一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109207906A(43)申请公布日2019.01.15(21)申请号201811160014.4(22)申请日2018.09.30(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人任旭东童照鹏焦加飞周王凡陈兰陈炳泉(51)Int.Cl.C23C8/24(2006.01)C23C8/80(2006.01)C21D10/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置和方法(57)摘要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。CN109207906ACN109207906A权利要求书1/1页1.一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置，包括渗氮箱（33）和氨气瓶（17），其特征在于，所述渗氮箱（33）包括渗氮箱外壳（19）和高频感应加热线圈（21），所述渗氮箱外壳（19）和所述高频感应加热线圈（21）之间设有真空隔热层（20），所述渗氮箱（33）的上腔壁面上安装有激光头（25），所述渗氮箱（33）腔体底部安装有工作台底座（22），所述工作台底座（22）上安装有三轴工作台（24），所述渗氮箱（33）的腔壁上设有进气口（18）和出气口（30），所述氨气瓶（17）通过气管与所述进气口（18）相连，所述出气口（30）通过气管与废气储存箱（26）连接，所述渗氮箱（33）上安装有真空系统（28）。2.根据权利要求1所述的一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置，其特征在于，所述激光头（25）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（11）。3.根据权利要求2所述的一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置，其特征在于，所述输气通道（11）与蓄压器（3）连通。4.根据权利要求1所述的一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置，其特征在于，所述渗氮箱（33）内还安装有温度传感器探头（7）和压力传感器探头（8）。5.根据权利要求1所述的一种激光高温冲击-渗氮复合加工装置，其特征在于，所述渗氮箱（33）上安装有黑漆导管（13），所述黑漆导管（13）输入端连接有黑漆储罐（27）。6.一种利用权利要求5所述的激光高温冲击-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（24）上，渗氮箱（31）呈密封状态；S2打开真空系统（28），对渗氮箱（31）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（15）对渗氮箱（31）内部进行加热并同时对渗氮箱（31）内部充氨气，充氨气结束后，对渗氮箱（31）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（28）对渗氮箱（31）内部进行解压，将渗氮废气排放到废气储存箱（26）内，结束后，关闭真空系统（28）；S4移动三轴工作台（24）将试样送至黑漆导管（13）输出处，通过控制三轴工作台（24）对试样表面进行喷漆处理；重新设定高频感应加热控制器（15）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。7.根据权利要求6所述的一种利用权利要求5所述的激光高温冲击-渗氮复合加工装置进行加工的方法，其特征在于，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（31）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。8.根据权利要求6或7所述的一种利用权利要求5所述的激光高温冲击-渗氮复合加工装置进行加工的方法，其特征在于，所述S2中，高频感应加热控制器（15）可加热的温度范围为25-600℃，保温时间为0-1000h；真空系统（28）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。9.根据权利要求6或7所述的一种利用权利要求5所述的激光高温冲击-渗氮复合加工装置进行加工的方法，其特征在于，所述S4中，采用纳米脉冲激光器，激光器能量为5-15J，激光光束直径为2-6mm，可控制三轴工作台（24）实现30-70%搭接率进行激光冲击。2CN109207906A说明书1