金屬板料的激光沖擊能量吸收涂層技術(shù)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航天航空、軍事工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者希望通過激光沖擊成形技術(shù)來在航空合金上得到較大的殘余壓應(yīng)力，從而提高飛機和航空器件上關(guān)鍵零部件的疲勞壽命和抗應(yīng)力腐蝕。金屬材料對激光的反射率相當(dāng)高，為了提高對激光的吸收率，激光處理過程中使用的能量吸收涂層材料受到廣泛的重視。在激光沖擊過程中，能量吸收涂層作為激光吸收物質(zhì)，其性能質(zhì)量一直是難以解決的課題，普通涂層的內(nèi)在質(zhì)量差，與基體的結(jié)合強度低，對激光的吸收率低等缺點都大大限制了涂層材料的使用及

2、發(fā)展，因此獲得高質(zhì)量、高性能的能量吸收涂層是涂層制備工藝研究的一個重要課題。針對存在的問題，本文對于涂層材料對激光的吸收機理、激光沖擊中涂層的具體作用及其對沖擊結(jié)果的影響等進行了詳細的研究，期望研究、開發(fā)適用于高功率下激光沖擊工作的吸收涂層，來提高激光沖擊、激光熱處理過程中的吸收性能和熱保護性能。 本課題研究激光沖擊波技術(shù)中能量吸收涂層技術(shù)，在分析研究國內(nèi)外有關(guān)激光沖擊成形和強化這一新技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，首次對金屬板料的激光沖擊中

3、能量吸收涂層技術(shù)進行了系統(tǒng)細致研究。針對不同材質(zhì)的板材采用不同配料的能量吸收涂層進行了對比研究，以提高激光沖擊效果為目的，圍繞成分、相組成、組織結(jié)構(gòu)控制和工藝優(yōu)化，設(shè)計并研制了優(yōu)質(zhì)新型的激光沖擊吸收涂層材料；研制出新型能量轉(zhuǎn)換涂層噴涂設(shè)備，通過大量實驗優(yōu)化激光沖擊處理過程中噴涂的工藝參數(shù)；對金屬板料進行了精沖凹模成形，給出了激光沖擊后涂層對變形量、殘余應(yīng)力等分布的影響，揭示了激光沖擊后板料的變形規(guī)律，主要工作有以下幾點： 1.探

4、討了激光沖擊波加載時能量吸收涂層對激光的吸收機理和激光沖擊過程中能量吸收涂層的性能和作用。分析了激光誘導(dǎo)的沖擊波產(chǎn)生原因，在此基礎(chǔ)上對激光沖擊作用機理進行了深入研究，研究了激光沖擊波加載時，能量吸收涂層對激光的吸收機理和激光沖擊過程中能量吸收涂層的質(zhì)量及性能，包括能量吸收涂層對增壓效果的影響，分析比較適用于各種板料激光沖擊成形的能量轉(zhuǎn)換涂層，并進行相應(yīng)的實驗比較。 2.研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型激光沖擊能量吸收涂料、新型涂層噴

5、涂設(shè)備。通過大量實驗總結(jié)出能量吸收涂層的作用，以提高激光沖擊效果為目的，設(shè)計研制了優(yōu)質(zhì)新型的激光沖擊能量轉(zhuǎn)換涂層的配方材料，并研制出新型能量轉(zhuǎn)換涂層噴涂設(shè)備，這在國內(nèi)外激光沖擊研究領(lǐng)域尚屬首次，也是本課題的關(guān)鍵成果之一。 3.解決了大面積激光沖擊強化和成形中多次沖擊與連續(xù)沖擊搭接技術(shù)難題。本課題研制的能量吸收涂層具有較大的柔性，能夠適應(yīng)變化的各種曲面形狀，并且通過規(guī)范嚴格的涂抹工藝，涂層涂抹厚度均勻可控，在連續(xù)激光沖擊過程中，沖

6、擊區(qū)域激光能量被吸收涂層均勻完全吸收，使板料產(chǎn)生均勻變形，避免了在連續(xù)沖擊過程中某些區(qū)域由于涂層的不均勻產(chǎn)生變形不均勻現(xiàn)象，解決了以往在板料的多次沖擊成形中，在前后沖擊的搭接區(qū)出現(xiàn)“凸峰”，影響板料成形的輪廓形狀和表面光整度的技術(shù)難題。 4.探討了能量吸收涂層對激光沖擊材料表面殘余應(yīng)力和形貌特征的影響。通過激光沖擊波加載下板料成形的實驗研究，考察激光參數(shù)、涂層參數(shù)、材料性能、邊界條件、沖擊次數(shù)等與SUS304和Ti6-A14-V