CN101397678A - 钢板表面激光脱附处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料表面加工和处理方法，尤其涉及钢板表面残留有机物及铁粉的去污处理方法。一种钢板表面激光脱附处理方法，是采用激光对钢板表面进行辐照，使钢板表面发生光化学和/或光热作用，以光化学作用为主去除钢板表面有机残留物，光热作用去除钢板表面铁粉，采用的激光辐照强度小于109W·cm－2，大于106W·cm－2；所述钢板在一定波长和辐照强度下被进行多次照射；所述钢板被采用不同波长和辐照强度的激光进行一次或一次以上照射；所述激光波长在180nm到600nm之间。本发明通过对钢板表面进行激光辐照，以去除钢板表面有机残留物及铁粉，其去污干净，效率高。

Description

钢板表面激光脱附处理方法
技术领域
本发明涉及材料表面加工和处理方法，尤其涉及钢板表面残留有机物及铁粉的去污处理方法。
背景技术
为了提高耐腐蚀性能，汽车制造等行业中越来越多地使用电镀或热镀钢板，近来通过真空镀膜方法获取表面镀层钢板的技术也在快速发展中。无论电镀、热镀还是真空镀，钢板表面镀层的性能与镀膜加工前钢板表面的处理状态都直接相关，特别是镀层和基板表面间的结合力受基板表面残留物的影响巨大。
镀层板的原板一般为冷轧板，冷轧板的生产包括轧制和退火两个环节。在冷轧环节，为降低轧制负荷，改善板形和表面质量，必须使用轧制油进行冷却润滑，轧后板面通常粘附有300-500mg·m-2的润滑油残留。残留润滑油的主要成分为矿物油、天然的或合成脂。由于冷轧变形量大，轧后带钢表面也覆盖有一层铁粉，铁粉量可达20-100mg·m-2。之后为恢复使用性能，冷轧钢板在非氧化气氛中进行退火处理。在退火阶段，钢板上的大部分润滑油残留被去除，但退火后钢板表面仍会有少量的含碳混合物残留。当然，在700℃退火后，钢板表面的无定形碳(以元素态碳存在)含量可达到低于5mg·m-2的量级。即便如此，为提高镀层的结合质量，镀膜加工前，仍需对钢板表面进行清洗处理。传统上，镀膜前对钢板表面的清洁处理主要是通过碱洗和酸洗这种湿法处理来实现的，但由于这种湿法处理涉及到废水的排放和处理，因而存在环境影响和费用较高的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢板表面激光脱附处理方法，该方法通过对钢板表面进行激光辐照，以去除钢板表面有机残留物及铁粉，其去污干净，效率高。
本发明是这样实现的：一种钢板表面激光脱附处理方法，采用激光对钢板表面进行辐照，使钢板表面发生光化学和/或光热作用，以光化学作用为主去除钢板表面有机残留物，光热作用去除钢板表面铁粉，采用的激光辐照强度小于109W·cm-2。
所采用的激光辐照强度大于106W·cm-2，以能够烧蚀钢板上的污物，但不会伤害到钢板本体。
所述钢板在一定波长和辐照强度下被进行多次照射；所述钢板被采用不同波长和辐照强度的激光进行一次或一次以上照射；通过多次照射或不同激光照射组合，使钢板表面发生光化学和/或光热作用，去污更干净。
所述激光波长在180nm到600nm之间。
本发明采用激光对钢板表面进行去污，具有如下优点：
1)激光脱附清洁处理属干法处理，不消耗化学药剂，不污染环境。特别适于真空镀膜等的前处理加工；
2)可根据需要灵活配置激光光源，处理效率高、去污干净；
3)设备配置简单，占用空间小，投资小，维护费用低；
4)对碳钢表面有一定加热作用，易于整体考虑，简化真空镀膜预处理段功能配置。
具体实施方式
下面用具体实施方式对本发明作进一步说明。
一般情况下，激光辐照强度高于109W·cm-2时，激光束照射将把更多的能量传到钢板表面，导致表面出现凹坑，整个钢板本体受到影响。高能量密度的激光照射实现的激光打孔、切割、焊接和热处理已普遍应用于金属材料的加工，就是利用这一原理。
本发明的实施方式是采用辐照强度小于109W·cm-2的激光对钢板表面进行照射，对于钢板表面的污物来说又必须去除，因此须保证污物的烧蚀门槛，一般选取106W·cm-2以上的辐照强度。通过照射，使钢板表面发生光化学和/或光热作用，以发生的光化学作用为主去除钢板表面有机残留物，光热作用去除钢板表面铁粉。光化学作用主要发生在物体表面，大多数有机物对光化学作用敏感。钢板受UV(紫外)激光辐照后，其表面吸附的有机物分子因吸收UV光子而被激活，振动幅度加大，在能量传给基体前，这些吸附物与基体因结合键断裂而脱离吸附。光热作用不仅发生在基体表面，也发生在基体内部。钢板受可见或IR(红外)激光辐照时，激光束作为加热源，在与激光脉冲可比照的时间量级内，钢板表面因吸收辐照能量而产生热量聚集，温度升高，这种光热作用在钢板表面产生了热应力和冲击效应，结果导致其表面残留的无机污染物颗粒分离或脱落。通常所选激光波长范围为130～1700nm，即在紫外光区到红外光区之间，因此通常激光波长范围都可用来对钢板表面去污。例如Nd-YAG、Nd-玻璃、Nd-YLF、ER-YAF、激发物激光器、Ti-蓝宝石或者二极管激光器等都可用于钢板表面去污。
对于光化学作用和/或光热作用的实现可通过对激光波长的选择和辐照强度的调整来达到。因此，如需去除钢板表面的残留铁粉或使残留油污得到更彻底去除，可选择采用同一波长和辐照强度的激光进行多次照射，也可另外选定一波长和辐照强度的激光对需清洁钢板进行第二次辐照处理，也可根据需要进行更多次处理。一般来说：钢板表面可用短波长和较低辐照强度激光照射以主要去除表面的含碳化合物残留，用较长波长和更高辐照强度激光照射以去除其表面的铁粉残留。
实施例1：
取冷轧后经退火处理钢板样品进行表面激光脱附处理。样品表面残留物为含碳混合物和铁粉。使用单一激光光源，辐照激光波长193nm，辐照强度107W·cm-2，经5次照射后，对样品表面残碳和铁粉进行测量，结果发现有85％以上的残碳混合物被除去，表面35％的铁粉被除去。用SEM(即扫描电子显微镜)方法对处理样品的表面进行观察，样品表面形貌和粗糙度没有变化。
实施例2：
取冷轧后未经退火处理钢板样品进行表面激光脱附处理。样品表面残留物为残余润滑油和铁粉。使用两个激光光源，第一次辐照处理激光波长193nm，辐照强度107W·cm-2，第二次辐照处理激光波长532nm，辐照强度108W·cm-2。经第一个激光光源照射5次后，样品表面83％的残油被除去，35％的铁粉被除去。对第一次辐照处理样品进行第二次辐照处理，经5次照射后，残油去除量在95％以上，铁粉去除量达75％以上。用SEM方法对处理样品表面进行观察，结果显示无论是第一次辐照后还是第二次辐照后，样品表面形貌和粗糙度均没有变化。
从以上两实施例可以看出，193nm和532nm波长的激光对有机物和铁粉都能够去除。相对来说，属紫外光区的193nm激光对去除有机物效果明显；属可见光区的532nm激光对去除铁粉效果明显。可见通过不同波长激光的组合照射，达到了良好的整体去污效果。

Claims (5)

1.一种钢板表面激光脱附处理方法，其特征在于：采用激光对钢板表面进行辐照，使钢板表面发生光化学和/或光热作用，以光化学作用为主去除钢板表面有机残留物，光热作用去除钢板表面铁粉，采用的激光辐照强度小于109W·cm-2。
2.根据权利要求1所述的钢板表面激光脱附处理方法，其特征在于：采用的激光辐照强度大于106W·cm-2。
3.根据权利要求1所述的钢板表面激光脱附处理方法，其特征在于：所述钢板在一定波长和辐照强度下被进行多次照射。
4.根据权利要求1所述的钢板表面激光脱附处理方法，其特征在于：所述钢板被采用不同波长和辐照强度的激光进行一次或一次以上照射。
5.根据权利要求1所述的钢板表面激光脱附处理方法，其特征在于：所述激光波长在180nm到600nm之间。
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