[发明专利]激光冲击强化不锈钢的专用保护涂料及其制备、使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光冲击强化金属用的专用保护涂料及其制备方法和使用方法。

背景技术

激光冲击强化(laser shock peening/processing，简称LSP)技术：采用短脉冲(几十纳米)高峰值功率密度(10⁹W/cm²以上)的激光辐射金属表面，在金属表面涂覆的涂覆层吸收激光能量发生爆炸性等离子体气体，爆炸产生的高压(GPa级)等离子体冲击波，作用于涂层及金属表面并向金属内部传播，深达1mm。当冲击波的峰值压力超过金属底材动态屈服强度时，材料表面就会产生应变硬化，同时微观组织发生很大变化，显著提高材料的抗疲劳、耐磨损和防应力腐蚀等性能。金属强度可提高2～3.2倍。目前，世界上只有美国对该项技术实现了工程化应用。

在上述冲击强化过程中，如果没有保护涂层，强化过程是无法实现的，金属底材将被激光产生的高温所融化，金属表面产生“火山口”和飞溅的金属点。因此，保护涂料是激光冲击强化技术得以工程化应用的关键技术之一。

大功率激光强化金属底材的保护技术——“湿涂层法”，是美国目前使用的激光冲击强化金属底材之保护技术，其方法是：金属底材在激光冲击强化之前，由控制系统向工件表面喷出一个直径与激光光柱相似直径的“涂料点”。随后“趁湿”在这个点的部位进行激光冲击，然后立即将残余的涂料点擦(洗)掉，即：喷涂料点→激光冲击→擦洗。如此往复，以1～5Hz的速度进行激光冲击强化作业，一个作业面要重复成千上万次，直至当前工件作业面完成冲击强化作业为止。由于此时涂层必须是“湿的”，姑且称作“湿涂层法”。该“湿涂层法”在激光冲击强化的工艺过程中，喷点频率与激光冲击频率是一致的，频率很高，控制系统极为复杂，可控性差，会影响冲击强化质量的一致性。该方法虽能解决异形工件，如：飞机发动机叶片的端面、锥形面、焊接面、键、槽等的冲击强化保护的难题，但该方法仍存在诸多缺点，如：激光冲击强化系统结构复杂，造价高，应用灵活性差，工作效率低，不可控因素多，冲击强化质量稳定性差等。

发明内容

本发明的目的在于，针对美国现有“湿涂层法”之激光强化金属保护技术之不足，提供一种简单易行、激光冲击强化系统简单、造价低、工作效率高的“干涂层法”的激光冲击强化保护涂料及其制备技术及使用方法，更有利于激光冲击强化系统大规模工程化应用。

本发明涉及两个方面：

1.干涂层法：所谓“干涂层法”，是本发明开创的一个新方法。即，将本发明研制的一种涂料，一次性涂覆于待加工工件表面，并予以干燥固化，形成“干涂层”。然后进行激光冲击强化工作，直至待加工面全面完成。

2.专用保护涂料：如果没有保护涂层，在爆炸冲击波压力高达GPa级，激光辐照温度高达1～2万K的苛刻条件下，金属会被高温所融化，再被爆炸冲击波“炸飞”，使金属表面形成“火山口”，并伴有飞溅金属点出现，导致工件被报废。“干涂层法”得以实施，完全依赖于本发明中专门研制的一种专用涂料，该涂料对金属底材必须具有极强的附着力，极强的机械强度，极好的耐温性，从而能够承受由高能量激光辐照于涂层表面而急剧产生的等离子气体爆炸冲击波的冲击。

由于工艺原因，也为了增加冲击强化效果，在涂层表面的同一位置，必须进行四次或四次以上的这种爆炸冲击波的叠加冲击。因为激光光柱是圆形的，要使工件表面无遗漏地被全面加工，有的部位必须要重复冲击四次，因为目前采用的是1/2叠加方法，即每次激光光斑与上次光斑重叠1/2面积。据称美国为了提高工作效率，试图将激光光柱改成方形的。

本发明之专用保护涂料的配方是：

采用树脂、固化剂、颜料、填料、助剂、混合溶剂，

原料名称重量百分比

树脂基料           28～50

颜料               5～25

填料               5～15

助剂               0.5～2

混合溶剂           余量

各组分的作用如下：