[发明专利]一种在金属表面制造微凸点的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光微加工领域，尤其是一种在金属表面制造微凸点的方法。

背景技术

具有微凸点形貌的金属表面在工业上具有非常广泛的应用。例如，在轧辊表面制造高硬度的毛化凸点形貌，不仅可提高轧辊的使用寿命，而且可在轧制钢板表面制造出相应的凹坑形貌，提高轧制钢板的冲压成形性能、表面映像清晰度和涂覆性能等；在冲压模具表面相应位置设计并制造毛化凸点形貌，有助于改善成形过程中金属材料流动均匀性，提高成形工艺性能和产品质量。目前，在金属材料表面加工微凸点形貌的方法主要有：机械法、化学蚀刻术、电火花毛化等，上述方法都有一共同的缺点：所加工微形貌分布随机，无法实现主动设计和控制。近年来，随着激光技术的发展，能够实现主动设计和制造的激光毛化技术得到迅猛发展。激光毛化技术原理，用高能量密度(10⁴-10⁶W/cm²)脉冲激光束聚焦照射到金属表面，形成若干微小熔池，然后在外界辅助气体压力或者自身材料气化形成的反冲压力作用下，使熔池中的熔融物按指定要求堆积到熔池边缘形成圆弧形凸台，最终形成凸起的表面形貌。

激光毛化的技术优势是：可根据摩擦学优化设计结果，在金属表面可控地加工出微凸点形貌。但是，为了保证形成微凸点形貌，必须在加工过程中仔细控制外界辅助气体的吹气方向和压力，或者仔细选择作用激光的脉冲宽度，以便获得合适的气化反冲压力，只有这样才能获得凸起形貌。因此，从可靠地实现金属表面凸起角度，传统的激光毛化工艺，具有一定的工艺复杂性和不确定性。另一方面，传统的激光毛化工艺，金属表面毛化点的轮廓形状由激光束内光强分布轮廓形状决定，常规激光器输出光斑一般为圆形，所以，传统激光毛化工艺所制造的毛化凸点一般只能为圆形，无法获得其它形状的毛化凸点，如方形、人字形、圆环形等等，因此，从这个意义上讲，传统的激光毛化工艺无法实现彻底的摩擦学优化设计和制造。此外，激光冲击强化技术，只能强化金属表面，不能在金属表面制造凸起形貌；而激光毛化技术，只能在金属表面制造凸起形貌，但是不能强化整个表面。

中国专利CN201410439453.4公开了一种激光冲击制造表面微凸起形貌的装置和方法，同时实现了激光冲击表面改性和激光表面微造型，但无法得到所需形状、尺寸及分布的凸起。

机械工程学报中“轧辊表面微凸体形貌激光毛化技术的试验研究”一文公开了通过控制激光参数研究激光器加工轧辊表面微凸起形貌，但需要控制外界辅助气体来实现，具有一定的工艺复杂性和不确定性。

中国机械工程“激光毛化表面的摩擦学性能实验研究”一文公开了在多功能摩擦磨损试验机上进行了不同尺寸和分布的激光毛化形貌与光滑试样表面的摩擦学对比实验研究，但在激光毛化过程中一方面需要施加辅助气体，另一方面只能得到单一的球冠状毛化形貌。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种在金属表面制造微凸点的方法，方法简单，能可靠地现金属表面凸起角度，可得到任意形状的凸点，且同时实现了在金属表面制造凸起形貌和强化金属表面。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种在金属表面制造微凸点的方法，其特征在于，包括

S1、在金属工件表面涂覆粘结层，在所述粘结层上加工多个通透的空穴，在所述粘结层上贴覆吸收层，所述吸收层上方覆盖透明约束层；

S2、根据金属工件的硬度选取激光光束，所述激光光束透过透明约束层照射吸收层，所述吸收层吸收激光能量，产生等离子体，所述等离子体产生高幅冲击波，所述高幅冲击波经过所述粘结层形成透射冲击波，所述冲击波作用于所述金属工件表面，在所述金属工件表面形成与所述空穴形状、尺寸和分布对应的微凸点。

在上述方案中，所述金属工件为铜、铝或铝合金。

在上述方案中，所述涂覆粘结层的方法为喷涂、刷涂或粘贴。

在上述方案中，所述粘结层为耐高温硅胶、黑漆、凡士林、纸、双面胶，所述粘结层的厚度为20μm～100μm。

在上述方案中，在所述粘结层上加工空穴的方法为激光刻蚀。

在上述方案中，所述吸收层为铝箔，所述吸收层的厚度为50μm～200μm。

在上述方案中，所述透明约束层为无色透明的水或玻璃，所述透明约束层的厚度为1mm～5mm。

在上述方案中，所述激光光束的脉冲宽度为1ns～100ns，脉冲能量为至少1J，所述激光产生光斑的直径为1mm～5mm。

本发明的有益效果：