CN117259993A - 提高材料表面质量和力学性能的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高材料表面质量和力学性能的系统及方法。所述方法，包括采用脉冲激光对待处理材料表面的选定区域进行激光冲击强化处理，以在所述待处理材料表面形成位错塞积和/或纳米晶；采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，以至少除去激光冲击强化处理后形成的凹痕和/或裂纹。本发明实施例提供的一种提高材料表面质量和力学性能的方法，可以改善激光冲击强化处理后材料表面的质量，同时可以进一步提升激光冲击强化表面的力学性能，对激光冲击强化实际应用具有一定的推动作用。
Description
技术领域
本发明特别涉及一种提高材料表面质量和力学性能的系统及方法，属于激光加工技术领域。
背景技术
激光冲击强化(LSP)，又称激光喷丸，该技术采用纳秒短脉冲高能激光束代替有质弹丸冲击工件表面对材料表面进行改性处理的先进技术。激光冲击强化处理后，由于产生的冲击波强度远高于大多数材料的弹性屈服极限，材料表层一定深度内出现晶粒细化、形成残余压应力、增大位错密度等，从而抑制材料疲劳裂纹的萌生和发展，显著延长材料的疲劳寿命，提高材料力学性能。
激光表面处理的原理是以高能量激光束快速扫描工件，使被照射的金属表面温度快速升高，实现表面薄层的重熔和快速凝固。在激光表面处理时，精确的控制激光束直接辐照材料表面实现抛光。激光束的能量/强度进行控制以便刚好熔化表面的峰谷且熔化的材料刚好可以由于多个方向的表面张力和重力而造成均匀的分布在谷底。激光表面处理工艺不仅可以提升零件的表面力学性能，同时也可以改善表面粗糙度。
在激光冲击强化的过程中材料表面受冲击波的影响发生严重塑性变形，形成材料的凸起和凹陷，即形成了许多“峰”和“谷”，使得在原熔覆层表面光洁度较低的情况下又增大了原金属表面的粗糙度。空军工程大学研究表明，Ra值为419nm的表面光滑不锈钢经激光冲击强化处理后Ra值为584nm，而且较大的粗糙度会导致相邻层之间难以形成紧密重熔，层间结合不良，会形成较大的层间未熔合缺陷，就可能会成为裂纹萌生点，很难满足零件的工业标准要求。
激光冲击强化后零件表面质量低，尤其对表面耐腐蚀性、抗拉强度等产生较大的影响，这限制了激光冲击强化工艺的进一步实际应用。为进一步拓展激光冲击强化应用，研究人员在激光冲击强化工艺优化方面进行了大量研究。然而，在激光冲击强化复合工艺研究较少，温州大学(CN103060528A)提出了一种激光复合强化工艺，该工艺包括激光微细加工，激光冲击强化，表面涂层，激光冲击波微织构四个步骤，该激光复合强化工艺能够明显提高具刃区的残余压应力，浸润特性和传热，冷却，润滑条件，缓和积削瘤和鳞刺的产生以及镍基材料在刀具表面的粘结，延长刀具寿命，提高加工质量稳定性。江苏大学(CN109207906A)提出一种激光高温冲击渗氮复合加工装置和方法。首先通过渗氮加工系统对材料进行第一次高温高压渗氮处理，在试样表面生成一定深度的氮化层，然后将渗氮炉解压，根据材料动态时效应变的温度要求，调节渗氮炉内部温度并保温，启动激光高温冲击系统对材料表面进行第一次冲击强化，在材料表面生成高密度的位错、位错缠结及亚晶界，并诱导氮原子与金属原子发生高温相变反应。进而还可以进行第二次渗氮和第二次激光冲击强化。
目前，激光冲击强化复合工艺研究主要集中于激光与渗氮等表面处理的复合上，多激光工艺复合冲击强化研究很少。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种提高材料表面质量和力学性能的系统及方法，从而克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种提高材料表面质量和力学性能的方法，包括：
采用脉冲激光对待处理材料表面的选定区域进行激光冲击强化处理，以在所述待处理材料表面形成位错塞积和/或纳米晶；采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，以至少除去激光冲击强化处理后形成的凹痕和/或裂纹。
本发明实施例还提供了一种全激光复合冲击强化系统，用于实施所述的提高材料表面质量和力学性能的方法，所述全激光复合冲击强化系统包括：
激光冲击强化单元，包括脉冲激光器和激光冲击强化头，所述脉冲激光器至少用于提供脉冲激光，所述激光冲击强化头至少用于输出所述脉冲激光；
激光表面处理单元，包括连续激光器和扫描振镜，所述连续激光器至少用于提供连续激光，所述扫描振镜至少用于调节所述连续激光的入射角度和扫描路径；
复合冲击头，设置在所述脉冲激光器、连续激光器与激光冲击强化头、扫描振镜之间，并至少用于将脉冲激光器提供的脉冲激光引导至激光冲击强化头、将连续激光器提供的连续激光引导至扫描振镜；
运动控制单元，与所述激光冲击强化头传动连接，并至少用于驱使所述激光冲击强化头沿选定轨迹运动；
控制单元，与所述激光冲击强化单元、激光表面处理单元、运动控制单元连接。
与现有技术相比，本发明的优点包括：本发明实施例提供的一种提高材料表面质量和力学性能的方法，可以改善激光冲击强化处理后材料表面的质量，同时可以进一步提升激光冲击强化表面的力学性能，对激光冲击强化实际应用具有一定的推动作用。
附图说明
图1是本发明一典型实施案例中提供的一种全激光复合冲击强化系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种提高材料表面质量和力学性能的方法的原理示意图；
图3a、图3b分别是采用传统激光冲击强化工艺和本发明实施例提供的全激光复合冲击强化工艺处理后的材料表面粗糙度示意图；
图4是未经处理的材料、只经过激光冲击强化处理和全激光复合冲击强化处理后的材料表面显微硬度；
图5是对比例1处理后的材料表面粗糙度图；
图6是对比例2处理后的材料表面粗糙度图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例涉及的技术术语解释：激光表面处理过程中，激光产生的能量会使表面材料发生熔化，熔池就是材料熔化的中心部分。
本发明实施例提供了一种提高材料表面质量和力学性能的方法，包括：
采用脉冲激光对待处理材料表面的选定区域进行激光冲击强化处理，以在所述待处理材料表面形成位错塞积和/或纳米晶；采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，以至少除去激光冲击强化处理后形成的凹痕和/或裂纹。
在一些较为具体的实施方案中，所述的方法具体包括：采用所述脉冲激光在第一时间段内对待处理材料表面的选定区域进行激光冲击强化处理，采用所述连续激光至少在所述第一时间段内的部分时间段对待处理材料表面经激光冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理。
在一些较为具体的实施方案中，所述的方法具体包括：在第一时间段内采用脉冲激光对待处理材料表面的至少部分选定区域进行冲击强化处理；在第二时间段内采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，所述第二时间段在所述第一时间段之后。
在一些较为具体的实施方案中，所述的方法具体包括：重复对所述待处理材料表面进行激光冲击强化处理和激光表面处理两次以上。
在一些较为具体的实施方案中，所述激光表面处理包括激光抛光处理或激光表面重熔处理。
在一些较为具体的实施方案中，所述的方法包括：在保护气氛条件下进行所述的激光表面处理，所述保护气氛包括氮气气氛或惰性气体气氛。
在一些较为具体的实施方案中，所述的方法包括：采用脉冲激光对待处理材料表面的选定区域进行1-100次冲击。
在一些较为具体的实施方案中，所述脉冲激光的波长为510-530nm，所述脉冲激光单脉冲的能量为0-3J，脉宽为10-20ns。
在一些较为具体的实施方案中，所述脉冲激光的能量密度为0.1-100GW/cm2，光斑重叠率为1-99％。
在一些较为具体的实施方案中，所述连续激光的激光功率为50-1000W，扫描速度为10-2000mm/s，填充间距为0.005-0.1mm，离焦量为-10-10mm。
在一些较为具体的实施方案中，所述连续激光的波长为1050-1070nm。
本发明实施例还提供了一种全激光复合冲击强化系统，用于实施所述的提高材料表面质量和力学性能的方法，所述全激光复合冲击强化系统包括：
激光冲击强化单元，包括脉冲激光器和激光冲击强化头，所述脉冲激光器至少用于提供脉冲激光，所述激光冲击强化头至少用于输出所述脉冲激光；
激光表面处理单元，包括连续激光器和扫描振镜，所述连续激光器至少用于提供连续激光，所述扫描振镜至少用于调节所述连续激光的入射角度和扫描路径；
复合冲击头，设置在所述脉冲激光器、连续激光器与激光冲击强化头、扫描振镜之间，并至少用于将脉冲激光器提供的脉冲激光引导至激光冲击强化头、将连续激光器提供的连续激光引导至扫描振镜；
运动控制单元，与所述激光冲击强化头传动连接，并至少用于驱使所述激光冲击强化头沿选定轨迹运动；
控制单元，与所述激光冲击强化单元、激光表面处理单元、运动控制单元连接。
需要说明的是，复合冲击头的作用是对两种工艺光路的整合，通过光路整合可以使得两种工艺衔接更紧凑，提高加工精度和效率减少定位误差，扫描振镜是激光表面处理单元的一部分，激光从激光器出来后，通过光路进入扫描振镜，通过扫描振镜的偏转来实现对待处理材料表面不同区域进行激光表面处理。
在一些较为具体的实施方案中，所述的全激光复合冲击强化系统还包括：辅助单元，所述辅助单元还与所述控制单元连接，所述辅助单元包括超纯水循环机构、激光器冷水供给机构、气氛保护机构，所述超纯水循环机构至少用于在激光冲击强化处理过程中提供超纯水形成作为约束层的水膜，所述激光器冷水供给机构至少用于对激光器进行循环水冷却，所述气氛保护机构至少用于在激光表面处理过程中提供不同的气体氛围。
在一些较为具体的实施方案中，所述的全激光复合冲击强化系统还包括：运动平台，所述运动平台至少用于放置待处理材料。
如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本发明实施例中所采用的激光器、控制器以及扫描振镜、运动平台等均可以是本领域技术人员已知的，在此不对其具体的结构和型号进行限定。
实施例1
请参阅图1，一种全激光复合冲击强化系统，包括控制单元1、运动控制单元2、激光表面处理单元3、激光冲击强化单元4、辅助单元5和运动平台10，
所述运动平台10用于放置待处理材料9，所述运动控制单元2、激光表面处理单元3、激光冲击强化单元4、辅助单元5分别与所述控制单元1连接，所述激光表面处理单元3用于提供连续激光以对待处理材料9进行激光表面处理，所述激光冲击强化单元4用于提供脉冲激光以对待处理材料9进行激光冲击强化处理；所述运动控制单元2与所述激光冲击强化单元4传动配合，以使激光冲击强化单元4对待处理材料9表面不同区域进行处理，所述辅助单元5用于向待处理材料9表面提供超纯水、对激光表面处理单元3、激光冲击强化单元4进行冷却以及对待处理材料9表面提供保护气氛等，所述控制单元1用于调控运动控制单元2、激光表面处理单元3、激光冲击强化单元4、辅助单元5的工作状态和工作参数。
所述扫描振镜7、激光冲击强化头8分别用于将激光表面处理单元3提供的连续激光、激光冲击强化单元4提供的脉冲激光入射至待处理材料9上，所述复合冲击头6上，所述扫描振镜7、激光冲击强化头8分别与所述激光表面处理单元3、激光冲击强化单元4相对应；
以及，所述运动控制单元2、辅助单元5还与所述复合冲击头6连接，所述运动控制单元2用于驱使复合冲击头6沿选定轨迹运动，所述辅助单元5用于提供超纯水或气氛保护。
在本实施例中，所述激光表面处理单元3包括至少一连续激光器和扫描振镜7，所述连续激光器用于提供连续激光，所述扫描振镜7设置在所述连续激光的光路上，所述扫描振镜至少用于调节所述连续激光的入射角度；所述扫描振镜7可以二维扫描振镜或三维扫描振镜等；所述激光冲击强化单元4包括至少一脉冲激光器和激光冲击强化头8，所脉冲激光器用于提供脉冲激光，所述激光冲击强化头至少用于输出所述脉冲激光。
在本实施例中，所述运动控制单元2与所述激光冲击强化头8传动连接，所述运动控制单元2可以是XY平移机构等。
在本实施例中，所述脉冲激光器、连续激光器与激光冲击强化头、扫描振镜之间还设置有复合冲击头6，复合冲击头6至少用于将脉冲激光器提供的脉冲激光引导至激光冲击强化头、将连续激光器提供的连续激光引导至扫描振镜。
在本实施例中，复合冲击头6的作用是对两种工艺光路的整合，通过光路整合可以使得两种工艺衔接更紧凑，提高加工精度和效率减少定位误差，扫描振镜作为激光表面处理单元的一部分，激光从激光器出来后，通过光路进入扫描振镜，通过扫描振镜的偏转进行激光表面处理；激光冲击强化单元通过控制系统控制激光器输出脉冲激光，输出的脉冲激光再通过光路传递到激光冲击强化头，同时控制系统运动系统带动激光冲击强化头进行工作。
在本实施例中，所述连续激光器和脉冲激光器可以是能够提供各种脉宽、波长、频率以及能量的激光器，所提供的连续激光和脉冲激光可以是红外光、绿光等不同波段的激光。
在本实施例中，所述辅助单元包括超纯水循环机构、激光器冷水机构、气氛保护机构等，超纯水循环机构的作用是激光冲击强化处理过程中提供超纯水做水膜充当约束层，在激光冲击强光过程中对加工区域进行喷水，激光器冷水机构主要是对激光器进行冷却，气氛保护机构主要是在激光表面处理过程中可以对待处理表面进行不同气体氛围的保护。
请参阅图2，一种提高材料表面质量和力学性能的方法，可以采用图1中的一种全激光复合冲击强化系统进行实施，具体可以包括如下步骤：
以在所述待处理材料表面形成位错塞积和/或纳米晶；采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，以至少除去激光冲击强化处理后形成的凹痕和/或裂纹；采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，以至少除去激光冲击强化处理后形成的凹痕和/或裂纹。
在本实施例中，所述冲击强化处理和激光表面处理可以是同步进行的，也可以是分步进行的，例如，可以采用所述脉冲激光在第一时间段内对待处理材料表面的选定区域进行激光冲击强化处理，采用所述连续激光至少在所述第一时间段内的部分时间段对待处理材料表面经激光冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，或者，在第一时间段内采用脉冲激光对待处理材料表面的至少部分选定区域进行冲击强化处理；在第二时间段内采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，所述第二时间段在所述第一时间段之后。
在本实施例中，在对待处理材料表面进行激光冲击强化处理时，使脉冲激光与待处理材料表面垂直，以及，在对待处理材料表面进行激光表面处理时，使连续激光与待处理材料表面垂直。
在本实施例中，激光冲击强化处理与激光表面处理可以进行一个周次的循环，也可以进行多个周次的循环，一周次的循环包括激光冲击强化处理和激光表面处理。
在本实施例中，所述激光冲击强化处理可以是采用脉冲激光对待处理材料表面的选定区域进行1-100次冲击，所述脉冲激光的波长为510-530nm，所述脉冲激光单脉冲的能量为0-3J，脉宽为10-20ns，所述脉冲激光的能量密度为0.1-100GW/cm2，光斑重叠率为1-99％。
在本实施例中，所述激光表面处理包括激光抛光处理或激光表面重熔处理，进行激光表面处理所采用的连续激光的激光功率为50-1000W，扫描速度为10-2000mm/s，填充间距为0.005-0.1mm，离焦量为-10-10mm，所述连续激光的波长为1050-1070nm。
在本实施例中，在进行所述激光表面处理时，可以进行气氛保护，所采用的保护气氛包括氮气气氛或惰性气体气氛等。
请再次参阅图2，在以脉冲激光对待处理材料进行激光冲击强化处理时，一次能形成高达数个GPa的冲击波，该冲击波可以大幅细化材料表面材料的晶粒，并且高能冲击波使材料表面形成大量位错塞积、纳米晶等，从而可以提高材料表面硬度、引入较大残余压应力、提高材料/材料的疲劳寿命和耐腐蚀性能等。然而，激光冲击强化处理后容易在材料表面产生表面凹痕和裂纹等缺陷，这对材料表面的耐腐蚀性和拉伸强度等有一定的影响；往往需要用砂纸打磨去除表面的凹痕和裂纹；而激光表面处理工艺可以实现表面薄层的重熔和快速凝固，通过控制激光能量输入，熔化激光冲击强化处理后材料表面的凹痕和裂纹等缺陷，可以进一步提升材料表面质量和力学性能。
本案发明人研究发现，冲击强化处理后进行激光表面处理对表面质量的提升和力学性能的提升效果是不确定的，激光冲击强化属于冷变形加工，激光表面处理属于热变形加工，两种工艺对改变材料组织的方式不同，这是一个复合工艺结果，该复合工艺可以同时实现一种材料的冷热变形加工。对于不同的材料，不同的激光处理工艺参数，得到的结果不同。首先，激光冲击强化工艺会细化材料表面的组织，提升表面的力学性能，但是也会导致一些表面裂纹凹痕等缺陷的产生，对材料的直接应用是不利的，而激光冲击强化后进行激光表面处理可以解决冲击强化产生的表面缺陷，同时可以通过激光的快热快冷效应实现材料表面的快速热处理，进一步强化材料的表面性能；本发明实施例提供的全激光复合冲击强化过程中，激光冲击强化通过冷变形工艺改变材料的微观组织，激光表面处理在此基础上通过重熔热处理进一步改变材料的微观组织，从而进一步影响材料表面的力学性能，得到的微观组织与单独的激光冲击强化和激光表面处理均是全然不同。
实施例2
以TC4钛合金材料作为待处理材料，以波长为530nm、单脉冲能量为3J、脉宽为10ns的脉冲激光器形成的光源作为激光冲击强化处理的光源，以波长为1064nm、激光功率为1000W的连续激光器作为热源的表面处理工艺相结合，形成激光冲击-激光表面处理TC4钛合金工艺，具体包括如下步骤：
1)将TC4钛合金材料表面打磨平整，并用酒精等清洗干净；
2)对TC4钛合金材料进行50％搭接率的激光冲击强化处理，激光冲击强化处理的激光能量密度为0.1-100GW/cm2，光斑重叠率为1-99％，冲击次数为1-100次；
3)激光冲击强化处理完后，直接进行激光表面处理，激光表面处理的激光功率为50-1000W，扫描速度为10-2000mm/s，填充间距为0.005-0.1mm，离焦量为-10-10mm；
4)结束后关闭所有设备，完成激光冲击与表面处理耦合强化过程。
经测试对比，如图3a、图3b所示，激光冲击强化后材料表面的粗糙度为Ra11.18μm，激光表面处理后材料表面的粗糙度降低为Ra 0.70μm，表面质量明显提升。
本发明人还分别对未经处理的TC4钛合金材料、经激光冲击强化处理后的TC4钛合金材料和经全激光复合冲击强化后的TC4钛合金材料的显微硬度进行测试，测试结果如图4所示，最终得出材料的显微硬度分别为381.29Hv、430.11Hv和821.60Hv，显然，经过全激光复合冲击强化后，材料的显微硬度相比于原始材料和只进行冲击强化处理的材料分别提升了115％和91％，材料表面显微硬度得到大幅度的提升。
对比例1
对比例1与实施例2的处理工艺基本相同，不同之处在于：
对比例1在进行激光冲击强化处理的激光能量密度为0.1-100GW/cm2，光斑重叠率1-99％，冲击次数1-100次；激光表面处理的激光功率为10-50W，扫描速度为2000-5000mm/s，填充间距为0.1-0.5mm，离焦量为-10-10mm。
对对比例1中处理后的TC4钛合金材料进行测试，结果图5所示，由于激光表面处理过程中的输入能量过低，达不到材料升华或者熔化的条件，导致激光冲击强化后的表面缺陷没有被去除掉，导致表面性能变差。同时，能量输入过低激光表面处理后不能改变材料的组织，因此不能达到复合强化的效果。所以只有当激光表面处理输入能量合适的情况下，才能既提升材料表面质量又改变材料组织提升表面性能。
对比例2
对比例2与实施例2的处理工艺基本相同，不同之处在于：对比例2在激光冲击强化处理的激光能量密度为0.1-100GW/cm2，光斑重叠率为1-99％，冲击次数为1-100次，激光表面处理的激光功率为1000-5000W，扫描速度为1-10mm/s，填充间距为0.1-1mm，离焦量为-10-10mm。
对对比例1中处理后的TC4钛合金材料进行测试，结果图6所示，由于激光表面处理过程中的输入能量过高，超过到材料升华或者熔化的条件，导致激光冲击强化后的表面缺陷增大，导致表面性能变差。同时，能量输入过高激光表面处理后达到材料的破坏点，进一步引入了更多缺陷，因此也不能达到复合强化的效果。
本发明实施例提供的一种提高材料表面质量和力学性能的方法，针对激光冲击强化后的表面存在凹凸不平，表面裂纹等缺陷，采用多激光复合的方法，在激光冲击强化后进行激光表面处理，解决了材料表面质量差的问题。本发明实施例提供的一种提高材料表面质量和力学性能的方法，可以改善激光冲击强化处理后材料表面的质量，同时可以进一步提升激光冲击强化表面的力学性能，对激光冲击强化实际应用具有一定的推动作用。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高材料表面质量和力学性能的方法，其特征在于，包括：
采用脉冲激光对待处理材料表面的选定区域进行激光冲击强化处理，以在所述待处理材料表面形成位错塞积和/或纳米晶；采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，以至少除去激光冲击强化处理后形成的凹痕和/或裂纹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括：采用所述脉冲激光在第一时间段内对待处理材料表面的选定区域进行激光冲击强化处理，采用所述连续激光至少在所述第一时间段内的部分时间段对待处理材料表面经激光冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于具体包括：在第一时间段内采用脉冲激光对待处理材料表面的至少部分选定区域进行冲击强化处理；在第二时间段内采用连续激光对待处理材料表面经冲击强化处理后的加工区域进行激光表面处理，所述第二时间段在所述第一时间段之后。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于包括：在对待处理材料表面进行激光冲击强化处理时，使脉冲激光与待处理材料表面垂直，以及，在对待处理材料表面进行激光表面处理时，使连续激光与待处理材料表面垂直；
优选的，所述的方法包括：重复对所述待处理材料表面进行激光冲击强化处理和激光表面处理两次以上；优选的，所述激光表面处理包括激光抛光处理或激光表面重熔处理；
优选的，所述的方法包括：在保护气氛条件下进行所述的激光表面处理，所述保护气氛包括氮气气氛或惰性气体气氛。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括：采用脉冲激光对待处理材料表面的选定区域进行1-100次冲击，优选的，所述脉冲激光的波长为510-530nm，所述脉冲激光单脉冲的能量为0-3J，脉宽为10-20ns。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述脉冲激光的能量密度为0.1-100GW/cm2，光斑重叠率为1-99％。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述连续激光的激光功率为50-1000W，扫描速度为10-2000mm/s，填充间距为0.005-0.1mm，离焦量为-10-10mm；
优选的，所述连续激光的波长为1050-1070nm。
8.一种全激光复合冲击强化系统，用于实施权利要求1-7中任一项所述的提高材料表面质量和力学性能的方法，其特征在于：所述全激光复合冲击强化系统包括：
激光冲击强化单元，包括脉冲激光器和激光冲击强化头，所述脉冲激光器至少用于提供脉冲激光，所述激光冲击强化头至少用于输出所述脉冲激光；
激光表面处理单元，包括连续激光器和扫描振镜，所述连续激光器至少用于提供连续激光，所述扫描振镜至少用于调节所述连续激光的入射角度和扫描路径；
复合冲击头，设置在所述脉冲激光器、连续激光器与激光冲击强化头、扫描振镜之间，并至少用于将脉冲激光器提供的脉冲激光引导至激光冲击强化头、将连续激光器提供的连续激光引导至扫描振镜；
运动控制单元，与所述激光冲击强化头传动连接，并至少用于驱使所述激光冲击强化头沿选定轨迹运动；
控制单元，与所述激光冲击强化单元、激光表面处理单元、运动控制单元连接。
9.根据权利要求8所述的全激光复合冲击强化系统，其特征在于，还包括：辅助单元，所述辅助单元还与所述控制单元连接，所述辅助单元包括超纯水循环机构、激光器冷水供给机构、气氛保护机构，所述超纯水循环机构至少用于在激光冲击强化处理过程中提供超纯水形成作为约束层的水膜，所述激光器冷水供给机构至少用于对激光器进行喷水冷却，所述气氛保护机构至少用于在激光表面处理过程中提供不同的气体氛围。
10.根据权利要求9所述的全激光复合冲击强化系统，其特征在于，还包括：运动平台，所述运动平台至少用于放置待处理材料。
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| CN202210678873.2A CN117259993A (zh) | 2022-06-15 | 2022-06-15 | 提高材料表面质量和力学性能的系统及方法 |
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