| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202510090165.0 | 申请日 | 2025-01-21 |
| 公开(公告)号 | CN119932456A | 公开(公告)日 | 2025-05-06 |
| 申请人 | 南昌航空大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 丁相玉; | 第一发明人 | 丁相玉 |
| 权利人 | 南昌航空大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 南昌航空大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江西省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江西省南昌市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江西省南昌市丰和南大道696号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：330063 |
| 主IPC国际分类 | C22F3/00 | 所有IPC国际分类 | C22F3/00 ; C21D10/00 ; B05D7/00 ; B05D5/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 9 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京企创智恒专利代理事务所 | 专利代理人 | 郜伟轶; |
| 摘要 | 本 发明 涉及 激光冲击强化 表面改性技术领域，公开了一种基于激光冲击强化技术提高材料耐 腐蚀 性的方法。本发明一种基于激光冲击强化技术提高材料 耐腐蚀性 的方法，包括以下步骤：向待强化材料表面依次均匀的 喷涂 吸收层材料、复合吸收层材料和约束层材料，之后对待强化材料表面进行激光冲击强化。本发明提供的一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法，采用双层吸收层，并对每一层吸收层的材质和厚度进行优化，有效地提高了材料的耐腐蚀性。 | ||
| 权利要求 | 1.一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法技术领域背景技术[0002] 耐腐蚀性是指材料抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力。材料的耐腐蚀性是衡量材料质量的重要指标之一，对于各种机械设备和工业产品的使用寿命、性能和质量都有着至关重要的影响。因此，如何提高材料的耐腐蚀性，成为本领域技术人员的研究热点。现有研究发现，对材料表面进行适当的表面处理，可有效地提高材料的耐腐蚀性。 [0003] 激光冲击强化技术是一种新兴的表面处理技术，其利用高功率密度、低脉宽的激光束诱导产生的等离子体冲击力学效应对材料表面进行改性处理；相比于传统的硬化、淬火等表面处理技术，激光冲击强化技术几乎不会对材料表面产生热效应，具有清洁环保、作业效率高和可控性强等显著优势。 [0004] 然而，随着激光强化技术的实际应用，在利用激光强化技术对材料表面进行改性以提高材料的耐腐蚀性时，由于需要大量的能量来产生激光束，且激光束的能量在空间上存在一定的不均匀性，会使得材料表面产生过度热损伤和变形，从而不利于材料耐腐蚀性的提高。 [0005] 因此，对激光强化技术进行改进，开发一种通过有效的避免过度热损伤和变形，使得能够有效提高材料耐腐蚀性的激光强化技术方案，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。 发明内容[0006] 本发明的目的是为了提供一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法，该基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法通过有效的避免过度热损伤和变形，使得能够有效提高材料的耐腐蚀性。 [0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案： [0008] 一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法，包括以下步骤： [0009] 向待强化材料表面依次均匀的喷涂吸收层材料、复合吸收层材料和约束层材料，之后对待强化材料表面进行激光冲击强化。 [0011] 进一步地，所述吸收层材料的喷涂厚度为1μm～5μm。 [0012] 进一步地，所述复合吸收层材料的制备方法，包括以下步骤：按照下述质量比称取各原料：改性碳纤维20～40份，环氧树脂10～15份和四氧化三铁5～10份，之后将称取的各原料混合，得到所述复合吸收层材料。 [0013] 更进一步地，所述改性碳纤维的制备方法，包括以下步骤：按照碳纤维和浓度为‑1 ‑10.5mo l·L 的NaOH溶液的质量体积比为1g∶10mL，将碳纤维置于浓度为0.5mo l·L 的NaOH溶液中，于50℃下浸渍改性20min，得到所述改性碳纤维。 [0014] 进一步地，所述复合吸收层材料的喷涂厚度为10μm～50μm。 [0015] 进一步地，所述约束层材料为K9玻璃。 [0016] 进一步地，所述约束层材料的喷涂厚度为5mm。 [0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于： [0019] 本发明提供的一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法，采用双层吸收层，并对每一层吸收层的材质和厚度进行优化，有效地提高了材料的耐腐蚀性。 具体实施方式[0020] 现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。 [0021] 另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。 [0022] 除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。 [0023] 在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。 [0024] 关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。 [0025] 以下实施例中，一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法，包括以下步骤： [0026] 1)按照碳纤维和浓度为0.5mo l·L‑1的NaOH溶液的质量体积比为1g∶10mL，将碳纤‑1维置于浓度为0.5mo l·L 的NaOH溶液中，于50℃下浸渍改性20min，得到改性碳纤维； [0027] 2)按照下述质量比称取各原料： [0028] 改性碳纤维20～40份，环氧树脂10～15份和四氧化三铁5～10份； [0029] 3)将步骤2)称取的各原料混合，得到复合吸收层材料； [0030] 4)向待强化材料表面依次均匀的喷涂厚度为1μm～5μm的四氧化三铁、厚度为10μm～50μm的步骤3)得到的复合吸收层材料和厚度为5mm的K9玻璃，之后对待强化材料表面进行激光冲击强化； [0031] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0033] 实施例1～5 [0034] 一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法 [0035] 1)按照碳纤维和浓度为0.5mol·L‑1的NaOH溶液的质量体积比为1g∶10mL，将碳纤‑1维置于浓度为0.5mol·L 的NaOH溶液中，于50℃下浸渍改性20min，得到改性碳纤维； [0036] 2)按照表1中所记载的质量比称取各原料； [0037] 表1各原料质量比(份) [0038] [0039] 3)将步骤2)称取的各原料混合，得到复合吸收层材料； [0040] 4)向钛合金TC4表面依次均匀的喷涂厚度为1μm的四氧化三铁、厚度为10μm的步骤3)得到的复合吸收层材料和厚度为5mm的K9玻璃，之后对钛合金TC4表面进行激光冲击强化； [0041] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0042] 对实施例1～5激光冲击强化后的钛合金TC4进行耐腐蚀性检测，耐腐蚀性检测结果如表2所示； [0043] 表2耐腐蚀性检测结果 [0044] [0045] 注：由于钛合金TC4在含有酸性物质的环境以及含有碱性物质的环境中本就具有较优的耐腐蚀性，故仅检测在含有氯化物的环境中的耐腐蚀性； [0046] 由表2数据可知，复合吸收层材料中的改性碳纤维含量会对钛合金TC4的耐腐蚀产生影响，在20～40份的检验范围内，钛合金TC4的腐蚀速率先减小后增大，即耐腐蚀性先增大后减小，在30份时达到最优的耐腐蚀性，故改性碳纤维的含量优选为30份。 [0047] 实施例6～10 [0048] 一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法 [0049] 1)按照碳纤维和浓度为0.5mol·L‑1的NaOH溶液的质量体积比为1g∶10mL，将碳纤‑1维置于浓度为0.5mol·L 的NaOH溶液中，于50℃下浸渍改性20min，得到改性碳纤维； [0050] 2)按照表3中所记载的质量比称取各原料； [0051] 表3各原料质量比(份) [0052] [0053] [0054] 3)将步骤2)称取的各原料混合，得到复合吸收层材料； [0055] 4)向钛合金TC4表面依次均匀的喷涂厚度为1μm的四氧化三铁、厚度为10μm的步骤3)得到的复合吸收层材料和厚度为5mm的K9玻璃，之后对钛合金TC4表面进行激光冲击强化； [0056] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0057] 对实施例6～10激光冲击强化后的钛合金TC4进行耐腐蚀性检测，耐腐蚀性检测结果如表4所示； [0058] 表4耐腐蚀性检测结果 [0059] [0060] 由表4数据可知，复合吸收层材料中的环氧树脂含量会对钛合金TC4的耐腐蚀产生影响，在10～15份的检验范围内，钛合金TC4的腐蚀速率先减小后增大，即耐腐蚀性先增大后减小，在12份时达到最优的耐腐蚀性，故环氧树脂的含量优选为12份。 [0061] 实施例11～15 [0062] 一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法 [0063] 1)按照碳纤维和浓度为0.5mol·L‑1的NaOH溶液的质量体积比为1g∶10mL，将碳纤‑1维置于浓度为0.5mol·L 的NaOH溶液中，于50℃下浸渍改性20min，得到改性碳纤维； [0064] 2)按照表5中所记载的质量比称取各原料； [0065] 表5各原料质量比(份) [0066] [0067] 3)将步骤2)称取的各原料混合，得到复合吸收层材料； [0068] 4)向钛合金TC4表面依次均匀的喷涂厚度为1μm的四氧化三铁、厚度为10μm的步骤3)得到的复合吸收层材料和厚度为5mm的K9玻璃，之后对钛合金TC4表面进行激光冲击强化； [0069] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0070] 对实施例11～15激光冲击强化后的钛合金TC4进行耐腐蚀性检测，耐腐蚀性检测结果如表6所示； [0071] 表6耐腐蚀性检测结果 [0072] [0073] 由表6数据可知，复合吸收层材料中的四氧化三铁含量会对钛合金TC4的耐腐蚀产生影响，在5～10份的检验范围内，钛合金TC4的腐蚀速率先减小后增大，即耐腐蚀性先增大后减小，在8份时达到最优的耐腐蚀性，故四氧化三铁的含量优选为8份。 [0074] 对比例1 [0075] 一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法 [0076] 1)按照下述质量比称取各原料： [0077] 碳纤维30份，环氧树脂12份和四氧化三铁8份； [0078] 2)将步骤1)称取的各原料混合，得到复合吸收层材料； [0079] 3)向钛合金TC4表面依次均匀的喷涂厚度为1μm的四氧化三铁、厚度为10μm的步骤2)得到的复合吸收层材料和厚度为5mm的K9玻璃，之后对钛合金TC4表面进行激光冲击强化； [0080] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0081] 对对比例1激光冲击强化后的钛合金TC4进行耐腐蚀性检测，经检测，对比例1激光冲击强化后的钛合金TC4的腐蚀速率(3.5％NaCl溶液)为0.31mm/year； [0082] 由对比例1可知，省略对碳纤维的改性，会降低钛合金TC4的耐腐蚀性。 [0083] 实施例16～19 [0084] 1)按照碳纤维和浓度为0.5mol·L‑1的NaOH溶液的质量体积比为1g∶10mL，将碳纤‑1维置于浓度为0.5mol·L 的NaOH溶液中，于50℃下浸渍改性20min，得到改性碳纤维； [0085] 2)按照下述质量比称取各原料： [0086] 改性碳纤维30份，环氧树脂12份和四氧化三铁8份； [0087] 3)将步骤2)称取的各原料混合，得到复合吸收层材料； [0088] 4)向钛合金TC4表面依次均匀的喷涂四氧化三铁(厚度如表7所示)、厚度为10μm的步骤3)得到的复合吸收层材料和厚度为5mm的K9玻璃，之后对钛合金TC4表面进行激光冲击强化； [0089] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0090] 表7吸收层的厚度 [0091] [0092] [0093] 对实施例16～19激光冲击强化后的钛合金TC4进行耐腐蚀性检测，耐腐蚀性检测结果如表8所示； [0094] 表8耐腐蚀性检测结果 [0095] [0096] 由表8数据可知，吸收层的厚度会对钛合金TC4的耐腐蚀产生影响，在1μm～5μm的检验范围内，钛合金TC4的腐蚀速率先减小后增大，即耐腐蚀性先增大后减小，在4μm时达到最优的耐腐蚀性，故吸收层的厚度优选为4μm。 [0097] 实施例20～23 [0098] 1)按照碳纤维和浓度为0.5mol·L‑1的NaOH溶液的质量体积比为1g∶10mL，将碳纤‑1维置于浓度为0.5mol·L 的NaOH溶液中，于50℃下浸渍改性20min，得到改性碳纤维； [0099] 2)按照下述质量比称取各原料： [0100] 改性碳纤维30份，环氧树脂12份和四氧化三铁8份； [0101] 3)将步骤2)称取的各原料混合，得到复合吸收层材料； [0102] 4)向钛合金TC4表面依次均匀的喷涂厚度为4μm的四氧化三铁、步骤3)得到的复合吸收层材料(厚度如表9所示)和厚度为5mm的K9玻璃，之后对钛合金TC4表面进行激光冲击强化； [0103] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0104] 表9复合吸收层的厚度 [0105] [0106] 对实施例20～23激光冲击强化后的钛合金TC4进行耐腐蚀性检测，耐腐蚀性检测结果如表10所示； [0107] 表10耐腐蚀性检测结果 [0108] [0109] 由表10数据可知，复合吸收层的厚度会对钛合金TC4的耐腐蚀产生影响，在10μm～50μm的检验范围内，钛合金TC4的腐蚀速率先减小后增大，即耐腐蚀性先增大后减小，在30μm时达到最优的耐腐蚀性，故复合吸收层的厚度优选为30μm。 [0110] 对比例2 [0111] 一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法 [0112] 1)按照碳纤维和浓度为0.5mol·L‑1的NaOH溶液的质量体积比为1g∶10mL，将碳纤‑1维置于浓度为0.5mol·L 的NaOH溶液中，于50℃下浸渍改性20min，得到改性碳纤维； [0113] 2)按照下述质量比称取各原料： [0114] 改性碳纤维30份，环氧树脂12份和四氧化三铁8份； [0115] 3)将步骤2)称取的各原料混合，得到复合吸收层材料； [0116] 4)向钛合金TC4表面依次均匀的喷涂厚度为30μm的步骤3)得到的复合吸收层材料和厚度为5mm的K9玻璃，之后对钛合金TC4表面进行激光冲击强化； [0117] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0118] 对对比例2激光冲击强化后的钛合金TC4进行耐腐蚀性检测，经检测，对比例2激光冲击强化后的钛合金TC4的腐蚀速率(3.5％NaCl溶液)为0.20mm/year； [0119] 由对比例2可知，省略吸收层材料的喷涂，会降低钛合金TC4的耐腐蚀性。 [0120] 对比例3 [0121] 一种基于激光冲击强化技术提高材料耐腐蚀性的方法 [0122] 向钛合金TC4表面依次均匀的喷涂厚度为4μm的四氧化三铁和厚度为5mm的K9玻璃，之后对钛合金TC4表面进行激光冲击强化； [0123] 其中，所述激光冲击强化的参数为：激光波长1078nm，脉冲宽度17ns，激光能量密2 度9.8GW/cm，光斑直径2mm，光斑50％搭接。 [0124] 对对比例3激光冲击强化后的钛合金TC4进行耐腐蚀性检测，经检测，对比例3激光冲击强化后的钛合金TC4的腐蚀速率(3.5％NaCl溶液)为0.27mm/year； [0125] 由对比例3可知，省略复合吸收层材料的喷涂，会降低钛合金TC4的耐腐蚀性。 [0126] 此外，本发明还以β型钛合金、奥氏体不锈钢等其他材料作为待强化材料进行激光冲击强化，经验证，无论是何种材料，以改性碳纤维30份，环氧树脂12份和四氧化三铁8份为原料制备复合吸收层，并控制吸收层四氧化三铁的厚度为4μm，复合吸收层的厚度为30μm，能够最为有效地提高材料的耐腐蚀性。 |
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