一种基于激光冲击冲击波技术的粉末压制方法和装置

摘要

本发明涉及粉末冶金领域，特指一种基于激光冲击波技术粉末压制方法和装置，尤其适合小尺寸不规则试件的粉末压制。本方法提出的装置由激光发生器及导光系统、激光发生器控制装置、约束层和吸收层材料、及粉末模具系统以及工作台构成。由于激光参数精确可控，且可多次重复冲击加载，因此可以满足不同密度要求的试件坯料的粉末压制。

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金领域，特指一种基于激光冲击波技术的粉末压制方法和装置，尤其适用于小型不规则试件的压制成形。

背景技术

粉末冶金中传统的粉末压制方法是机械压制法，即把粉末填装在模具内，然后利用压力机械对活塞施加压力，模具内的粉末在活塞的挤压作用下被压制成形。这种方法不但需要专用压力设备，且压制的试件孔隙率大，另外对于一些形状不规则的试件难以压制成形。

本发明最为接近的技术是爆炸粉末压制技术。爆炸压制是利用炸药爆炸产生的冲击波将粉末压制成形。该法可得到高密度压制坯料，但爆炸压制安全性较差，且爆炸参数不易控制，坯料芯部容易产生破裂。

发明内容

本发明的目的是要提供一种基于激光冲击波技术的粉末压制方法和装置，可以满足不同密度的粉末压制。

本发明的特征在于利用激光诱导的冲击波作为压制成形的力源，根据压制坯料的密度要求可采用一次冲击或多次冲击压制成形；根据试件形状工作与否可分别采用间接压制或直接压制。

对于形状规则的坯料可采用间接压制即激光冲击波作用在活塞上，通过活塞运动使粉末压实。而对于形状不规则的坯料，间接压制不便时可以采用直接压制成形，即把粉末填装在薄壁金属外壳内，激光冲击波作用在金属外壳上使外壳向内压缩从而把粉末压制成形。

实施该方法的装置其特征在于包括依次相连的激光发生器控制装置、激光发生器、粉末模具系统以及工作台，其中粉末模具系统分为间接压制粉末模具系统和直接压制粉末模具系统两种，间接压制成形粉末模具系统由依次组合的约束层、吸收层材料、活塞及放置活塞的模具和粉末构成；直接压制成形粉末模具系统由依次组合的混有炸药的吸收层材料、金属薄壁外壳和放置其中的粉末与底座构成。

本发明的实施过程如下：

1.根据需要压制的试件形状、尺寸，计算粉末用量并设计模具或薄壁金属外壳。

2.根据压制要求编制激光控制程序用以控制激光的能量和光斑直径。

3.将粉末填装到模具或金属外壳内。

4.在活塞外表面涂布吸收层材料或在金属外壳表面涂布混有炸药成分的吸收层材料。

5.根据试件形状工作与否选择采用间接压制或直接压制间接压制粉末模具系统。

6.根据优化好的激光工艺参数由激光发生器产生的激光脉冲，通过约束层材料照射到吸收层材料上，吸收层材料在激光作用下汽化、电离产生冲击波，对于间接压制活塞在冲击波作用下高速运动，使粉末压制成形。对于直接压制金属外壳在冲击波和炸药爆轰波共同作用下向内收缩挤压粉末使粉末压制成形。

7.同时由活塞或外壳传递给粉末的冲击波在粉末内传播、反射引起粉末振荡使粉末进一步压实，并使坯料密度均匀化。

8.根据试件密度要求不同可多次冲击加载，直至达到要求的试件密度为止。

由于激光参数精确可调，可以根据坯料密度要求重复多次冲击加载进行压制，因此可以满足不同密度的粉末压制，还可以避免爆炸压制中常见的一次加载压力过大造成的坯料芯部破裂的缺陷，与爆炸压制相比不存在安全问题。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1为本发明提出的基于激光冲击波技术的形状规则的试件间接粉末压制装置示意图。

图2为本发明提出的基于激光冲击波技术的形状不规则的试件直接粉末压制装置示意图。

1.激光发生器控制装置  2.激光发生器  3.激光束  4.约束层  5.吸收层材料  6.活塞7.模具  8.粉末  9.工作台  10.数字控制装置  11.计算机  12.混有炸药的吸收层材料13.金属薄壁外壳  14.底座

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明提出的具体装置的细节和工作情况。

用本方法进行粉末压制的装置包括激光发生器控制装置1、激光发生器2、工作台9和粉末模具系统构成。其中粉末模具系统分为间接压制成形粉末模具系统和直接压制成形粉末模具系统。间接压制成形粉末模具系统由约束层4、吸收层材料5、活塞6、模具7和粉末8构成。直接压制成形粉末模具系统由混有炸药的吸收层材料12、金属薄壁外壳13、底座14和粉末8构成。

激光发生器产生能量在10～100焦尔、持续时间为8～80纳秒的激光脉冲，激光束3的光斑模式可以是基模、多模等多种模式，其由激光发生器控制装置1调节和控制。对于图1所示间接压制成形由激光发生器2产生的激光束3透过约束层4照射到吸收层材料5上，使吸收层汽化、电离产生冲击波，活塞6在冲击波作用下快速向右运动，压缩模具7内的粉末8，同时由活塞传递给粉末的冲击波在粉末颗粒间传递形成波动的冲击波，使粉末进一步压实，并因冲击波在粉末8、模具7、活塞6之间的传播、反射形成振荡，从而使坯料密度趋向于均匀化。

对于图2所示的直接压制成形由激光发生器2产生的激光束3直接照射到金属薄壁外壳13表面混有炸药的吸收层材料12上，吸收层材料12吸收激光能量产生冲击波，同时激光的热效应和冲击波效应又引起吸收层中混合的炸药发生爆炸，金属薄壁外壳13在冲击波和炸药爆轰波共同作用下向内收缩挤压粉末8使粉末压制成形。当外壳收缩结束时，由外壳传递给粉末的冲击波在粉末间传播使粉末进一步压实。

由于激光参数精确控制，可以根据坯料密度要求重复多次冲击加载进行压制，因此可满足不同密度要求的坯料压制。而且与爆炸压制相比不存在安全问题。