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(guó)內(nèi)外學(xué)者希望通過(guò)激光沖擊成形技術(shù)來(lái)在航空合金上得到較大的殘余壓應(yīng)力，從而提高飛機(jī)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(duì)激光的反射率相當(dāng)高，為了提高對(duì)激光的吸收率，激光處理過(guò)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(guò)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(qiáng)度低，對(duì)激光的吸收率低等缺點(diǎn)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(gè)重要課題。針對(duì)存在的問(wèn)題，本文對(duì)于涂層材料對(duì)激光的吸收機(jī)理、激光沖擊中涂層的具體作用及其對(duì)沖擊結(jié)果的影響等進(jìn)行了詳細(xì)的研究，期望研究、開(kāi)發(fā)適用于高功率下激光沖擊工作的吸收涂層，來(lái)提高激光沖擊、激光熱處理過(guò)程中的吸收性能和熱保護(hù)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(guó)內(nèi)外有關(guān)激光沖擊成形和強(qiáng)化這一新技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，首次對(duì)金屬板料的激光沖擊中

3、能量吸收涂層技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)細(xì)致研究。針對(duì)不同材質(zhì)的板材采用不同配料的能量吸收涂層進(jìn)行了對(duì)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(jì)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(guò)大量實(shí)驗(yàn)優(yōu)化激光沖擊處理過(guò)程中噴涂的工藝參數(shù)；對(duì)金屬板料進(jìn)行了精沖凹模成形，給出了激光沖擊后涂層對(duì)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(diǎn)： 1.探

4、討了激光沖擊波加載時(shí)能量吸收涂層對(duì)激光的吸收機(jī)理和激光沖擊過(guò)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(duì)激光沖擊作用機(jī)理進(jìn)行了深入研究，研究了激光沖擊波加載時(shí)，能量吸收涂層對(duì)激光的吸收機(jī)理和激光沖擊過(guò)程中能量吸收涂層的質(zhì)量及性能，包括能量吸收涂層對(duì)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(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)比較。 2.研制出具有自主知識(shí)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(guò)大量實(shí)驗(yàn)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(jì)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(guó)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(qiáng)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(guò)規(guī)范嚴(yán)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(guò)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(guò)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(duì)激光沖擊材料表面殘余應(yīng)力和形貌特征的影響。通過(guò)激光沖擊波加載下板料成形的實(shí)驗(yàn)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