[发明专利]一种基于约束层改良的激光冲击压印装置与方法

权利要求书

1.一种基于约束层改良的激光冲击压印装置，其特征在于，所述装置包括激光器，密闭腔，冷却腔，液态CO₂储罐；密闭腔与冷却腔紧挨着，中间通过一道隔板相隔；密闭腔的顶部为腔盖，右侧内壁上装有加热器和温度感应器，控制显示器位于密闭腔右侧外壁上连接并控制温度感应器与加热器；工作台位于密闭腔内并位于底部位置，工作台上方装有伸缩夹具，手轮位于密闭腔的底端外壁上连接并控制伸缩夹具；液态CO₂储罐位于密闭腔的左侧，输液阀连接液态CO₂储罐和冷却腔，控制液态CO₂从液态CO₂储罐流入冷却腔中；排气阀与冷却腔相通，控制冷却腔中的气体流出；激光器位于密闭腔的右侧，激光光束从激光器中发出，经过反光镜更改路径后作用于工作台的工件上。

2.如权利要求1所述的一种基于约束层改良的激光冲击压印装置，其特征在于，所述伸缩夹具内侧装有耐高温的HX-GJ-004硅胶橡胶膜，冷却腔与密闭腔之间的隔板层为导热性能较好的铜板。。

3.利用如权利要求1所述装置实施基于约束层改良的激光冲击压印的方法其特征在于，具体步骤为：

A)将轻合金工件打磨至表面无划痕，经过清洗，干燥后放入工作台上的伸缩夹具里；

B)将高强度金属薄膜打磨，清洗，干燥后通过皮秒激光器表面刻蚀出相应的微纳米图案，此薄膜作为模具而被放置于轻合金工件的上方紧密贴合，其中有图案的表面与轻合金工件紧密贴合，没有图案的一面贴上吸收层；

C)通过手轮将伸缩夹具收缩，其中伸缩夹具的内侧装有硅橡胶膜以确保高强度金属薄膜模具与伸缩夹具的侧壁之间无缝隙；

D)向吸收层的上方加一层水层，然后关闭腔盖，打开输液阀将液态CO₂缓慢输入到冷却腔中，通过温度感应器感应密闭腔内的温度，达到一定温度时关闭输液阀，水层凝固为冰层；

E)打开腔盖与激光器，调整激光器的工艺参数，然后进行激光冲击从而使轻合金工件表面获得纳米级的表面微织构图案；

F)最后关闭激光器，打开加热器加热密闭腔使得其内部的水蒸发。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤A)中，所述轻合金为铝合金或者是镁合金。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B)中，高强度金属薄膜为强度超过1500MPa的弹簧钢或者钛合金，厚度为1mm；吸收层为黑色聚酯胶带。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤D)中，向吸收层的上方加一层厚度为1-1.5mm厚的水层，液态CO₂的温度为-37℃，所述一定温度为-10℃。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤E)中，激光器的工艺参数为：激光波长1024nm，激光能量3-6J，脉冲频率1Hz，方形光斑横纵向不搭接，冲击次数1次。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤F)中，打开加热器加热密闭腔至150℃将其内部的水蒸发。