專利名稱：一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光材料加工領(lǐng)域，特指一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜，其適用于利用激光沖擊波技術(shù)對材料表面進行改性或?qū)饘侔辶线M行冷塑性成形。
為了有效提高激光沖擊波的壓力和作用時間，保護工件材料表面不受到激光的熱損傷，在進行激光沖擊處理時，先要在工件表面涂敷一層對激光不透明的吸收涂層，以充分吸收激光的能量，汽化電離形成爆炸等離子體，產(chǎn)生沖擊波。還要在吸收涂層表面覆蓋一層對激光透明的約束層，以約束等離子體的膨脹，提高等離子體沖擊波的壓力。
目前，用于激光沖擊處理的吸收涂層和透明約束層都是分離式的，操作時是按兩道工序進行的，即先在工件材料表面涂敷能量吸收涂層，另外，再在能量吸收層上覆蓋透明約束層。如美國專利US5744781“激光沖擊處理的方法和裝置”和US5471599“激光噴丸工藝和裝置”中，都是采用黑漆和水作為吸收層和約束層，存在操作和安裝繁瑣、工藝穩(wěn)定性差，效率不高等缺點。不僅是造成實驗數(shù)據(jù)分散性大和可靠性差的根源，而且不適合于實際工程應(yīng)用。
本發(fā)明的特征是采用兩組不同組份的硅凝膠液以及添加劑按一定配方混合，固化后形成對激光透明的約束層，再在其上噴涂能量吸收層，形成集能量吸收層和約束層于一體的具有一定柔性的貼膜。1.柔性貼膜的透明約束層組成采用兩組不同組分的GN-521有機硅凝膠和添加劑配比調(diào)和，其配比成分是有機硅凝膠的M(45～55％)，有機硅凝膠N(50～35％)，添加劑P(5～10％)。柔性貼膜的能量吸收層材料采用86-1型黑漆。其中透明約束層厚度為0.6mm～1.6mm，能量吸收層厚度為80μm～160μm。其主要制備工藝為(1)將有機硅凝膠的M、N和添加劑P按上述比例混合好，放在真空中排掉膠液中的氣泡。(2)將膠液灌進用有機玻璃制作的模具中，放入真空中排氣；控制膠液的厚度可以得到不同厚度的約束層(1.0mm～1.5mm)。(3)待膠液充分硫化形成透明膠膜后，將膠膜從有機玻璃模具中取出，形成柔性貼膜的透明約束層。(4)將透明膠膜表面進行超聲清洗后，在其表面噴涂86-1型黑漆粘結(jié)劑至30～200um。(5)表面封裝，形成柔性貼膜。
本發(fā)明提出的柔性貼膜的優(yōu)點在于(1)可像不干膠一樣粘貼在工件表面的任意部位，裝夾方便，所以能方便地對工件實施激光沖擊處理。(2)能有效地提高激光沖擊波的峰壓和延長沖擊波壓力的作用時間，故能大大改善激光沖擊的效果。(3)其制作工藝簡單，成本低，所以可大幅降低激光沖擊的成本。(4)不會產(chǎn)生像玻璃和水等約束層引起的飛濺現(xiàn)象，所以清理方便，也不會對人員和光學(xué)器件造成損害。(5)吸收涂層厚度和透明約束層厚度精確可控，一致性好，所以工藝穩(wěn)定。
柔性貼膜的機械性能為拉伸強度≥55Mpa，邵A硬度≥45，相對拉伸強度≥80％，剪切強度≥25Mpa。


圖1柔性貼膜示意2柔性貼膜用于板料成形的示意3柔性貼膜沖擊效果試驗裝置示意4柔性貼膜約束層厚度與板料變形關(guān)系5柔性貼膜能量吸收層厚度與板料變形關(guān)系圖1.柔性貼膜透明約束層 2.柔性貼膜能量吸收層 3.板料 4.夾緊壓板 5.激光束 6.支座具體實施說明如圖1所示的柔性貼膜，其有透明約束層1和能量吸收層2組成；如圖2所示，柔性貼膜應(yīng)用于板料曲面成形。將采用不同配比的透明約束層的實施例插入激光光路中，進行波長為1.06μm激光透光率測定，其結(jié)果為實施例1柔性約束層的配比為45％M、50％N、5％P，透光率為95.9％實施例2柔性約束層的配比為50％M、45％N、5％P，透光率為94.4％實施例3柔性約束層的配比為55％M、35％N、10％P，透光率為88.3％本發(fā)明采用的能量吸收層為86-1型黑漆涂層，幾乎能全部吸收波長為1.06um的激光，一方面提高了能量的耦合效率，另一方面改變了等離子體的冷卻過程，也即前者的影響是壓力作用的提高，后者的影響則是壓力作用時間的增長。
為了測定不同厚度的約束層和能量吸收層所組成的柔性貼膜對激光沖擊處理效果的影響，采用圖3所示裝置測量板料在同一功率密度作用下板料的變形量柔性貼膜粘附在板料3表面，板料3被夾緊壓板4加緊在支座6上，支座6上開有一定直徑的孔，從沖擊頭出來的激光束5透過柔性貼膜的透明約束層1作用在能量吸收層2上，能量吸收層瞬間汽化、電離，形成高溫高壓的等離子體而爆炸，產(chǎn)生向板料傳播的高壓沖擊波，使板料變形。
圖4.為激光功率密度3.07GW/cm2，能量吸收層為100μm，柔性貼膜透明約束層的厚度與板料變形量的關(guān)系圖，可以看出，隨著厚度的增加，板料的變形量有增大的趨勢，但當(dāng)約束層厚度超過某一值時，變形量逐漸趨于平穩(wěn)且略有降低的趨勢，最佳厚度在0.6mm～1.6mm。
圖5.為激光功率密度2.96GW/cm2，柔性貼膜的透明約束層厚度為1.0mm，柔性貼膜上能量吸收層厚度與板料變形量的關(guān)系圖。能量吸收層厚度較小時，板料的變形量較小，主要是所產(chǎn)生的沖擊波壓力較低，隨著能量吸收層厚度增加，激光誘導(dǎo)的沖擊波壓力增加，板料變形量增加，但當(dāng)能量吸收層過大時，板料變形量反而降低，主要原因是過厚的能量吸收層大大衰減了沖擊波的壓力，導(dǎo)致作用在板料上的壓力降低，其最佳厚度在80μm～160μm。
權(quán)利要求
1.一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜，其特征是由不同組分的兩組有機硅凝膠和添加劑按一定配比混合而成透明約束層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜，其特征是透明約束層采用GN-521有機硅凝膠，配比成分為機硅凝膠的M(45～55％)，有機硅凝膠N(50～35％)，添加劑P(5～10％)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜，其特征是能量吸收層采用噴濺法涂覆于透明約束層上的86-1型黑漆。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜，其特征是透明約束層厚度為0.6mm～1.6mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于激光沖擊處理的柔性貼膜，其特征是能量吸收層厚度為80μm～160μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光材料加工領(lǐng)域，其適用于利用激光沖擊波技術(shù)對材料表面進行改性或?qū)饘侔辶线M行冷塑性成型。其采用兩組不同組分的GN－521有機硅凝膠液以及添加劑按一定配方混合，固化后形成對激光透明的約束層，再在其上噴涂86－1型黑漆的能量吸收層，形成集能量吸收層和約束層于一體的具有一定柔性的貼膜。優(yōu)點在于可像不干膠一樣粘貼在工件表面的任意部位，裝夾方便，所以能方便地對工件實施激光沖擊處理；且能有效地提高激光沖擊波的峰壓和延長沖擊波壓力的作用時間，大大改善激光沖擊的效果。其制作工藝簡單，成本低，所以可大幅降低激光沖擊的成本。
文檔編號B21D26/00GK1404954SQ02138338
公開日2003年3月26日 申請日期2002年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者張永康, 周建忠, 周明, 花銀群, 楊繼昌, 肖愛民 申請人:江蘇大學(xué)