[发明专利]一种生物非光滑表面的制备方法和装置

权利要求书

1.一种生物非光滑表面的制备方法，其特征在于：首先利用铸造技术制造出具有规则微观几何形貌的特定形状的模具，然后将制备的特定形状的模具放置在金属工件表面和激光冲击所需的吸收层之间，在真空加热箱中并将金属工件加热到动态应变时效温度；激光束辐照在吸收层上，产生强大冲击力，在冲击力和基体加热的共同作用下，导致部分金属工件表面产生塑性变形，形成与模具相反的图案。

2.如权利要求1所述的一种生物非光滑表面的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

根据生物非光滑表面形貌的要求，制造出特定形状的模具，置于金属工件加工表面上，然后在该模具上方粘附一层吸收层，边缘用耐高温密封胶带密封，将待冲击金属工件置于真空箱中，注入约束层；利用计算机控制系统控制真空箱内的加热系统，对真空箱中内部环境加热，通过观测温度表控制箱内温度，将金属工件加热到动态时效温度；

根据生物非光滑表面凹模中形状的尺寸设置激光工艺参数，最终能够导致激光作用整个凹模表面，激光冲击波会穿过凹模中的空隙直接作用在金属试样表面，导致被冲击区域发生塑性变形，最终在金属工件表面形成与模具凹凸相反的图案；通过控制五轴工作台控制金属工件移动，按区域分片加工，直到整个金属工件表面加工完成；

通过表面轮廓监测装置反馈系统，测量冲击过程中表面的变形量，把信息反馈给计算机控制系统；计算机分析反馈的信息，调节激光冲击工艺参数，将指令反馈给各个控制系统。

3.如权利要求2所述的一种生物非光滑表面的制备方法，其特征在于：所述的激光参数范围为：脉宽8-30 ns，重复频率为1-100 Hz，脉冲能量为1-20 J，光斑大小为1-5 mm。

4.如权利要求2所述的一种生物非光滑表面的制备方法，其特征在于：所述吸收层为美国3M公司的铝箔，其厚度为0.3 mm，所述约束层采用710型高温硅油，厚度为1-2mm。

5.一种生物非光滑表面的制备装置，其特征在于：所述装置包括计算机控制系统、激光器、用来对激光束进行分束的分光系统、真空箱、表面轮廓监测装置和五轴联动工作台，真空箱位于五轴工作台上，真空箱顶端设有真空箱透视窗、真空箱内部设有加热系统、金属工件和用于测量金属工件温度的温度测量装置、金属工件固定在真空箱内部底座上，金属工件上依次设有约束层，特定形状的模具、吸收层；用耐高温密封胶将吸收层与金属工件密封并用工件专用夹具固定；表面轮廓监测装置安装在真空箱透视窗上方；计算机控制系统控制激光器、加热系统、表面轮廓监测装置和五轴联轴工作台。

6.如权利要求5所述的一种生物非光滑表面的制备装置，其特征在于：所述分光系统由四块全反镜、三块50%反射率的半反镜和四个凸透镜组成；由激光器发出的激光束通过第一全反镜改变光路方向，发生90°折射，然后通过第一半反镜将激光束分束，其能量各为原激光能量的50%，穿过第一半反镜的激光束又通过第二全反镜发生90°折射，平行的光束1和光束2分别经过第二半反镜和第三半反镜分光束和第三全反镜和第四全反镜反射，产生四条分束激光，最后通过四面凸透镜作用在金属工件表面；通过这种次序的排列组合，达到分束效果，冲击效率可以提高四倍；通过移动半反镜改变分束激光之间的间距；控制凸透镜移动，改变凸透镜和金属工件之间的距离，从而改变激光光斑的尺寸。