[发明专利]粉末材料激光吸收率的测试方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料性能检测方法及装置，尤其是一种粉末状材料激光吸收特性检测方法及装置，具体地说是一种激光熔覆技术中常用的微米或纳米级粉末材料激光吸收率的测试方法及其装置。

背景技术

激光加工的本质是利用材料吸收的激光能量来改变材料的物理化学结构从而实现一定的加工目的。激光熔覆技术是工程实践中应用较为广泛的激光加工技术之一，其所使用的熔覆材料按初始供应状态可分为粉末状、膏状、丝状、棒状和薄板状，其中应用最多的是粉末材料。因此，表征或测量粉末材料对激光的吸收能力即激光吸收率，无论是在激光熔覆技术的工业化应用领域还是在激光熔覆技术理论研究领域都有重要意义。

目前，激光吸收率的测量方法主要有三类。第一类方法，是通过测量材料的反射率，再用1减去反射率而求出材料吸收率。这方面的主要研究有：利用线偏振光在材料表面反射后会被调制成椭圆偏振光的原理来测量反射率和利用积分球法测量反射率（如，宇航学报，1983，3：89-104；中国科学院长春光学精密机械与物理研究所的一项实用新型专利，2004，公开号CN03212220.9；西北工业大学的一项发明专利，2011，公开号CN102435582）。此类方法的测量装置都比较复杂，利用偏振原理的方法需要专门的偏振计量装置，而积分球法需要积分球和能够快速测量激光能量的装置，当激光功率较大且被测材料对激光的反射率较高时，由于容易造成积分球内表面的损伤，故积分球法有一定的局限性。第二类方法，则是根据激光作用区材料状态发生变化的情况来间接研究材料的吸收情况，这类方法主要是通过测量激光热作用区的几何尺寸来对激光吸收率进行间接评定，这类方法一般只能用于对激光吸收率进行定性的评价。第三类方法，是从量热角度出发，通过测量材料的温度变化并进行相应的热力学计算而得到激光吸收率。这方面的主要研究工作有：利用集总参数法进行吸收率的计算和利用有限差分法的一维和二维的非稳态传热学模型计算吸收率（如，清华大学摩擦学国家重点实验室，物理学报，2001，50（5）：856-859）。利用集总参数法测量材料的激光吸收率，该测量方法首先必须满足集总参数条件，即通过测量铜基体的温度反应材料的温度，存在要求材料的温度与铜基体的温度一致等局限性。而且，前述这些现有方法均只适用于块体材料（通常将块体制成一薄片）或块体材料上的薄膜，难以测试粉末材料的激光吸收率。

据申请人所知，到目前为止，尚未有一种粉末材料激光吸收率的测试方法及其装置可供使用，造成在粉末激光熔覆技术的理论研究和工程实践应用中难以有效表征粉末材料的激光吸收率，一定程度上限制了粉末激光熔覆技术在零件净近成形等领域中更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是针对目前因尚未有一种粉末材料激光吸收率的测试方法及其装置可供使用，故造成在粉末激光熔覆技术的理论研究和工程实践应用中难以有效表征粉末材料的激光吸收率，制约了粉末激光熔覆技术在零件净近成形等领域中更为广泛应用的问题，发明一种能直接对粉末进行吸收率检测的粉末材料激光吸收率的测试方法及其装置。

本发明的技术方案之一是：

一种粉末材料激光吸收率的测试方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1：将待测粉末置于干燥箱中干燥，干燥温度为110-130℃，干燥时间不少于6小时；

步骤2：将传热体5置粉表面用丙酮清洗以去除其上灰尘等粘附物，在清洗后的传热体5置粉表面均匀涂覆一层导热硅脂4，导热硅脂4的厚度不大于0.5毫米；

步骤3：采用送粉器送粉或手工铺粉的方法，在涂覆有导热硅脂的传热体5置粉表面上均匀覆盖一层已干燥后的待测粉末，直至传热体5置粉表面上导热硅脂完全被待测粉末覆盖形成均匀致密的待测粉末层3，并吹去多余未粘附粉末；

步骤4：将覆盖有待测粉末层的传热体5置于绝热箱体6中，通过传热体温度传感器10和水体温度传感器11分别检测出传热体5和水溶液的初始温度，传递并显示在计算机15的显示器上，当它们的初始温度相等时将此温度记为                                               ，即可开始测试粉末的激光吸收率；