具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供一种碳化硼陶瓷的激光冲击强化方法，该碳化硼陶瓷的激光冲击强化方法采用单脉冲光束在碳化硼陶瓷表面进行全表面覆盖冲击，包括如下步骤：

S1、提供含有至少一抛光面的碳化硼陶瓷试件；

S2、在碳化硼陶瓷试件的一抛光面覆盖吸收层，并在吸收层上施加约束层；

S3、将施加约束层的抛光面朝向激光束并对其进行激光冲击强化处理；其中，激光冲击强化处理采用波长为1064nm的激光器，脉冲20-50ns，激光的光斑直径为2-4mm，单脉冲能量2-7J，频率2-5Hz，单脉冲激光光斑搭接率在37.5％-62.5％，冲击次数为2次；本发明中，需要说明的是，单脉冲能量不宜太大，当能量≥8J时，产生的冲击波过强将可能导致陶瓷背部层裂，当能量≥15J时，陶瓷容易碎裂。

本发明采用激光冲击技术首次对陶瓷表面进行强化，短脉冲(ns级)、高功率密度(GW/cm²)的激光照射到黑胶后可发生等离子体爆炸，从而形成GPa量级的冲击波，对碳化硼表面造成一定的位错。经激光冲击后，陶瓷表面明显粗糙度增大，随着激光的冲击，碳化硼表面塑性变形增加，可引入一定的压缩残余应力，使得碳化硼陶瓷表面的力学性能提高显著，断裂韧性与抗弯强度变大，在较高的循环应力下碳化硼陶瓷制成的部件仍然表现优良，这一发明有利于解决特种碳化硼陶瓷硬却脆的问题，将大大拓宽其应用思路。

本实施方式中，步骤S1具体为：将碳化硼陶瓷加工成长条状，并将其研磨抛光，获得碳化硼陶瓷试件。本发明中，在进行激光冲击强化前需要对碳化硼陶瓷表面磨平抛光，一是由于粗糙表面经过单脉冲激光加工后，不同区域表面性能差异明显，二是由于光滑的表面更利于做力学性能的测试。进一步地，上述碳化硼陶瓷试件的致密度大于98％，抛光面粗糙度Ra≤4μm。

本实施方式中，吸收层为黑胶。进一步地，黑胶为厚度为0.1mm的激光冲击强化专用PVC黑色胶带。本发明中，选择黑胶作为吸收层，能够有效地保护陶瓷表面，防止烧蚀，黑色胶带对激光的吸收效率高，增强冲击强化效果，且容易覆盖和去除。

本实施方式中，约束层为1～2mm厚的去离子水层。进一步地，上述去离子水需输出稳定，水流冲击方向与样品表面法线方向成30°至60°角。

本实施方式中，激光光束垂直地作用于样品表面，一般的，其他未提及的激光参数不受特别限制。

本实施方式中，选用的激光器为Nd：YAG激光器或Yb：YAG激光器。

在本发明的一些优选实施方式中，采用1064nm的Nd：YAG激光器，脉冲宽度为20ns，激光光斑直径为2-4mm、频率2Hz，单脉冲能量为4-7J，光斑搭接率50％-62.5％。在上述参数范围内，激光冲击强化效果更为显著。优选地，光斑直径为3-4mm，单脉冲能量为4.8-5.6J。

本实施方式中，激光冲击强化处理后还包括，对碳化硼陶瓷试件进行表面清洗，除去吸收层。

实施例1

请参阅图2，碳化硼陶瓷的激光冲击强化方法，包括以下步骤：

(1)将烧制好的碳化硼陶瓷(B4C陶瓷)加工成140mm×20mm×8mm的条状，在磨床上进行上下两面磨平(磨平面为140mm×20mm)，再将其中一面抛光至表面光洁度Ra为3.2μm；

(2)在碳化硼陶瓷试件的抛光面完整地贴覆一层黑胶，在运动臂上调整夹具对碳化硼陶瓷试件进行夹持，使碳化硼陶瓷试件的抛光面朝向激光束，确保陶瓷样品已固定，采用激光器为1064nm的Nd：YAG激光器，设置参数脉冲宽度为20ns，光斑直径为2mm，激光工作频率为2Hz，单脉冲能量为4J，搭接率为50％，在调试好程序后，打开平稳水束；

(3)开启程序，对碳化硼陶瓷的抛光面进行整面冲击，冲击次数为2次。

(4)将激光冲击强化后的碳化硼陶瓷试样表面去除黑胶，随后进行性能测试，各项性能变化见表1。

表1

由表1可以看出，碳化硼陶瓷试件经激光冲击强化处理后残余应力由拉应力变成压应力，弯曲强度提高了71.9％，说明激光冲击强化可以有效抑制裂纹扩展，提高碳化硼陶瓷材料的抗弯强度和断裂韧性。

实施例2

将单脉冲能量分别改为4.4J、4.8J、5.2J、5.6J、6J、7J，其中每个试样均取任意三区域测试性能取平均值，其它同实施例1，各项性能变化见表2。

表2

由表2可以看出，采用1064nm的Nd：YAG激光器，脉冲宽度为20ns，光斑直径为2mm，激光工作频率为2Hz，单脉冲能量为4.8-5.6J，搭接率为50％，冲击次数为2次时，激光冲击强化后所得碳化硼陶瓷具有更好的性能。

实施例3

将光斑直径分别改为2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm，其中每个试样均取任意三区域测试性能取平均值，其它同实施例1，各项性能变化见表3。

表3

由表3可以看出，采用1064nm的Nd：YAG激光器，脉冲宽度为20ns，光斑直径为3-4mm，激光工作频率为2Hz，单脉冲能量为4J，搭接率为50％，冲击次数为2次时，激光冲击强化后所得碳化硼陶瓷具有更好的性能。

实施例4

将单脉冲激光光斑搭接率分别改为25％，37.5％，62.5％，75％，其中每个试样均取任意三区域测试性能取平均值，其它同实施例1，各项性能变化见表4。

表4

由表4可以看出，采用1064nm的Nd：YAG激光器，脉冲宽度为20ns，光斑直径为2mm，激光工作频率为2Hz，单脉冲能量为4J，搭接率为50～62.5％，冲击次数为2次时，激光冲击强化后所得碳化硼陶瓷具有更好的性能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。