一种激光冲击压印的双尺度织构制备装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115846881A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211682985.1(22)申请日2022.12.27(71)申请人徐州工程学院地址221000江苏省徐州市云龙区丽水路2号(72)发明人满家祥范仲华刘磊徐家乐汪菊刘成强李龙海(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)32249专利代理师李悦声(51)Int.Cl.B23K26/352(2014.01)B23K26/064(2014.01)B23K26/70(2014.01)B23K26/18(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种激光冲击压印的双尺度织构制备装置及方法(57)摘要本发明公开一种激光冲击压印的双尺度织构制备装置及方法，涉及高精度的微结构激光加工和表面织构制备领域。包括激光冲击设备、压印模板和计算机，激光冲击设备包括顺序设置的激光器、扩束镜、光学振镜和聚焦镜；压印模板为复合多层结构，从上到下依次为约束层、吸收层、样品、大尺度模板和小尺度模板，约束层、吸收层、样品、大尺度模板和小尺度模板通过光滑平台夹持固定，其中大尺度模板和小尺度模板配合形成样品需要压制的花纹。其冲击压印效率和加工精度较高，冲击压印工艺简单，操作方便，能够在不同金属箔表面利用激光在样品上通过冲击形成双尺度的复合压印，即在形成了均布的大尺寸织构表面再压印出均布的小织构。CN115846881ACN115846881A权利要求书1/2页1.一种激光冲击压印的双尺度织构制备装置，其特征在于：利用激光在样品(9)上通过冲击形成双尺度的复合压印，即在形成了均布的大尺寸织构表面再压印出均布的小织构；其包括激光冲击设备、压印模板和计算机(4)，激光冲击设备与计算机(4)连接，通过计算机(4)控制激光冲击设备工作；其中激光冲击设备包括顺序设置的激光器(1)、扩束镜(2)、光学振镜(3)和聚焦镜(5)；压印模板为复合多层结构，从上到下依次为约束层(7)、吸收层(8)、样品(9)、大尺度模板(10)和小尺度模板(11)，约束层(7)、吸收层(8)、样品(9)、大尺度模板(10)和小尺度模板(11)通过光滑平台(12)夹持固定，其中大尺度模板(10)和小尺度模板(11)配合形成样品(9)需要压制的花纹；其中约束层(7)为透明玻璃，约束层(7)和吸收层(8)压紧在一起，脉冲激光通过聚焦镜(5)透过约束层(7)照射在吸收层(8)使之表层燃烧，约束层(7)约束脉冲激光在吸收层(8)上产生的爆炸等离子体(6)的作用方向，使等离子体爆炸作用在吸收层(8)下方的样品(9)上使样品(9)产生塑性变形；具体的，被脉冲激光照射的吸收层(8)产生部分燃烧，剩余厚度的吸收层(8)紧贴在样品(9)上，防止样品(9)表面被等离子体爆炸产生的热效应灼伤，等离子体爆炸产生的高压冲击波先作用在吸收层(8)上，而后进一步作用在样品(9)上使样品(9)产生塑性变形，每一个脉冲激光诱导一次爆炸，脉冲激光受光学振镜(3)控制移动，使爆炸燃烧的位置随脉冲激光的照射位置变化，同时样品(9)的下表面与大尺度模板(10)和小尺度模板(11)互相作用而产生双尺度织构；从而制备双尺度织构的样品(9)，通过激光爆炸冲击产生的变形应变率高，无热效应灼伤、提高改善材料性能和抗疲劳特性。2.根据权利要求1所述激光冲击压印的双尺度织构制备装置，其特征在于：大尺度模板(10)和小尺度模板(11)上均设有需要压制在样品(9)的模板纹路，大尺度模板(10)上压制花纹的结构尺寸是小尺度模板(11)的压制花纹的结构尺寸10倍以上，以降低小尺度模板(11)上结构对大尺度模板(10)上结构压印的时候影响，其中，大尺度模板(10)上结构的尺寸在20μm～500μm范围内，小尺度模板(11)上结构的尺寸在50nm～10μm范围内。3.根据权利要求2所述激光冲击压印的双尺度织构制备装置，其特征在于：大尺度模板(10)上的模板纹路包括圆孔、圆柱凸起、方形孔或条形沟槽；小尺度模板(11)上模板纹路包括圆孔、圆柱凸起、方形孔或条形沟槽。4.根据权利要求3所述激光冲击压印的双尺度织构制备装置，其特征在于：一次激光爆炸冲击压印能够同时在样品(9)表面加工双尺度的织构，在小尺度模板(11)上分布四种不同类型结构时，样品(9)激光冲击压印后可同时制备四种类型的双尺度表面织构。5.根据权利要求2所述激光冲击压印的双尺度织构制备装置，其特征在于：脉冲激光在燃烧吸收层(8)并诱导爆炸等离子体(6)产生高压等离子体爆炸，离子体爆炸产生高压冲击波作用在样品(9)表面，样品(9)受高压冲击波作用后首先依照大尺度模板(10)上的纹路变形，在样品(9)表面压印出大尺度织构；样品(9)表面变形进入到