[发明专利]一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置和方法

说明书

本发明涉及一种激光高温冲击‑渗氮复合加工装置和方法，包括激光高温冲击系统、渗氮加工系统、控制计算机。首先通过渗氮加工系统对材料进行第一次高温高压渗氮处理，在试样表面生成一定深度的氮化层，然后将渗氮炉解压，根据材料动态时效应变的温度要求，调节渗氮炉内部温度并保温，启动激光高温冲击系统对材料表面进行第一次冲击强化，在材料表面生成高密度的位错、位错缠结及亚晶界，并诱导氮原子与金属原子发生高温相变反应。进而还可以进行第二次渗氮和第二次激光冲击强化。本发明可以大幅度提高材料的抗高温氧化性、耐磨性、抗蚀行和高温疲劳性能，且装置简单，操作容易，加工效率高。

技术领域

本发明涉及一种提高材料抗疲劳性能性能的表面加工技术，具体说是一种提高材料抗疲劳性能的激光高温冲击-渗氮复合加工装置和方法。

背景技术

不锈钢、合金钢、钛合金等合金材料是工业生产中使用最为广泛的材料，但是这些材料均存在硬度低，抗磨损能力和抗疲劳性能差等缺点，要求零件具有良好的力学性能，对材料表面进行强化处理是非常有必要的。渗氮处理由于拥有处理温度低、处理后零件变形小、表面硬度高、疲劳抗性好等优点而广泛应用；此外，激光高温冲击强化技术可以使材料表面生成高密度的位错、位错缠结，同时伴随着动态应变时效和动态析出增强相，并能诱导产生高幅值的残余压应力，也是一种可以提高材料力学性能的表面改性技术。但是渗氮技术存在加工效率低，操作复杂，表面粗糙度高，均匀性差，氮化层薄等缺点，此外，单纯利用激光高温冲击存在无法在材料表面获得高硬度层和高温应力释放等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置和方法，综合提高材料的力学性能。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置，包括渗氮箱和氨气瓶，所述渗氮箱包括渗氮箱外壳和高频感应加热线圈，所述渗氮箱外壳和所述高频感应加热线圈之间设有真空隔热层，所述渗氮箱的上腔壁面上安装有激光头，所述渗氮箱腔体底部安装有工作台底座，所述工作台底座上安装有三轴工作台，所述渗氮箱的腔壁上设有进气口和出气口，所述氨气瓶通过气管与所述进气口相连，所述出气口通过气管与废气储存箱连接，所述渗氮箱上安装有真空系统。

上述方案中，所述激光头内部设有三个共截面的通道，中心通道供激光束通过，另外两个通道作为输气通道。

上述方案中，所述输气通道与蓄压器连通。

上述方案中，所述渗氮箱内还安装有温度传感器探头和压力传感器探头。

上述方案中，所述渗氮箱上安装有黑漆导管，所述黑漆导管输入端连接有黑漆储罐。

本发明还提供一种利用激光高温冲击-渗氮复合加工装置进行加工的方法，包括以下步骤：S1将试样打磨清洗干净后放置在三轴工作台上，渗氮箱呈密封状态；S2打开真空系统，对渗氮箱内部进行抽真空处理，完成抽真空之后，打开高频感应加热控制器对渗氮箱内部进行加热并同时对渗氮箱内部充氨气，充氨气结束后，对渗氮箱内部进行定时保温，对试样进行第一次渗氮处理；S3第一次渗氮处理结束后，打开真空系统对渗氮箱内部进行解压，将渗氮废气排放到废气储存箱内，结束后，关闭真空系统；S4移动三轴工作台将试样送至黑漆导管输出处，通过控制三轴工作台对试样表面进行喷漆处理；重新设定高频感应加热控制器温度，将试样加热至动态时效应变的温度，对试样进行激光高温冲击处理，直至激光高温冲击完成。

上述方案中，还可以增加：S5重复S2动作，对试样进行第二次渗氮处理；S6重复S3动作，对渗氮箱进行解压和废气收集；S7重复S4动作，对试样进行第二次激光高温冲击处理。

上述方案中，所述S2中，高频感应加热控制器可加热的温度范围为25-600℃，保温时间为0-1000h；真空系统可抽真空到10-15Pa，冲入氨气可维持工作气压150-450Pa；氨气为高纯氨气；