[发明专利]一种水下粒子空泡耦合的材料强化装置及方法

权利要求书

1.一种水下粒子空泡耦合的材料强化装置，包括激光器(1)、透镜组(2)、水槽(3)、靶材(4)和三维移动平台(5)，所述的激光器(1)发射的激光经过透镜组(2)后形成的激光束(6)聚焦于靶材(4)上方，靶材(4)放置在水槽(3)内的载物台(7)上，水槽(3)设置于三维移动平台(5)上；

其特征在于，激光束(6)与靶材(4)表面垂直，且激光束(6)的焦点(8)处于水槽(3)内注有的强化液(9)内，焦点(8)与靶材(4)上表面之间的距离为0.1mm～2mm，所述强化液(9)采用10nm～100nm的碳化硅粒子(10)与水以1:100～1:200的质量比均匀混合而成。

2.根据权利要求1所述的一种水下粒子空泡耦合的材料强化装置，其特征在于，所述的透镜组(2)以激光器(1)为起点，由近及远依次为凹透镜(11)、凸透镜(12)、全反镜(13)和聚焦透镜(14)。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下粒子空泡耦合的材料强化装置，其特征在于，所述的激光束(6)为大于1500毫焦的高能量激光；所述的靶材(4)为轻质合金；所述的碳化硅粒子(10)为硬质陶瓷粉末；所述的水槽(3)材质为树脂塑料或玻璃；所述的水为自来水或纯净水。

4.一种水下粒子空泡耦合的材料强化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将水槽(3)内的强化液(9)采用10nm～100nm的碳化硅粒子(10)与水以1:100～1:200的质量比混合均匀；

设定激光功率，安装透镜组(2)，打开激光器(1)，调定激光束(6)焦点(8)与靶材(4)之间的距离，并使焦点(8)与靶材(4)表面保持垂直；

(2)启动三维移动平台(5)，使其按照设定的路线进行移动，设置于其上端的水槽(3)随之做相同的移动，焦点(8)在靶材(4)的不同位置诱发粒子空泡(15)，对靶材(4)实施冲击强化。

5.根据权利要求4所述的一种水下粒子空泡耦合的材料强化方法，其特征在于步骤(1)中透镜组(2)以激光器(1)为起点，由近及远依次为凹透镜(11)、凸透镜(12)、全反镜(13)和聚焦透镜(14)。

6.根据权利要求4或5所述的一种水下粒子空泡耦合的材料强化方法，其特征在于，步骤(1)中的激光束(6)为大于1500毫焦的高能量激光；焦点(8)与靶材(4)之间的距离为1mm；强化液(9)采用20nm的碳化硅粒子(10)与水以1:100的质量比均匀混合而成。

7.根据权利要求6所述的一种水下粒子空泡耦合的材料强化方法，其特征在于，步骤(2)中，粒子空泡(15)对靶材(4)进行冲击强化时，碳化硅粒子(10)以大于150m/s的速度撞击靶材(4)。

8.根据权利要求7所述的一种水下粒子空泡耦合的材料强化方法，其特征在于，步骤(2)中，水槽(3)内靶材(4)的移动路线为正U形和倒U形相间的连续分布。