專利名稱：沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料表面納米化領(lǐng)域，具體地是指一種激光誘導(dǎo)沖擊波加速金屬納米顆粒實(shí)現(xiàn)金屬表面納米化的方法。
背景技術(shù)：
金屬納米晶體材料由于其晶粒細(xì)小(通常小于100 nm)，界面密度高，表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)及物理化學(xué)性能，為提高傳統(tǒng)材料的綜合力學(xué)性能和服役行為開辟了新的道路。材料的失效大多發(fā)生在材料的表面，如材料的疲勞、腐蝕和磨損對(duì)材料的表面結(jié)構(gòu)和性能極其敏感，所以材料表面的結(jié)構(gòu)和性能直接影響其綜合性能。作為一種表面改性新方法，金屬表面納米化處理技術(shù)就是利用納米金屬材料的優(yōu)異性能，在傳統(tǒng)工程金屬材料表面制備出一層有納米晶體結(jié)構(gòu)的表面層，改善金屬材料的表面結(jié)構(gòu)性能，特別是疲勞性能，腐蝕性能和摩擦磨損性能，提高材料的綜合力學(xué)性能，延長(zhǎng)材料的使用壽命。故金屬材料表面納米化對(duì)提高金屬零部件的使用壽命具有十分重要的意義。金屬材料表面納米化的方法主要有兩類，第一類為表面涂層或沉積納米化，即引入異質(zhì)材料從而在材料表面形成納米結(jié)構(gòu)涂層，主要技術(shù)有物理蒸發(fā)沉積(PVD)、化學(xué)蒸發(fā)沉積(CVD)，濺射鍍膜，電鍍和噴涂等。由于存在涂層和基體之間、涂層粒子之間結(jié)合力較弱的缺點(diǎn)，很容易引起表層剝落或脫落，限制了該類方法的工業(yè)化運(yùn)用。第二類為機(jī)械表面研磨納米化，即用機(jī)械方法使金屬表面產(chǎn)生劇烈的塑形變性，從而細(xì)化表面組織，表面納米化。主要技術(shù)有高能噴丸、超聲噴丸、滾壓等方法。該類方法制備的表面納米層與基體組織之間不存在明顯的界面，不發(fā)生脫落或分離，從而大幅度提高材料的使用性能，但該類方法存在一些局限性，比如很難對(duì)有曲面的零部件進(jìn)行表面納米化，生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)限制了工業(yè)化的推廣。發(fā)明專利“超聲波高能表面機(jī)械加工的金屬表面納米化方法(公開號(hào)CN 2334033A)”是讓超聲波換能器上的沖頭與金屬件待處理表面直接接觸，將超聲波振動(dòng)能量輸入到金屬件，并在金屬表面造成高應(yīng)變速率局部強(qiáng)烈塑性變性，從而將金屬表面層晶粒細(xì)化到納米尺度。該發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)在于無須任何彈丸或微粒作為中間能量載體，可以在金屬表面形成一層化學(xué)成分與金屬件基體完全相同的納米晶以及顯著提高金屬件的表面光潔度，其不足之處在于由于沖頭形狀和尺寸的限制，處理后的金屬材料表面不平整，有凹坑和凸臺(tái)，粗糙度高，在一定程度上影響其表面性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上技術(shù)的不足，提供一種激光誘導(dǎo)沖擊波加速金屬納米顆粒實(shí)現(xiàn)金屬表面納米化的方法?？諝鈮嚎s機(jī)產(chǎn)生巨大壓力將金屬納米顆粒進(jìn)行加速并導(dǎo)入帶有排氣裝置的密閉工作腔里，從錐形孔里噴出的黑漆在激光輻照下產(chǎn)生沖擊波，利用激光誘導(dǎo)的沖擊波不斷加速具有一定速度的金屬納米顆粒，使其以最大速度沖擊金屬材料表面，并嵌入金屬材料表面形成納米層，實(shí)現(xiàn)金屬材料表面納米化的轉(zhuǎn)換。
沖擊波加速金屬納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化的具體方法是激光透過耐高壓 K9玻璃輻射到從錐形孔噴出的黑漆上，黑漆吸收激光能量爆炸壓縮空氣形成高強(qiáng)度沖擊波，高強(qiáng)度的沖擊波對(duì)具有一定速度的金屬納米顆粒產(chǎn)生極大的推力使其以數(shù)倍聲速的初速度向下運(yùn)動(dòng)，隨著沖擊波在空氣中的不斷傳播，當(dāng)金屬納米顆粒運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)位置時(shí)，沖擊波產(chǎn)生的推力給金屬納米顆粒加速，當(dāng)金屬納米顆粒再運(yùn)動(dòng)到下一個(gè)位置時(shí)，沖擊波產(chǎn)生的推力再次對(duì)金屬納米顆粒加速，在空氣中傳播的沖擊波產(chǎn)生的推力不斷的給金屬納米顆粒加速，金屬納米顆粒的速度越來越快，至金屬材料表面時(shí)金屬納米顆粒獲得最大速度， 并以這個(gè)最大速度沖擊金屬材料表面，嵌入金屬材料表面形成納米層，同時(shí)由于金屬納米顆粒和金屬材料表面之間的沖擊作用使金屬表面引起嚴(yán)重的塑性變性形成大量的位錯(cuò)、孿晶或亞晶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致晶粒細(xì)化，金屬材料表面自身也形成納米晶，從而改善金屬材料的表面結(jié)構(gòu)性能，提高材料的綜合力學(xué)性能，延長(zhǎng)材料的使用壽命。以下為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但不用來限制本發(fā)明。本發(fā)明包括控制系統(tǒng)、導(dǎo)光系統(tǒng)、工作臺(tái)控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。所述的控制系統(tǒng)包括工業(yè)控制器、數(shù)字控制器、激光控制器和壓力控制器。數(shù)字控制器上端與激光控制器相連，下端與工業(yè)控制器相連，激光控制器與高功率脈沖激光裝置相連。工業(yè)控制器通過數(shù)字控制器分別控制激光控制器、光斑調(diào)節(jié)裝置和五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)， 激光控制器控制高功率脈沖激光裝置，壓力控制器控制儲(chǔ)氣罐里氣體輸出的壓力。所述的導(dǎo)光系統(tǒng)包括導(dǎo)光管、沖擊頭以及光斑調(diào)節(jié)裝置。光斑調(diào)節(jié)裝置位于高功率脈沖激光裝置與沖擊頭之間并與數(shù)字控制器相連，高功率脈沖激光裝置在光斑調(diào)節(jié)裝置上面，沖擊頭在光斑調(diào)節(jié)裝置下面。聚焦透鏡位于沖擊頭內(nèi)，導(dǎo)光管與高功率脈沖激光裝置、光斑調(diào)節(jié)裝置與沖擊頭串聯(lián)起來。所述的工作臺(tái)控制系統(tǒng)包括數(shù)字控制器、工件和五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)。工件位于五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)上面，數(shù)字控制器通過控制五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)來調(diào)節(jié)工件和納米粒子噴頭的相對(duì)位置。所述輔助系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)、送漆裝置、納米粒子噴頭、送粉裝置、排氣裝置、密閉工作腔和金屬納米顆?；厥昭b置；所述納米粒子噴頭位于密閉工作腔內(nèi)部的頂上方，納米粒子噴頭為中空的圓柱形，含有圓環(huán)狀內(nèi)腔和外腔，墊片A位于內(nèi)腔外壁的凸緣上，耐高壓K9玻璃在墊片A于墊片B之間，并由頂蓋固定，內(nèi)腔底部有兩個(gè)沿軸線對(duì)稱分布的錐形孔，內(nèi)腔左上部的黑漆輸入端口與送漆裝置相連，外腔上部沿軸線對(duì)稱分布的納米顆粒輸入端口 A和納米顆粒輸入端口 B分別通過導(dǎo)氣管與送粉裝置相連；所述送粉裝置通過導(dǎo)氣管與壓力控制器相連；所述壓力控制器通過導(dǎo)氣管與儲(chǔ)氣罐相連；所述排氣裝置和金屬納米顆?；厥昭b置分別與密閉工作腔相連，排氣裝置在密閉工作腔左邊，其排氣管位于五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)的下部，金屬納米顆?；厥昭b置在密閉工作腔右邊，排氣裝置用于排出密閉工作腔里的氣體，金屬納米顆?；厥昭b置用于回收多余的金屬納米顆粒。本發(fā)明的特征須在特定的工藝條件下實(shí)現(xiàn)，其工藝條件為納米粒子噴頭到工件表面的距離為5mm 8mm ；金屬納米顆粒的粒度為IOnm 50nm ；所述的金屬納米顆粒為碳化鈦、碳化硅等；壓縮的氣體為空氣；氣壓壓力為0. 5 Map 3. OMPa ；氣體流速為MO m/s 1000m/s ；黑漆的輸出壓力為480 500kpa ；錐形孔的噴口直徑為2mm，錐角為；高功率脈沖激光裝置發(fā)出的激光脈寬為5ms IOOms可調(diào)；能量在IOJ 100J可調(diào)；光斑調(diào)節(jié)裝置的光斑直徑為0.5mm 12mm。在這種參數(shù)條件下，金屬納米顆粒的運(yùn)動(dòng)速度能達(dá)到 3340m/s 6000m/s，金屬納米顆粒以這個(gè)速度沖擊金屬材料表面并嵌入其表面形成納米層，未能嵌入金屬材料表面的金屬納米顆粒，通過金屬納米顆?；厥昭b置回收再利用。本發(fā)明技術(shù)的創(chuàng)新，在于借助壓縮空氣產(chǎn)生的高速氣體給金屬納米顆粒一個(gè)很大的速度，從錐形孔噴出的黑漆在激光輻射下吸收激光能量迅速氣化、電離，并幾乎同時(shí)形成大量稠密的高溫等離子體，等離子體繼續(xù)吸收激光能量急劇升溫膨脹，然后爆炸形成高強(qiáng)度沖擊波，高強(qiáng)度的沖擊波對(duì)金屬納米顆粒產(chǎn)生強(qiáng)大推力使其以數(shù)倍聲速的初速度向下運(yùn)動(dòng)，隨著沖擊波在空氣中的不斷傳播，不斷的給金屬納米顆粒加速，金屬納米顆粒的速度越來越快，使其以最大速度沖擊金屬材料表面，并嵌入金屬材料表面形成納米層。由于金屬納米顆粒和金屬材料表面的沖擊作用使金屬表面引起嚴(yán)重的塑性變性形成大量的位錯(cuò)、孿晶或亞晶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致晶粒細(xì)化，金屬材料表面自身也形成納米晶。五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)有三個(gè)坐標(biāo)的移動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，故可以移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)上的工件，使工件處于不同的位置和不同的角度，從而可以對(duì)曲率變化較大形狀復(fù)雜的零部件進(jìn)行表面納米化。本發(fā)明的有益效果如下
1、該方法直接將金屬納米顆粒射入金屬材料表面形成一層較厚的性能優(yōu)異的納米層， 表面納米化效果好。未能嵌入金屬材料表面的金屬納米顆粒，經(jīng)金屬納米顆?；厥昭b置回收能再利用。2、本發(fā)明方法處理后金屬材料表面變形小，粗糙度低。3、本發(fā)明方法可以對(duì)曲率變化較大形狀復(fù)雜的零部件進(jìn)行表面納米化(如齒輪和圓柱彈簧零件等)。4、本發(fā)明方法不會(huì)對(duì)金屬材料表面產(chǎn)生腐蝕、裂紋等缺陷。5、該方法可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，表面納米化速度快。


圖1 沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化裝置示意圖。圖2 沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化原理示意圖。圖3 納米粒子噴頭半剖示意圖。圖中，1.排氣裝置；2.工業(yè)控制器；3.數(shù)字控制器；4.激光控制器；5.高功率脈沖激光裝置；6.導(dǎo)光管；7.激光束；8.光斑調(diào)節(jié)裝置；9.空氣壓縮機(jī)；10.儲(chǔ)氣罐；11.導(dǎo)氣管；12.壓力控制器；13.送漆裝置；14.黑漆輸入端口 ；15.沖擊頭；16.聚焦透鏡；17.頂蓋；18.送粉裝置；19.納米顆粒輸入端口 A ;20.納米粒子噴頭；21.黑漆；22.墊片A ； 23.墊片B ；24.錐形孔；25.工件；26.納米顆粒輸入端口 B ；27.耐高壓K9玻璃；28.金屬納米顆粒；29.五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)；30.密閉工作腔；31.金屬納米顆粒回收裝置；32.等離子體；33.沖擊波。
具體實(shí)施例方式沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化的方法的實(shí)施步驟如下
A、工件進(jìn)行表面打磨拋光，然后用丙酮、酒精清洗，并把工件固定在五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)上，調(diào)整好五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)到納米粒子噴頭之間的垂直距離。
B、啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)和排氣裝置，通過壓力控制器調(diào)節(jié)空氣的壓力和流速。C、控制和調(diào)節(jié)送漆裝置，使黑漆從錐形孔里呈霧狀噴出。D、調(diào)節(jié)高功率脈沖激光裝置參數(shù)(參數(shù)包括激光能量、脈沖寬度)和光斑調(diào)節(jié)裝置參數(shù)(光斑直徑)。黑漆吸收激光能量爆炸形成高強(qiáng)度的沖擊波，沖擊波產(chǎn)生的強(qiáng)大推力對(duì)金屬納米顆粒不斷加速，使其以最大速度沖擊工件表面并嵌入工件表面形成納米層。E、金屬納米顆?；厥昭b置回收多余的金屬納米顆粒，重復(fù)利用。F、清洗工件表面未氣化電離的黑漆。下面結(jié)合圖1詳細(xì)說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明。如圖1所述，一種沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化裝置包括排氣裝置 1，工業(yè)控制器2，數(shù)字控制器3，激光控制器4，高功率激光裝置5，光斑調(diào)節(jié)裝置8，空氣壓縮機(jī)9，儲(chǔ)氣罐10，導(dǎo)氣管11，壓力控制器12，送漆裝置13，黑漆輸入端口 14，沖擊頭15，頂蓋 17，送粉裝置18，納米顆粒輸入端口 A19，納米粒子噴頭20，墊片A22，墊片B23，工件25，納米顆粒輸入端口 B26，耐高壓K9玻璃27，五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)四，密閉工作腔30，金屬納米顆?；厥昭b置31。將工件25進(jìn)行表面打磨拋光，然后用丙酮、酒精清洗，并把工件25固定在五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)四上，調(diào)整好五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)四到納米粒子噴頭20之間的垂直距離。開啟空氣壓縮機(jī)9和排氣裝置1，空氣壓縮機(jī)9產(chǎn)生的流動(dòng)氣體通過壓力儲(chǔ)氣罐10和壓力控制器 12，流動(dòng)氣體將金屬納米顆粒觀加速并導(dǎo)入密閉工作腔30里，壓力控制器12調(diào)節(jié)空氣的壓力和流速，使參數(shù)滿足試驗(yàn)要求。同時(shí)調(diào)節(jié)高功率脈沖激光裝置5參數(shù)(參數(shù)包括激光能量、脈沖寬度)和光斑調(diào)節(jié)裝置8參數(shù)(光斑直徑)，使參數(shù)滿足試驗(yàn)要求。高功率脈沖激光裝置5發(fā)出激光束7，激光束7透過耐高壓K9玻璃27輻射到由送漆裝置13提供并從錐形孔M噴出的黑漆21上，黑漆21吸收激光能量迅速氣化、電離，并幾乎同時(shí)形成大量稠密的高溫等離子體32，等離子體32繼續(xù)吸收激光能量急劇升溫膨脹，然后爆炸形成高強(qiáng)度沖擊波33，高強(qiáng)度的沖擊波推力作用于金屬納米顆粒觀使其數(shù)倍聲速的初速度沖擊工件25表面，隨著沖擊波33在空氣中的不斷傳播，不斷的給金屬納米顆粒觀加速，金屬納米顆粒觀的速度越來越快，使其以最大速度沖擊金屬材料表面，并嵌入工件25表面形成納米層，同時(shí)由于金屬納米顆粒觀的沖擊作用使工件25表面引起嚴(yán)重的塑性變性形成大量的位錯(cuò)、 孿晶或亞晶結(jié)構(gòu)導(dǎo)致晶粒細(xì)化，工件25表面自身也形成納米晶。金屬納米顆粒回收裝置31 回收多余的金屬納米顆粒觀，重復(fù)利用。具體實(shí)施例一基材為45鋼。將工件進(jìn)行表面打磨拋光，然后用丙酮、酒精清洗， 并把工件固定在五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)上，調(diào)整好五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)到納米粒子噴頭之間的垂直距離，距離為6mm。開啟空氣壓縮機(jī)、排氣裝置和金屬納米顆?；厥昭b置，空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的流動(dòng)氣體通過壓力控制器和送粉裝置，流動(dòng)氣體將碳化硅納米顆粒加速并導(dǎo)入密閉工作腔里，壓力控制器調(diào)節(jié)空氣的壓力和流速，壓力為1.5MPii，流速為400m/s。調(diào)節(jié)高功率脈沖激光裝置和光斑調(diào)節(jié)裝置，激光能量為90J，脈沖寬度33ms，光斑直徑4mm，激光束透過耐高壓K9玻璃輻射黑漆上，碳化硅納米顆粒在激光誘導(dǎo)的高強(qiáng)度沖擊波推力作用下，射入工件表面，形成納米層。該方法處理后，經(jīng)X射線衍射和電鏡分析得碳化硅納米顆粒能很好的結(jié)合到45 鋼表面，并且分布比較均勻，納米層厚度為廣50 μ m,表層晶粒尺寸為8 50nm，晶粒平均尺寸約為M nm，其表面的納米層足以保證金屬零部件所須得機(jī)械性能。
權(quán)利要求
1.沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化裝置，其特征在于，包括控制系統(tǒng)、導(dǎo)光系統(tǒng)、工作臺(tái)控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)；所述控制系統(tǒng)包括工業(yè)控制器(2)、數(shù)字控制器(3)、激光控制器(4)和壓力控制器 (12)；所述數(shù)字控制器(3)與激光控制器(4)和工業(yè)控制器(2)相連，所述激光控制器(4) 與高功率脈沖激光裝置(5 )相連；所述工業(yè)控制器(2 )通過數(shù)字控制器(3 )分別控制激光控制器(4)、光斑調(diào)節(jié)裝置(8)和五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(29)，所述激光控制器(4)控制高功率脈沖激光裝置(5)，壓力控制器(12)控制儲(chǔ)氣罐(10)里氣體輸出的壓力；所述導(dǎo)光系統(tǒng)包括導(dǎo)光管(6)、沖擊頭(15)和光斑調(diào)節(jié)裝置(8)；所述光斑調(diào)節(jié)裝置 (8)位于高功率脈沖激光裝置(5)與沖擊頭(15)之間并與數(shù)字控制器(4)相連，高功率脈沖激光裝置(5 )在光斑調(diào)節(jié)裝置(8 )上方，沖擊頭(15 )在光斑調(diào)節(jié)裝置(8 )下方；聚焦透鏡 (16)位于沖擊頭(15)內(nèi)，高功率脈沖激光裝置(5)通過導(dǎo)光管(6)與光斑調(diào)節(jié)裝置(8)相連，光斑調(diào)節(jié)裝置(8)通過導(dǎo)光管(6)與沖擊頭(15)相連；所述工作臺(tái)控制系統(tǒng)包括數(shù)字控制器(4)、工件(25)和五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(29);工件 (25)位于五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(29)上方，數(shù)字控制器(3)通過控制五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(29)來調(diào)節(jié)工件(25)和納米粒子噴頭(20)的相對(duì)位置；所述輔助系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)(9)、送漆裝置(13)、納米粒子噴頭(20)、送粉裝置 (18)、排氣裝置(1)、密閉工作腔(30)和金屬納米顆粒回收裝置(31)；所述納米粒子噴頭 (20)位于密閉工作腔(30)內(nèi)部的上方，納米粒子噴頭(20)為中空的圓柱形，含有圓環(huán)狀內(nèi)腔和外腔，墊片A (22)位于內(nèi)腔內(nèi)側(cè)外壁的凸緣上，耐高壓K9玻璃(27)在墊片A (22)于墊片B (23)之間，并由頂蓋(17)固定，內(nèi)腔底部有兩個(gè)沿軸線對(duì)稱分布的錐形孔(24)，內(nèi)腔左上部的黑漆輸入端口( 14)與送漆裝置(13)相連，外腔上部沿軸線對(duì)稱分布的納米顆粒輸入端口 A (26)和納米顆粒輸入端口 B (27)分別通過導(dǎo)氣管(11)與送粉裝置(18)相連；所述送粉裝置(18)通過導(dǎo)氣管(11)與壓力控制器(12)相連；所述壓力控制器(12)通過導(dǎo)氣管(11)與儲(chǔ)氣罐(10)相連；所述排氣裝置(1)和金屬納米顆粒回收裝置(31)分別與密閉工作腔(30)相連，排氣裝置(1)在密閉工作腔(30)左邊，其排氣管位于五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(29)的下部，金屬納米顆?；厥昭b置(31)在密閉工作腔(30)右邊，排氣裝置(1)用于排出密閉工作腔(30)里的氣體，金屬納米顆粒回收裝置(31)回收多余的金屬納米顆粒(28)。
2.實(shí)施權(quán)利要求1所述沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化裝置的方法，其特征在于，具體步驟如下A、工件(25)進(jìn)行表面打磨拋光，然后用丙酮、酒精清洗，并把工件(25)固定在五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(29)上，調(diào)整好五軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)(29)到納米粒子噴頭(20)之間的垂直距離；B、啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)(9)和排氣裝置(1)，通過壓力控制器(12)調(diào)節(jié)空氣的壓力和流速；C、控制和調(diào)節(jié)送漆裝置(13)，使黑漆(21)從錐形孔(24)里呈霧狀噴出；D、調(diào)節(jié)高功率脈沖激光裝置(5)參數(shù)和光斑調(diào)節(jié)裝置(8)參數(shù)；黑漆(21)吸收激光能量爆炸形成高強(qiáng)度的沖擊波(33)，沖擊波(33)產(chǎn)生的強(qiáng)大推力對(duì)金屬納米顆粒(28)不斷加速，使其以最大速度沖擊工件(25 )表面并嵌入工件(25 )表面形成納米層；E、金屬納米顆?；厥昭b置(31)回收多余的金屬納米顆粒(28)，重復(fù)利用；F、清洗工件(25)表面未氣化電離的黑漆(21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化方法，其特征在于，所述納米粒子噴頭到工件表面的距離為5mm 8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化方法，其特征在于， 所述金屬納米顆粒的粒度為IOnm 50nm ；所述的金屬納米顆粒為碳化鈦、碳化硅等。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化方法，其特征在于， 所述壓縮的氣體為空氣；氣壓壓力為0. 5 Map 3. OMPa ；氣體流速為MO m/s 1000m/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化方法，其特征在于， 所述錐形孔的噴口直徑為2mm，錐角為28° ；黑漆的輸出壓力為480 500kpa。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述沖擊波加速納米顆粒誘導(dǎo)金屬表面納米化方法，其特征在于， 所述高功率脈沖激光裝置發(fā)出的激光脈寬為5ms IOOms可調(diào)；能量為IOJ 100J ；光斑調(diào)節(jié)裝置的光斑直徑為0. 5mm 12mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光誘導(dǎo)沖擊波加速納米顆粒實(shí)現(xiàn)金屬表面納米化的方法及裝置，涉及金屬材料表面納米化領(lǐng)域?？諝鈮嚎s機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)大壓力將金屬納米顆粒進(jìn)行加速并導(dǎo)入帶有排氣裝置的密閉工作腔，從錐形孔里噴出的黑漆粒子在激光輻射作用下，利用激光誘導(dǎo)的沖擊波產(chǎn)生的巨大壓力不斷再推進(jìn)已經(jīng)具有一定速度的納米顆粒，使其以最大速度沖擊金屬材料表面，并嵌入金屬材料表面形成納米層，實(shí)現(xiàn)金屬材料的表面納米化。
文檔編號(hào)C23C24/04GK102212818SQ20111012082
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者任旭東, 何衛(wèi)峰, 周鑫, 張永康, 張?zhí)? 戴峰澤, 李應(yīng)紅, 楚維, 汪誠(chéng), 皇甫喁卓, 阮亮 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍空軍工程大學(xué), 江蘇大學(xué)