一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法

本发明涉及激光冲击强化表面改性，具体而言，涉及一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法。

背景技术：

1、疲劳是指材料在受到交变载荷作用时，由于内部微观缺陷的存在，造成材料性能逐渐衰退的现象，而疲劳寿命是指在给定的载荷幅值下，材料可以承受的循环载荷次数。疲劳寿命的长短直接影响到材料的可靠性和使用寿命，因此，如何提高材料的疲劳寿命，成为本领域技术人员的研究热点。现有研究发现，对材料表面进行适当的表面处理，可有效地消除或修复材料表面的微观缺陷，从而有效地提高材料的疲劳寿命。

2、激光冲击强化技术是一种新兴的表面处理技术，其利用高功率密度、低脉宽的激光束诱导产生的等离子体冲击力学效应对材料表面进行改性处理；相比于传统的硬化、淬火等表面处理技术，激光冲击强化技术几乎不会对材料表面产生热效应，具有清洁环保、作业效率高和可控性强等显著优势。

3、然而，随着激光强化技术的实际应用，在利用激光强化技术对材料表面进行改性以提高材料的疲劳寿命时，由于需要大量的能量来产生激光束，且激光束的能量在空间上存在一定的不均匀性，会使得材料表面产生过度热损伤和变形，从而不利于材料疲劳寿命的提高。

4、因此，对激光强化技术进行改进，开发一种能够有效避免过度热损伤和变形，同时能够有效提高材料疲劳寿命的激光强化技术方案，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了提供一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，该基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法能够有效避免过度热损伤和变形，同时能够有效提高材料疲劳寿命。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，包括以下步骤：

4、1)向待强化材料表面依次均匀的喷涂吸收层a和约束层a，之后对待强化材料表面进行一次激光冲击强化；

5、2)待步骤1)一次激光冲击强化结束后，向待强化材料表面依次均匀的喷涂吸收层b和约束层b，之后对待强化材料表面进行二次激光冲击强化。

6、进一步地，步骤1)中，所述吸收层a为碳化硅或氧化铝。

7、进一步地，步骤1)中，所述吸收层a的厚度为0.05μm～0.20μm。

8、进一步地，步骤1)中，所述约束层a为水或k9玻璃。

9、进一步地，步骤1)中，所述约束层a的厚度为3mm～5mm。

10、进一步地，步骤1)中，所述一次激光冲击强化的参数为：激光波长1053nm，脉冲宽度15ns，激光能量密度11.9gw/cm2，光斑直径5mm，光斑50％搭接。

11、进一步地，步骤2)中，在向待强化材料表面依次均匀的喷涂吸收层b和约束层b前，需去除待强化材料表面的残余约束层a。

12、进一步地，步骤2)中，所述吸收层b为四氧化三铁或石墨。

13、进一步地，步骤2)中，所述吸收层b的厚度为50μm～90μm。

14、进一步地，步骤2)中，所述约束层b为k9玻璃。

15、进一步地，步骤2)中，所述约束层b的厚度为3mm～5mm。

16、进一步地，步骤2)中，所述二次激光冲击强化的参数为：激光波长1064nm，脉冲宽度6ns，激光能量密度12.7gw/cm2，光斑直径1mm，光斑50％搭接。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

18、本发明提供的一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，通过两次激光冲击强化，并在两次激光冲击强化过程中选取不同的吸收层和约束层，有效地避免了在冲击强化过程中的过度热损伤和变形，有效地提高了材料的疲劳寿命。

技术特征：

1.一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，其特征在于，步骤1)中，所述吸收层a为碳化硅或氧化铝；所述吸收层a的厚度为0.05μm～0.20μm。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，其特征在于，步骤1)中，所述约束层a为水或k9玻璃；所述约束层a的厚度为3mm～5mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，其特征在于，步骤1)中，所述一次激光冲击强化的参数为：激光波长1053nm，脉冲宽度15ns，激光能量密度11.9gw/cm2，光斑直径5mm，光斑50％搭接。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，其特征在于，步骤2)中，在向待强化材料表面依次均匀的喷涂吸收层b和约束层b前，需去除待强化材料表面的残余约束层a。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，其特征在于，步骤2)中，所述吸收层b为四氧化三铁或石墨；所述吸收层b的厚度为50μm～90μm。

7.根据权利要求1所述的一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，其特征在于，步骤2)中，所述约束层b为k9玻璃；所述约束层b的厚度为3mm～5mm。

8.根据权利要求1所述的一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，其特征在于，步骤2)中，所述二次激光冲击强化的参数为：激光波长1064nm，脉冲宽度6ns，激光能量密度12.7gw/cm2，光斑直径1mm，光斑50％搭接。

技术总结
本发明涉及激光冲击强化表面改性技术领域，公开了一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法。本发明一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法，包括以下步骤：1)向待强化材料表面依次均匀的喷涂吸收层A和约束层A，之后对待强化材料表面进行一次激光冲击强化；2)待步骤1)一次激光冲击强化结束后，向待强化材料表面依次均匀的喷涂吸收层B和约束层B，之后对待强化材料表面进行二次激光冲击强化。本发明一种基于激光冲击强化技术提高材料疲劳寿命的方法能够有效避免过度热损伤和变形，同时能够有效提高材料疲劳寿命。

技术研发人员：丁相玉
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/27