率密度1.18GW/cm2，光斑搭接率为50％，冲击强化次数为1次。激光冲击前后均对5052铝合金进行超声洁净清洗。最终冲击强化后的硬度(HB)由原来的70变为84，提升20％。
请参阅图3激光辐照诱致金属污染物产生的测试示意图。激光器产生一定能量可调的重复频率为2Hz、波长为1064nm、脉宽为8ns的高斯脉冲激光，依次通过楔板和透镜，聚焦照射在5052铝合金样品表面，聚焦焦斑为直径为φ2.5mm；其中，部分激光通过楔板分光取样反射进入能量计，能量计事先进行标定，用于测算5052铝合金样品表面接收的激光能量；5052铝合金样品放在一密闭洁净的腔体内，腔体持续通入一定流速的洁净氮气，通过用粒子计数器统计腔体氮气排出时含有的金属颗粒数来反映5052铝合金在不同能量激光辐照诱致金属污染物产生情况。实验中粒子计数器和能量计均与电脑相连，电脑用于显示颗粒数变化曲线以及激光器实时能量监测。实验用5052铝合金样品单点激光辐照时间为40秒，粒子计数器统计周期为60秒。
参阅图4，图4为5052铝合金在上述实验参数和设置下测得的冲击强化前后不同能量密度激光辐照下的金属污染物(0.3μm颗粒物)产生情况情，在低能量密度(＜0.55J/cm2)激光辐照下，激光冲击强化后5052铝合金产生的颗粒数相较于未进行激光冲击强化时降低一半；随着激光辐照功率密度的提升(高于0.55J/cm2)，激光冲击强化后产生的颗粒数相较于未进行激光冲击强化前仍有30％以上的下降。所以本发明一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法是可行的且有效的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
在待处理金属件表面构建微结构，且表面粗糙度Ra保持在0.4～6.3μm范围内；
对待处理金属件进行激光冲击强化。
2.根据权利要求1所述的一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，其特征在于，所述的微结构呈周期性排列的丘陵状、田垄状、圆柱状或圆锥石林状。
3.根据权利要求2所述的一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，其特征在于，所述的周期性排列包括直线型阵列分布，或圆形环带阵列分布。
4.根据权利要求1所述的一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，其特征在于，所述的激光冲击强化的光斑搭接率不低于50％，功率密度不低于1GW/cm2。
5.根据权利要求1所述的一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，其特征在于，采用精密车削或者激光加工成型方式构建所述的微结构。
6.根据权利要求1所述的一种降低激光辐照诱致金属污染物产生的方法，其特征在于，所述的待处理金属件在构建微结构前和激光冲击强化前，均需进行洁净处理，以保证表面无颗粒或油污污染物。
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