一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置及方法 |
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| 申请号 | CN202410018452.6 | 申请日 | 2024-01-05 | 公开(公告)号 | CN117845044A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 北京航空航天大学; | 发明人 | 郭伟; 戴为; 张宏强; 贾士博; 肖军; 尹昶皓; 朱颖; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于 激光冲击强化 的 铝 合金 耐 腐蚀 层制备装置及方法，涉及 铝合金 防腐蚀处理技术领域。本发明包括：行走机构，行走机构可沿待强化的铝合金的长度方向在其表面行进；激光强化机构，激光强化机构包括第一激光强化组件和第二激光强化组件；第一激光强化组件的发射端对应在行走机构沿其行进方向的前端，第二激光强化组件的发射端对应在行走机构沿其行进方向的后端；覆膜机构，覆膜机构转动安装在行走机构的后端，且其的输送面对应滚动在第二激光强化组件的发射端下方的待强化的铝合金表面；吸收层卷膜。本发明通过行走机构的向前运动可以依次完成无吸收层和有吸收层激光冲击强化，生产效率高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置及方法技术领域背景技术[0002] 铝合金由于具有优异的比强度和较好的疲劳性能，在船舶、航空航天及轨道交通等领域有广泛应用。近年来，通过合金元素调控和生产流程优化，铝合金的强度越来越高。但是，随着铝合金强度越高，其耐腐蚀性能越差，越容易出现应力腐蚀问题。这主要是由于铝合金通过析出强化和固溶强化显著提高强度，热处理产生的析出相通常和铝基体腐蚀电位差距较大，形成局部原电池；固溶强化铝合金元素容易发生偏析，产生局部的优先选择性腐蚀。如2xxx系Al‑Cu铝合金基体中分布有百微米级至纳米级的富铜析出相Al2Cu，Cu元素提高了析出相的腐蚀电位，在湿润大气环境中析出相与铝基体之间形成原电池发生严重的电偶腐蚀，产生腐蚀坑，损坏铝合金构件表面完整性；5xxx系Al‑Mg铝合金主要靠Mg元素产生固溶强化提高强度，但是铸造过程中Mg元素容易在晶界区域发生偏析，晶界处Mg含量的提高降低了晶界的腐蚀电位，在腐蚀环境中晶界会优先发生腐蚀，并且可为Cl‑、H+提供扩散通道，使得腐蚀过程从表面晶界区域一直向材料内部发展，形成严重的沿晶腐蚀。因此随着新型高强铝合金的发展，耐腐蚀性能是决定铝合金应用范围及使用寿命和可靠性的关键因素之一。 [0003] 对于铝合金，减小晶粒尺寸和提高表面位错密度可以增加材料暴露表面的储存能，使得铝合金基体在腐蚀环境中更快的产生氧化膜保护铝基体，而残余压应力场可以降低晶界氧化和应力腐蚀敏感性。激光冲击强化技术作为一种先进的激光表面强化技术近年来引起了众多领域的广泛关注。该技术利用高能量密度短脉冲激光在材料表面布置的吸收层上诱导等离子爆炸，爆炸产生的冲击波受到约束层约束进一步向材料内部传递，从而在材料表面产生超高应变速率的剧烈塑性变形，具有非接触式、绿色环保、可达性高和精准可控等优势。现有的众多研究已表明，相较于传统喷丸及超声强化，激光冲击强化技术可产生更显著的强化效果，具体包括更深的强化区域、更高的残余压应力幅值。目前常规的激光冲击强化方法已被证明可以在铝合金表面细化晶粒并引入高密度位错和残余压应力，一定程度上提高耐腐蚀性能。此外，铝合金表面在大气环境中可瞬间形成致密的Al2O3氧化膜，对铝合金基体产生一定的保护作用。但该氧化膜的厚度通常仅有几十纳米，极易在腐蚀环境中和外力作用下发生破裂。带有吸收层的激光冲击强化工艺仅为一个纯机械力过程，无法直接影响Al2O3氧化膜厚度，并且无法改善铝合金表面合金元素和析出相导致的表面腐蚀电位不均匀的问题。 [0004] 采用无吸收层激光冲击时，激光能量直接作用于铝合金表面，会产生烧蚀作用。铝合金表面在流动水层(约束层)中氧化产生数微米厚的Al2O3氧化膜，该氧化膜是一种极具潜力且易于获得的耐腐蚀层。此外，由于没有吸收层的保护，激光对铝合金表面存在热作用，烧蚀过程会促进表面合金元素与析出相重熔进入铝基体，但表面残余压应力幅值会大幅下降，并且Al2O3氧化膜致密度不高。因此，可以利用无吸收层激光冲击强化在直接在铝合金表面制备Al2O3氧化膜，并进一步采用带有吸收层的激光冲击强化工艺产生的纯机械力提高表面残余压应力幅值并压实Al2O3氧化膜提高其致密度，从而大幅提高铝合金耐腐蚀性能。但是现有技术中缺少将有、无吸收层的激光冲击方法有机结合、制备优质耐腐蚀层的装置及方法。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明旨在提供一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置及方法以将有、无吸收层的激光冲击方法有机结合。 [0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： [0007] 一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置，包括： [0008] 行走机构，所述行走机构可沿待强化的铝合金的长度方向在其表面行进； [0009] 激光强化机构，所述激光强化机构包括第一激光强化组件和第二激光强化组件；所述第一激光强化组件的发射端对应在所述行走机构沿其行进方向的前端，所述第二激光强化组件的发射端对应在所述行走机构沿其行进方向的后端； [0010] 覆膜机构，所述覆膜机构转动安装在所述行走机构的后端，且其的输送面对应滚动在所述第二激光强化组件的发射端下方的待强化的铝合金表面； [0011] 吸收层卷膜，所述吸收层卷膜一端安装在所述覆膜机构上，另一端沿所述覆膜机构的输送面传送； [0012] 所述第一激光强化组件的发射端发射出的第一聚焦的脉冲激光束可照射在所述待强化的铝合金表面进行无吸收层激光冲击强化，随着行走机构前进，所述第二激光强化组件的发射端发射出的第二聚焦的脉冲激光束透过所述吸收层卷膜照射在被无吸收层激光冲击强化过的铝合金表面进行有吸收层激光冲击强化，以形成铝合金耐腐蚀层。 [0013] 本发明的有益效果：所述第一激光强化组件发射出的第一聚焦的脉冲激光束可照射在所述待强化的铝合金表面进行无吸收层激光冲击强化，随着行走机构前进，覆膜机构同时覆膜，使吸收层卷膜紧密贴合于经过一次无吸收层激光冲击强化的铝合金表面；同时第二激光强化组件发射出的第二聚焦的脉冲激光束可透过吸收层卷膜照射在一次无吸收层激光冲击强化的铝合金表面再进行一次有吸收层激光冲击强化，即依次在铝合金表面完成一次无吸收层激光冲击强化及一次有吸收层激光冲击强化，以形成耐腐蚀性能优越的铝合金耐腐蚀层。 [0014] 优选的，所述行走机构包括顶板、支撑件、连接背板和行走轮，所述支撑件顶端固定在所述顶板底部，所述连接背板顶端固定在所述支撑件底部，所述行走轮转动安装在所述连接背板底部且其滚动面可滚动在待强化的铝合金表面。 [0015] 优选的，所述第一激光强化组件包括第一脉冲激光器、第一反光镜和第一振镜激光头，所述第一反光镜固定在所述支撑件前端，且其入射端对应所述第一脉冲激光器的发射端，所述第一振镜激光头固定在所述第一反光镜下方的所述连接背板上，且其的接收端对应所述第一反光镜的反射端，所述第一振镜激光头发出的第一聚焦的脉冲激光束可沿所述待强化的铝合金的长度方向在其表面往复扫描。 [0016] 优选的，所述第二激光强化组件包括第二脉冲激光器、第二反光镜和第二振镜激光头，所述第二脉冲激光器置于所述第一脉冲激光器下方，所述第二反光镜固定在所述支撑件后端，且其入射端对应所述第二脉冲激光器的发射端；所述第二振镜激光头固定在所述第二反光镜下方的所述连接背板上，且其的接收端对应所述第二反光镜的反射端，所述第二振镜激光头发出的第二聚焦的脉冲激光束可透过对应输送面处的所述吸收层卷膜可沿所述待强化的铝合金的长度方向在其表面往复扫描。 [0017] 优选的，所述第一脉冲激光器发射出第一脉冲激光束的能量高于所述第二脉冲激光器发出的第二脉冲激光束的能量。 [0018] 优选的，所述覆膜机构包括输出轮、输送组件和回收轮，所述输出轮转动安装在所述连接背板的后端，所述输送组件转动安装在对应所述第二振镜激光头下方的所述连接背板底部，所述回收轮转动安装在所述输送组件上方的所述连接背板上，所述吸收层卷膜一端卷设于所述输出轮上，另一端可沿所述输送组件的输送面延伸并卷设于所述回收轮上。 [0019] 所述输送组件包括多个沿所述待强化的铝合金的长度方向间隔布置且转动连接在所述连接背板底部后端的压滚轮，每个所述压滚轮的下端为所述输送面。 [0020] 优选的，还设有喷水机构，所述喷水机构包括储水箱、输水管、第一喷头和第二喷头，所述储水箱上设有出水口，所述输水管的进水端连接所述出水口，所述第一喷头固定在所述第一振镜激光头下方的所述连接背板上，其的进水端连接所述输水管，出水端对应所述第一振镜激光头下方的铝合金表面，以在对应所述第一振镜激光头下方的待强化的铝合金表面形成第一约束层；所述第二喷头固定在所述第二振镜激光头下方的所述连接背板上，其的进水端连接所述输水管，出水端对应所述第二振镜激光头下方的吸收层卷膜上表面，以在对应所述第二振镜激光头下方的吸收层卷膜上表面形成第二约束层。 [0021] 优选的，还设有多个刮水板，多个所述刮水板沿所述待强化的铝合金的长度方向间隔布置且固定在对应所述第一振镜激光头与所述第二振镜激光头之间的所述连接背板底部，每个所述刮水板的刮切端均可与所述待强化的铝合金表面抵接。 [0022] 一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备方法，采用如上所述一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置，包括以下步骤： [0023] S1，清洁待强化的铝合金表面油污； [0024] S2，将吸收层卷膜装配于覆膜机构； [0025] S3，将调试好的行走机构置于待强化的铝合金上，保证吸收层卷膜可随覆膜机构输送面紧密粘贴于铝合金表面； [0026] S4，启动第一激光强化组件，第一聚焦的脉冲激光束照射在待强化的铝合金表面进行无吸收层激光冲击强化； [0027] S5，启动行走机构，第一聚焦的脉冲激光束沿待强化的铝合金的长度方向向前运动完成铝合金表面的无吸收层激光冲击强化，同时覆膜机构将吸收层卷膜压紧贴合于无吸收层激光冲击强化过的铝合金表面； [0028] S6，启动第二脉冲激光器，第二聚焦的脉冲激光束照射于具有吸收层卷膜覆盖的铝合金表面进行有吸收层激光冲击强化； [0029] S7，贴于铝合金表面的吸收层卷膜在经过有吸收层激光冲击强化后由覆膜机构再次卷起，即可获得经过一次无吸收层强化和一次有吸收层强化的耐腐蚀层。 [0030] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置及方法，具有以下有益效果： [0031] 1、本发明弥补了单一有吸收层激光冲击强化或无吸收层激光冲击强化的局限性，采用本发明可依次进行一次无吸收层激光冲击强化和有吸收层激光冲击强化，不仅可以获得微米级厚且致密的氧化铝氧化膜保护铝基体，还通过提高铝基体腐蚀电位均匀性、细化晶粒，产生高密度位错和大幅值残余压应力场，从多方面显著提高铝合金的耐腐蚀性能。 [0032] 2、本发明的吸收层卷膜能够通过覆膜机构实现随着行走机构的移动同步放卷、覆膜及收卷，吸收层卷膜收放方便、节省人力。 [0035] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。 [0036] 图1为本发明提供的一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置结构示意图。 [0037] 图2为本发明中第一脉冲激光光斑运动示意图。 [0038] 图3为本发明中第二脉冲激光光斑运动示意图。 [0039] 图4为本发明中无吸收层激光冲击强化示意图。 [0040] 图5为本发明中有吸收层激光冲击强化示意图。 [0042] 图7为本发明实施例1中铝合金在经过一次无吸收层激光冲击强化前后表面形貌扫描电子显微镜照片。 [0043] 图8为本发明实施例1中采用本发明提供的装置和方法在铝合金表面制备的致密氧化铝氧化膜表面形貌。 [0044] 图9为本发明实施例1中铝合金表面残余应力分布。 [0045] 图10为采用本发明提供的装置和方法制备耐腐蚀层的铝合金与未强化铝合金的极化曲线对比。 [0046] 图中：1、行走机构，11、顶板，12、支撑件，13、连接背板，14、行走轮， [0047] 2、第一激光强化组件，21、第一脉冲激光器，22，第一反光镜，23、第一振镜激光头，231、第一聚焦的脉冲激光束，2311、第一脉冲激光光斑； [0048] 3、第二激光强化组件，31、第二脉冲激光器，32，第二反光镜，33、第二振镜激光头，331、第二聚焦的脉冲激光束，3311、第二脉冲激光光斑； [0049] 4、覆膜机构，41、输出轮，42、压滚轮，43、回收轮； [0050] 5、吸收层卷膜； [0051] 6、喷水机构，61、储水箱，62、输水管，63、第一喷头，64、第二喷头；631、第一约束层，641、第二约束层； [0052] 7、待强化的铝合金； [0053] 8、刮水板。 具体实施方式[0054] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0055] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0056] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0057] 请参阅图1‑图5，本发明实施例公开了一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备装置，包括： [0058] 行走机构1，行走机构1可沿待强化的铝合金7的长度方向在其表面行进(图1中箭头方向为进行激光冲击强化过程中行走机构1的行进方向)； [0059] 激光强化机构，激光强化机构包括第一激光强化组件2和第二激光强化组件3；第一激光强化组件2的发射端对应在行走机构1沿其行进方向的前端，第二激光强化组件3的发射端对应在行走机构1沿其行进方向的后端； [0060] 覆膜机构4，覆膜机构4转动安装在行走机构1的后端，且其的输送面对应滚动在第二激光强化组件3的发射端下方的待强化的铝合金7表面； [0061] 吸收层卷膜5，吸收层卷膜5一端安装在覆膜机构4上，另一端沿覆膜机构4的输送面传送； [0062] 第一激光强化组件2的发射端发射出的第一聚焦的脉冲激光束可照射在待强化的铝合金7表面进行无吸收层激光冲击强化，随着行走机构1前进，第二激光强化组件3的发射端发射出的第二聚焦的脉冲激光束透过吸收层卷膜5照射在被无吸收层激光冲击强化过的铝合金表面进行有吸收层激光冲击强化，以形成铝合金耐腐蚀层。 [0063] 在一具体实施例中，行走机构1包括顶板11、支撑件12、连接背板13和行走轮14，支撑件12顶端固定在顶板11底部，连接背板13顶端固定在支撑件12底部，行走轮14转动安装在连接背板13底部且其滚动面可滚动在待强化的铝合金7表面。行走轮14可采用橡胶行走轮14，防止磨损铝合金表面。 [0064] 在一具体实施例中，还设有驱动行走机构1移动的驱动机构(图中未示出)，驱动机构为机器人手臂，顶板11可夹持于机器人手臂的夹持端，通过控制机器人手臂的移动方向和速度来控制行走机构1的行进方向及行进速度，同时机器人手臂作用于顶板11时可提供向下的压力，保证行走机构1可紧密滚动于铝合金表面，防止行走机构1脱离铝合金表面，影响吸收层卷膜5与铝合金表面的贴合性。在一些其他实施例中，还可采用其他任意已知形式的驱动机构来驱动行走机构1移动。 [0065] 在一具体实施例中，第一激光强化组件2包括第一脉冲激光器21、第一反光镜22和第一振镜激光头23，第一反光镜22固定在支撑件12前端，且其入射端对应第一脉冲激光器21的发射端，第一振镜激光头23固定在第一反光镜22下方的连接背板13上，且其的接收端对应第一反光镜22的反射端。参见图1、图2及图4，第一脉冲激光器21发出的第一脉冲激光束照射在第一反光镜22上，经第一反光镜22反射后入射到第一振镜激光头23，经过第一振镜激光头23聚焦产生的第一聚焦的脉冲激光束231照射在待强化的铝合金7表面，且第一聚焦的脉冲激光束231在铝合金表面形成的第一脉冲激光光斑2311可沿待强化的铝合金7的宽度方向在其表面往复扫描，对铝合金表面进行无吸收层激光冲击强化。 [0066] 在一具体实施例中，第二激光强化组件3包括第二脉冲激光器31、第二反光镜32和第二振镜激光头33，第二脉冲激光器31对应在第一脉冲激光器21下方，第二反光镜32对应第二脉冲激光器31的发射端固定在支撑件12后端，第二振镜激光头33对应第二反光镜32的反射端固定在第二反光镜32下方的连接背板13上。参见图1、图3及图5，第二脉冲激光器31发出的第二脉冲激光束照射在第二反光镜32上，经第二反光镜32反射后入射到第二振镜激光头33，经过第二振镜激光头33聚焦产生的第二聚焦的脉冲激光束331透过对应输送面处的吸收层卷膜5照射到经过无吸收层激光冲击强化过的铝合金表面，且第二聚焦的脉冲激光束331在铝合金表面形成的第二脉冲激光光斑3311可沿待强化的铝合金7的宽度方向在其表面往复扫描，对经过无吸收层激光冲击强化过的铝合金表面再进行有吸收层激光冲击强化。 [0067] 在一具体实施例中，第一反光镜22与第二反光镜32均采用激光全反镜。 [0068] 在一具体实施例中，第一脉冲激光器21发射的第一脉冲激光束能量大于第二脉冲激光器31发出的第二脉冲激光束的能量。 [0069] 在一具体实施例中，覆膜机构4包括输出轮41、输送组件和回收轮43，输出轮41转动安装在连接背板13中部，输出轮41内置有驱动器，用于驱动输出轮41转动；输送组件转动安装在对应第二振镜激光头下方的连接背板13底部，回收轮43转动安装在输送组件上方的连接背板13上，回收轮43也内置有驱动器，用于驱动回收轮43转动。吸收层卷膜5一端卷设于输出轮41上，另一端可沿输送组件的输送面延伸并卷设于回收轮43上。覆膜机构4实现了吸收层卷膜5随行走机构1移动过程中的同步放卷、覆膜及回收，操作方便快捷，效率高。 [0070] 所述输送组件包括多个沿待强化的铝合金7的长度方向间隔布置且转动连接在连接背板13底部后端的压滚轮42，每个压滚轮42的下端为输送面。多个压滚轮42将吸收层卷膜5撑开并压紧保证其能够紧密贴合于铝合金表面。 [0071] 在一具体实施例中，压滚轮42设有两个，安装在连接背板13后端，既可用于输送吸收层卷膜5，又能用于行走，使装置整体结构紧凑，便于操控。 [0072] 在一具体实施例中，压滚轮42可采用橡胶滚轮，防止损坏吸收层卷膜5。 [0073] 在一具体实施例中，还设有喷水机构6，喷水机构6包括储水箱61、输水管62、第一喷头63和第二喷头64，储水箱61上设有出水口，输水管62的进水端连接出水口，第一喷头63固定在第一振镜激光头23下方的连接背板13上，其的进水端连接输水管62，出水端对应第一振镜激光头23下方的铝合金表面，以在对应第一振镜激光头23下方的待强化的铝合金7表面形成第一约束层631；第二喷头64固定在第二振镜激光头33下方的连接背板13上，其的进水端连接输水管62，出水端对应第二振镜激光头33下方的吸收层卷膜5上表面，以在对应第二振镜激光头33下方的吸收层卷膜5上表面形成第二约束层641。其中，第一喷头63与第二喷头64的均可采用任意已知形式的可调角度的喷头。调整好喷头的角度，使有、无吸收层的铝合金表面形成稳定流动的水层，作为相应的约束层。 [0074] 在一具体实施例中，还设有多个刮水板8，多个刮水板8沿待强化的铝合金7的长度方向间隔布置且安装在对应第一振镜激光头23与第二振镜激光头33之间的连接背板13底部，且每个刮水板8的刮切端均可与待强化的铝合金7表面抵接，用于清理无吸收层强化冲击后铝合金表面的水层，便于吸收层卷膜5的铺设。刮水板8采用橡胶刮板，防止破坏经过无吸收层激光冲击强化过的铝合金表面。 [0075] 在一具体实施例中，吸收层卷膜5采用黑胶带，成本低，便于铺设、回收。 [0076] 一种基于激光冲击强化的铝合金耐腐蚀层制备方法，具体包括以下步骤： [0077] S1，清洁待强化的铝合金表面油污。 [0079] S2，将吸收层卷膜装配于覆膜机构。 [0080] 具体的，将黑胶带卷安装在输送轮上，启动输送轮将黑胶带送至两个压滚轮42下方，黑胶带由两个压滚轮42绷紧，进一步导向回收轮43并进行固定。 [0081] 其中，黑胶带厚度为0.2～0.8mm，宽度大于第一振镜激光头23和第二振镜激光头33的扫描宽度4～6mm。压滚轮42宽度大于黑胶带宽度5‑10mm。 [0082] S3，将调试好的行走机构置于待强化的铝合金上，保证吸收层卷膜可随覆膜机构输送面紧密粘贴于铝合金表面。 [0083] 具体的，将调试好的行走机构置于清洁过的待强化的铝合金上，使得行走轮14及压滚轮42均与铝合金表面紧密贴合，保证黑胶带可随压滚轮42转动紧密粘贴于铝合金表面。 [0084] S4，启动第一激光强化组件，第一脉冲激光束照射在待强化的铝合金表面进行无吸收层激光冲击强化。 [0085] 具体的，先启动喷水机构6，使稳定水流通过输水管62输送至第一喷头63与第二喷头64，调整喷头角度，使铝合金表面形成稳定流动的1‑2mm厚的水层，作为激光冲击强化所需的第一约束层631及第二约束层641。然后启动第一脉冲激光器21，以10‑25HZ的频率产生沿行进方向布置的能量为30‑50J的高能量第一脉冲激光束，经过第一反光镜22改变传播方向进入第一振镜激光头23，形成第一聚焦的脉冲激光束231，照射于仅有第一约束层631覆盖的铝合金表面，形成直径为5‑10mm的圆形高能量第一脉冲激光光斑2311，启动第一振镜激光头23，使得第一脉冲激光光斑2311以10～50mm/s的运动速度在铝合金表面沿其宽度方向进行扫描，扫描宽度为10‑50mm。 [0086] S5，启动行走机构1，第一聚焦的脉冲激光束231沿待强化的铝合金的长度方向向前运动完成铝合金表面的无吸收层激光冲击强化，同时覆膜机构将吸收层卷膜压紧贴合于无吸收层激光冲击强化过的铝合金表面。 [0087] 具体的，启动行走机构1，根据第一脉冲激光光斑2311的扫描速度和光斑直径进行步进运动，第一脉冲激光光斑2311完成一行扫描后，行走机构1以20‑40mm/s的速度向前运动1‑2mm，第一脉冲激光光斑2311通过沿待强化的铝合金的宽度方向的扫描路径往复运动，并随着行走机构1沿其行进方向向前运动完成铝合金表面的80％搭接率无吸收层激光冲击强化，第一脉冲激光光斑2311对待强化铝合金表面产生烧蚀作用，形成微米级厚度的氧化铝氧化膜，通过表面微熔使得偏析的合金元素和析出相熔入铝基体，提高铝基体腐蚀电位均匀性，同时刮水板8沿行走机构1的行进方向刮去无吸收层激光冲击强化过的区域表面水分，然后压滚轮42将黑胶带压紧贴合于无吸收层激光冲击强化过的区域。 [0088] S6，启动第二脉冲激光器31，第二聚焦的脉冲激光束照射于具有吸收层卷膜覆盖的铝合金表面进行有吸收层激光冲击强化。 [0089] 具体的，启动第二脉冲激光器31，以10‑25HZ的频率产生沿待强化的铝合金的长度方向布置的能量为10‑15J的低能量第二脉冲激光束，经过第二反光镜32改变传播方向进入第二振镜激光头33，形成第二聚焦的脉冲激光束331照射于具有第一约束层631和黑胶带覆盖的铝合金表面，形成直径为2‑4mm的第二脉冲激光光斑3311，启动第二振镜激光头33，控制第二脉冲激光光斑3311以10～50mm/s的运动速度沿待强化的铝合金的宽度方向进行扫描，保证第二脉冲激光光斑3331与第一脉冲激光光斑2331可同步完成一行扫描，第二脉冲激光光斑的扫描宽度为10‑50mm；第二脉冲激光光斑3331完成一行扫描后，随着行走机构1以20‑40mm/s的速度向前运动1‑2mm；第二脉冲激光光斑3331通过沿待强化的铝合金的宽度方向的往复运动和沿待强化的铝合金的长度方向的向前运动完成铝合金表面的50％搭接率有吸收层激光冲击强化，在铝合金表面产生显著的塑性变形，压实氧化铝氧化膜，提高其致密度，促进近表面区域发生晶粒细化，提高位错密度，形成大幅值残余压应力层。 [0090] S7，贴于铝合金表面的吸收层卷膜在经过有吸收层激光冲击强化后由覆膜机构再次卷起，即可获得经过一次无吸收层强化和一次有吸收层强化的耐腐蚀层。 [0091] 具体的，贴于铝合金表面的黑胶带在经过有吸收层激光冲击强化后由压滚轮42导向，回收轮43旋转将使用过的黑胶带卷起，即可获得经过一次无吸收层强化和一次有吸收层强化的耐腐蚀层。 [0092] 本发明制备的耐腐蚀层的原理为：铝合金表面存在析出相和元素偏析会导致腐蚀电位不均匀，自然形成的Al2O3氧化膜厚度过小，在腐蚀环境中Al2O3氧化膜破裂后元素偏析区或析出相会与铝基体形成原电池发生严重腐蚀。本发明中行走机构1上固定的第一振镜激光头23和第二振镜激光头33可同时向前运动依次对待强化铝合金表面进行无吸收层激光冲击强化和有吸收层激光冲击强化；随着行走机构1的运动，在其行进方向上靠前的位置利用第一聚焦的脉冲激光束231对铝合金表面进行高搭接率无吸收层激光冲击强化，利用高能量的第一聚焦的脉冲激光束的热作用，烧蚀待强化铝合金表面，形成一定厚度的Al2O3氧化膜，并且产生表面微熔，促进偏析的合金元素和析出相熔入铝基体；完成无吸收层激光冲击强化的区域表面的水层被刮水板8去除，进一步被压滚轮42压紧覆盖上一层黑胶带作为吸收层，在行走机构1行进方向上靠后的位置利用低能量的第二聚焦的脉冲激光束3311对铝合金表面进行有吸收层激光冲击强化，由于黑胶带保护，激光热作用可忽略，第二聚焦的脉冲激光束产生的等离子爆炸冲击波在无吸收层激光冲击强化过的区域进一步产生塑性变形，压实Al2O3氧化膜提高其致密度，诱导剧烈的位错运动，从而产生晶粒细化、高密度位错和高幅值残余压应力场，强化完的铝合金近表面形成了Al2O3氧化膜+晶粒细化层+高密度位错层+高幅值残余应力场复合的耐腐蚀层，显著提高铝合金耐腐蚀性能。 [0093] 实施例1： [0094] 本实施例中在8mm厚的2219铝合金表面制备腐蚀层，首先使用酒精清除待强化铝合金表面油污，将厚度为0.5mm、宽度为55mm的黑胶带装配于输送轮41，启动输送轮41将黑胶带送至宽度为65mm的两个压滚轮42下绷紧，进一步导向回收轮43并进行固定。 [0095] 将调试好的将行走机构1置于待强化铝合金上，使得行走轮14和压滚轮42均与铝合金表面紧密贴合，保证黑胶带可随压滚轮42转动紧密粘贴于铝合金表面。 [0096] 启动储水箱61，稳定水流通过输水管62输送至第一喷头63和第二喷头64，调整喷头角度，在铝合金表面形成稳定流动的1mm厚的水层，作为第一约束层631及第二约束层641。 [0097] 启动第一脉冲激光器21，以25HZ的频率产生能量为40J的高能量第一脉冲激光束，并经过第一反光镜改变传播方向进入第一振镜激光头23，形成第一聚焦的脉冲激光束231照射于仅有水层覆盖的铝合金表面，形成直径为10mm的圆形第一脉冲激光光斑2331，启动第一振镜激光头23，控制第一脉冲激光光斑2331以50mm/s的运动速度沿待强化的铝合金的宽度方向往复扫描，第一脉冲激光光斑2331扫描路径宽度为50mm。 [0098] 启动行走机构1，根据第一振镜激光头23扫描速度和光斑直径进行步进运动，第一脉冲激光光斑2331完成一行扫描后，行走机构1以40mm/s的速度向前运动2mm，第一脉冲激光光斑2331通过沿第一脉冲激光光斑扫描路径沿待强化的铝合金的宽度方向往复扫描并随着行走机构1向前运动完成铝合金表面的80％搭接率无吸收层激光冲击强化，高能量激光对待强化铝合金表面产生烧蚀作用，形成微米级厚度的Al2O3氧化膜，通过表面微熔使得偏析的合金元素和析出相熔入铝基体，提高铝基体腐蚀电位均匀性。刮水板8沿行进方向刮去无吸收层激光冲击强化过的区域表面水分，然后两个压滚轮42将黑胶带压紧贴合于无吸收层激光冲击强化过的区域； [0099] 启动第二脉冲激光器31，以25HZ的频率产生能量为10J的低能量第二脉冲激光束，并经过第二激光反光镜改变传播方向进入第二振镜激光头33，形成第二聚焦的脉冲激光束331照射于有第二约束层641和黑胶带覆盖的铝合金表面，形成直径为4mm的第二脉冲激光光斑3311，启动第二振镜激光头33，控制第二脉冲激光光斑3311以50mm/s的运动速度沿第二脉冲激光光斑3311扫描路径往复运动，保证第二脉冲激光光斑3311和第一脉冲激光光斑 2331可同步完成一行扫描，第二脉冲激光光斑3311扫描路径沿待强化的铝合金的宽度方向往复扫描方向进行，其宽度为50mm；第二脉冲激光光斑3311完成一行扫描后，随着行走机构 1以40mm/s的速度向前运动2mm，第二脉冲激光光斑3311通过沿第二脉冲激光光斑扫描路径往复运动并随着行走机构1向前运动完成铝合金表面的50％搭接率有吸收层激光冲击强化，在铝合金表面产生显著的塑性变形，压实Al2O3氧化膜提高其致密度、促进近表面区域发生晶粒细化，提高位错密度，形成大幅值残余压应力场；贴于铝合金表面的黑胶带在经过有吸收层激光冲击强化后由回收轮43卷起，即可获得经过一次无吸收层激光冲击强化和一次有吸收层激光冲击强化的耐腐蚀层。 [0100] 图6显示了经过一次无吸收层激光冲击强化后铝合金近表面截面扫描电子显微镜照片，可以看出在铝合金表面形成了一层完整的微米级别的Al2O3氧化膜保护了铝合金基体。 [0101] 图7显示了强化前铝合金表面不均匀分布的富Cu析出相在经过一次无吸收层激光冲击强化完全消失，铝合金表面被致密度差的Al2O3氧化膜覆盖。 [0102] 图8显示了经过一次无吸收层激光冲击强化后的致密性差的Al2O3氧化膜再经过一次有吸收层的激光冲击强化后气孔减少，致密度增加。 [0103] 图9显示了未强化的铝合金表面存在+47MPa的残余拉应力，在经过本发明提供的耐腐蚀层制备方法中一次无吸收层激光冲击强化后，由于存在激光热作用，仅产生‑61MPa的残余压应力，再经过一次有吸收层激光冲击强化后可以获得‑216MPa的大幅值残余压应力。 [0104] 图10显示了未强化的2219铝合金和通过本发明提供的装置和方法制备耐腐蚀层的2219铝合金在3.5％NaCl水溶液中的极化曲线，可以看出制备耐腐蚀层后铝合金的腐蚀电位显著提高，而腐蚀电流显著下降，说明铝合金的耐腐蚀性能得到的显著的提升。 [0105] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。 [0106] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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