我國新一代激光衝擊強化技術研究獲得突破
2016-12-7 來源：轉載 作者：-
激光衝擊強化技術原理。
激光衝擊強化技術處理發動機葉片。
激光（guāng）衝擊強化（Laser Shock Peening，LSP）是一種先進激光表麵處（chù）理技術，可以有效地提高金屬部件的（de）疲勞壽命等。常規LSP原理是，先在金屬表麵貼服吸（xī）收層，側麵噴水形成透明薄膜，然後將高強度(GW/cm2)、短脈（mò）衝（8～30ns量級）激光穿過透明約束水層，作用於（yú）吸收層，吸收層在強激（jī）光作用下，瞬時產生高溫、高壓等離（lí）子體。等離子體繼續吸收激光能量（liàng），急劇升溫膨脹，爆炸形成幾萬到幾十萬倍大（dà）氣壓的高強度衝擊（jī）波（bō），作用於金屬工件。衝擊波的峰值壓力遠遠超過材料的動態屈服強度，材（cái）料發（fā）生塑性變形並在（zài）表層一定深度內產（chǎn）生塑性變形和殘（cán）餘壓應力（lì）。LSP可（kě）以（yǐ）提高金屬材料的疲勞壽（shòu）命、耐磨損和抗腐蝕能力，與其他表麵強化技術相比（bǐ），LSP具有無（wú）熱影響、可控性強以及強化效果顯著等突出優點。美國、歐洲軍用發動機葉片普遍采用LSP處理，疲勞壽命相對未處理（lǐ）工件提高5～7倍，我國亟（jí）待將該技術產業化應用。
但是傳統的激光衝（chōng）擊（jī）強化技術（shù）存在一係列局限性，限製了這一技術的（de）普遍應用。首先（xiān），側麵噴（pēn）水形成（chéng）水膜有邊沿效應，工件中間和邊沿以及凸起不平的地方水膜厚度很（hěn）難均勻控製；其次，傳統LSP要多次貼覆吸收層，錯位處理，以形成均勻應力（lì）場（chǎng），導致加工時間過長，工（gōng）藝昂貴；再（zài）者，處（chù）理複雜曲麵需要個性化編程；還有（yǒu），水膜小、流濺射會對光路產生影響，能量（liàng）耦合率低（dī）；最後，采用的激（jī）光器使用極限狀（zhuàng）態，穩定性差。
中（zhōng）國科學（xué）院寧波材料技（jì）術與工程研究所（suǒ）先進製造所研究員張文武領導的激光與（yǔ）智能能量場製造（zào）工程團隊針對傳統激光衝擊強化工藝中存在的上述問題，發明了隨動型激光衝擊強化技術（shù）。如圖所示，該技術利（lì）用（yòng）同軸送水實現對約束層的穩定控製，徹底（dǐ）解決了側麵噴水的邊沿效應；利用（yòng）諧振腔大大提高了能量利用率；利用移動吸收層，徹底（dǐ）免除了前後處理。該工藝相對傳（chuán）統LSP技術（shù）提高處（chù）理速度10倍以上，並且可以實現任（rèn）意重疊率的處理。
科研團隊利用該（gāi）技術對鋁合（hé）金材料、磨具鋼、鎳基高溫合金、鎂合金（jīn）、鈦合金、磁性材料等（děng）眾（zhòng）多（duō）材（cái）料進行了表麵強（qiáng）化處理，對硬度、磨損性、強度、耐腐蝕性和疲勞強度展開分析，證明新（xīn）型衝擊強（qiáng）化效果顯著，使（shǐ）用方便。鋁合金材料（liào）處理後硬度（dù）提高30%以上，拉伸強度提高20%以上（shàng），耐磨性提高（gāo）50%，耐腐蝕性提高3倍（bèi）以上。
在剛剛結束（shù）的“第一屆激光複合（hé）製造協同創新國際論壇（tán）暨第十一屆（jiè）全國高（gāo）能（néng）密度熱（rè）處理學術會議”上，張文武擔任大（dà）會副主席，並且受邀請作了《對激光複合製造的新思考》的現場報告，引起了國內外同行的廣（guǎng）泛關（guān）注，各（gè）位專家（jiā）對這項技術給予了高（gāo）度評（píng）價（jià）。王浩作了Experimental Research on New Generation Laser Shock Peening的研究（jiū）報告。團隊已經將該技術申報PCT專利，該技術的成功標誌著第（dì）三代激光衝擊強化（huà）技術的成熟，為LSP技（jì）術廣泛應用於複雜金屬部件的處理，如齒輪、機電腔體（tǐ）、刀具、微細結構等掃清了商業化（huà）障（zhàng）礙。目前該（gāi）技術正通過寧波大艾激光科（kē）技進行產業。
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