CN113621788A - 适用于激光冲击强化的约束层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

适用于激光冲击强化的约束层材料及其制备方法

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。

图4为实施例2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。

图5为实施例3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。

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。

实施例1

请参阅图1，图1激光冲击强化系统示意图，如图所示，激光器1输出能量为60mJ、脉宽为10ns的1064nm激光，经45°全反镜2、透镜3缩束后穿过厚度为d的约束层4聚焦在吸收层5表面，光斑直径为0.5mm，吸收层5为厚度为0.1mm的电工黑胶带，电工黑胶带粘附在工件65052铝合金上。鉴于激光器输出能量偏低以及抛光铝合金高反特性，为了更好的观察不同约束实施的具体效果，激光冲击强化过程中不采用电工黑胶带5，让激光器1上的激光透过约束层4直接聚焦在工件6 5052铝合金表面，通过最终烧蚀的损伤点尺寸大小来反映约束层4的效果。

参阅图1和图2，约束层为去离子水，所述厚度d为2mm时，最终激光冲击烧蚀后的损伤点尺寸半径为295μm。

参阅图1和图3，所述约束层4为甲氧基-九氟代丁烷、全氟己烷、全氟环己烷和全氟甲基环己烷混合物，20℃下，分别取甲氧基-九氟代丁烷80％、全氟己烷10％、全氟环己烷5％和全氟甲基环己烷5％，依次倒入密闭容器中，其中，密闭容器中每添加一种上述所述己烷后，均使用搅拌器均匀搅拌30分钟。

约束层厚度d为2mm，最终激光冲击烧蚀口的损伤点尺寸半径为306μm。

参阅图2和图3，对比图2、图3可知，在相同激光参数和同等约束层厚度(d＝2mm)时，本发明约束层材料相较于去离子水作为约束层激光冲击烧蚀后的损伤点尺寸更大，说明采用本发明约束层激光冲击效果更好。

实施例2

参阅图1和图4，所述约束层为甲氧基-九氟代丁烷、全氟己烷的、全氟环己烷和全氟甲基环己烷的混合物，20℃下，分别取甲氧基-九氟代丁烷83％、全氟己烷3％、全氟环己烷10％和全氟甲基环己烷4％，依次倒入密闭容器中，其中，密闭容器中每添加一种上述所述己烷后，均使用搅拌器均匀搅拌30分钟。

约束层厚度为2mm，最终激光冲击烧蚀口的损伤点尺寸半径为300μm。

参阅图2和图4，对比图2、图4可知，在相同激光参数和同等约束层厚度(d＝2mm)时，本发明约束层材料相较于去离子水作为约束层激光冲击烧蚀后的损伤点尺寸更大，说明采用本发明约束层激光冲击效果更好。

实施例3

参阅图1和图5，所述约束层为甲氧基-九氟代丁烷、全氟己烷的、全氟环己烷和全氟甲基环己烷的混合物，20℃下，分别取甲氧基-九氟代丁烷80％、全氟己烷3％、全氟环己烷7％和全氟甲基环己烷10％，依次倒入密闭容器中，其中，密闭容器中每添加一种上述所述己烷，均使用搅拌器均匀搅拌30分钟。

所述厚度为2mm，最终激光冲击烧蚀口的损伤点尺寸半径为310μm。

参阅图2和图5，对比图2、图5可知，在相同激光参数和同等约束层厚度(d＝2mm)时，本发明约束层材料相较于去离子水作为约束层激光冲击烧蚀后的损伤点尺寸更大，说明采用本发明约束层激光冲击效果更好。

实施例4

所述约束层为甲氧基-九氟代丁烷、全氟己烷的、全氟环己烷和全氟甲基环己烷的混合物，20℃下，分别取甲氧基-九氟代丁烷90％、全氟己烷3％、全氟环己烷3％和全氟甲基环己烷4％，依次倒入密闭容器中，其中，密闭容器中每添加一种上述所述己烷后，均使用搅拌器均匀搅拌35分钟。

厚度为2mm，最终激光冲击烧蚀口的损伤点尺寸半径为312μm。

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 (3)

1.一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％。

2.权利要求1所述的适用于激光冲击强化约束层的材料的制备方法，其特征在于，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。

3.权利要求1或2所述的材料，其特征在于，该材料作为1064nm和1053nm激光冲击强化约束层的厚度为1-10mm。

Images