CN1404954A - 一种用于激光冲击处理的柔性贴膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光材料加工领域，其适用于利用激光冲击波技术对材料表面进行改性或对金属板料进行冷塑性成型。其采用两组不同组分的GN－521有机硅凝胶液以及添加剂按一定配方混合，固化后形成对激光透明的约束层，再在其上喷涂86－1型黑漆的能量吸收层，形成集能量吸收层和约束层于一体的具有一定柔性的贴膜。优点在于可像不干胶一样粘贴在工件表面的任意部位，装夹方便，所以能方便地对工件实施激光冲击处理；且能有效地提高激光冲击波的峰压和延长冲击波压力的作用时间，大大改善激光冲击的效果。其制作工艺简单，成本低，所以可大幅降低激光冲击的成本。
Description
所属技术领域
本发明涉及激光材料加工领域，特指一种用于激光冲击处理的柔性贴膜，其适用于利用激光冲击波技术对材料表面进行改性或对金属板料进行冷塑性成形。
背景技术
激光冲击处理是利用高功率密度(GW/cm2量级)、短脉冲(ns量级)的强激光冲击金属表面，金属表层吸收激光能量产生爆炸性汽化，形成高温(＞10000K)、高压(＞GPa)的等离子体，产生强冲击波，并利用冲击波和材料相互作用来开发各种用途的技术。随着激光技术的发展，激光冲击处理已广泛用于机械制造工业、航空工业、汽车工业、船舶工业、核工业、医疗工业、生物工程、电器及半导体工业领域。研究内容涉及层裂研究、文物表面除污清洗、模拟高速撞击、无损检测和工程材料改性等。
为了有效提高激光冲击波的压力和作用时间，保护工件材料表面不受到激光的热损伤，在进行激光冲击处理时，先要在工件表面涂敷一层对激光不透明的吸收涂层，以充分吸收激光的能量，汽化电离形成爆炸等离子体，产生冲击波。还要在吸收涂层表面覆盖一层对激光透明的约束层，以约束等离子体的膨胀，提高等离子体冲击波的压力。
目前，用于激光冲击处理的吸收涂层和透明约束层都是分离式的，操作时是按两道工序进行的，即先在工件材料表面涂敷能量吸收涂层，另外，再在能量吸收层上覆盖透明约束层。如美国专利US5744781“激光冲击处理的方法和装置”和US5471599“激光喷丸工艺和装置”中，都是采用黑漆和水作为吸收层和约束层，存在操作和安装繁琐、工艺稳定性差，效率不高等缺点。不仅是造成实验数据分散性大和可靠性差的根源，而且不适合于实际工程应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种可供工程应用的使用方便的用于激光冲击处理的柔性贴膜。
本发明的特征是采用两组不同组份的硅凝胶液以及添加剂按一定配方混合，固化后形成对激光透明的约束层，再在其上喷涂能量吸收层，形成集能量吸收层和约束层于一体的具有一定柔性的贴膜。1.柔性贴膜的透明约束层组成采用两组不同组分的GN-521有机硅凝胶和添加剂配比调和，其配比成分是：有机硅凝胶的M(45～55％)，有机硅凝胶N(50～35％)，添加剂P(5～10％)。柔性贴膜的能量吸收层材料采用86-1型黑漆。其中透明约束层厚度为0.6mm～1.6mm，能量吸收层厚度为80μm～160μm。其主要制备工艺为：(1)将有机硅凝胶的M、N和添加剂P按上述比例混合好，放在真空中排掉胶液中的气泡。(2)将胶液灌进用有机玻璃制作的模具中，放入真空中排气；控制胶液的厚度可以得到不同厚度的约束层(1.0mm～1.5mm)。(3)待胶液充分硫化形成透明胶膜后，将胶膜从有机玻璃模具中取出，形成柔性贴膜的透明约束层。(4)将透明胶膜表面进行超声清洗后，在其表面喷涂86-1型黑漆粘结剂至30～200um。(5)表面封装，形成柔性贴膜。
本发明提出的柔性贴膜的优点在于：(1)可像不干胶一样粘贴在工件表面的任意部位，装夹方便，所以能方便地对工件实施激光冲击处理。(2)能有效地提高激光冲击波的峰压和延长冲击波压力的作用时间，故能大大改善激光冲击的效果。(3)其制作工艺简单，成本低，所以可大幅降低激光冲击的成本。(4)不会产生像玻璃和水等约束层引起的飞溅现象，所以清理方便，也不会对人员和光学器件造成损害。(5)吸收涂层厚度和透明约束层厚度精确可控，一致性好，所以工艺稳定。
柔性贴膜的机械性能为：拉伸强度≥55Mpa，邵A硬度≥45，相对拉伸强度≥80％，剪切强度≥25Mpa。
附图说明
图1柔性贴膜示意图
图2柔性贴膜用于板料成形的示意图
图3柔性贴膜冲击效果试验装置示意图
图4柔性贴膜约束层厚度与板料变形关系图
图5柔性贴膜能量吸收层厚度与板料变形关系图
1.柔性贴膜透明约束层 2.柔性贴膜能量吸收层 3.板料 4.夹紧压板 5.激光束 6.支座
具体实施说明
如图1所示的柔性贴膜，其有透明约束层1和能量吸收层2组成；如图2所示，柔性贴膜应用于板料曲面成形。将采用不同配比的透明约束层的实施例插入激光光路中，进行波长为1.06μm激光透光率测定，其结果为：
实施例1：柔性约束层的配比为45％M、50％N、5％P，透光率为95.9％
实施例2：柔性约束层的配比为50％M、45％N、5％P，透光率为94.4％
实施例3：柔性约束层的配比为55％M、35％N、10％P，透光率为88.3％
本发明采用的能量吸收层为86-1型黑漆涂层，几乎能全部吸收波长为1.06um的激光，一方面提高了能量的耦合效率，另一方面改变了等离子体的冷却过程，也即前者的影响是压力作用的提高，后者的影响则是压力作用时间的增长。
为了测定不同厚度的约束层和能量吸收层所组成的柔性贴膜对激光冲击处理效果的影响，采用图3所示装置测量板料在同一功率密度作用下板料的变形量：柔性贴膜粘附在板料3表面，板料3被夹紧压板4加紧在支座6上，支座6上开有一定直径的孔，从冲击头出来的激光束5透过柔性贴膜的透明约束层1作用在能量吸收层2上，能量吸收层瞬间汽化、电离，形成高温高压的等离子体而爆炸，产生向板料传播的高压冲击波，使板料变形。
图4.为激光功率密度3.07GW/cm2，能量吸收层为100μm，柔性贴膜透明约束层的厚度与板料变形量的关系图，可以看出，随着厚度的增加，板料的变形量有增大的趋势，但当约束层厚度超过某一值时，变形量逐渐趋于平稳且略有降低的趋势，最佳厚度在0.6mm～1.6mm。
图5.为激光功率密度2.96GW/cm2，柔性贴膜的透明约束层厚度为1.0mm，柔性贴膜上能量吸收层厚度与板料变形量的关系图。能量吸收层厚度较小时，板料的变形量较小，主要是所产生的冲击波压力较低，随着能量吸收层厚度增加，激光诱导的冲击波压力增加，板料变形量增加，但当能量吸收层过大时，板料变形量反而降低，主要原因是过厚的能量吸收层大大衰减了冲击波的压力，导致作用在板料上的压力降低，其最佳厚度在80μm～160μm。
Claims (5)
1.一种用于激光冲击处理的柔性贴膜，其特征是由不同组分的两组有机硅凝胶和添加剂按一定配比混合而成透明约束层。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光冲击处理的柔性贴膜，其特征是透明约束层采用GN-521有机硅凝胶，配比成分为：机硅凝胶的M(45～55％)，有机硅凝胶N(50～35％)，添加剂P(5～10％)。
3.根据权利要求1所述的一种用于激光冲击处理的柔性贴膜，其特征是能量吸收层采用喷溅法涂覆于透明约束层上的86-1型黑漆。
4.根据权利要求1所述的一种用于激光冲击处理的柔性贴膜，其特征是透明约束层厚度为0.6mm～1.6mm。
5.根据权利要求2所述的一种用于激光冲击处理的柔性贴膜，其特征是能量吸收层厚度为80μm～160μm。
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