CN105935837A - 一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法 - Google Patents

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肖晨光
刘顿
翟中生
陈列
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彼得
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Abstract

本发明公开一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，是采用纳米激光器，在洁净的耐候钢表面加工出均匀度一致、且达到设定深度凹坑的方法。所述激光器脉宽为240ns，能量密度为34.58J/cm2，重复频率100kHz；结合X—Y扫描振镜系统，使激光束以0.1～30m/s的速度逐行逐列烧蚀清洗后的耐候钢表面，激光束重合度达到66%，加工出凹坑密度400～1600个/mm2、凹坑深度为h（30μ＜h≤80μm）的粗糙表面，使之具备对油漆的高粘附力效果，大大增强了耐候钢的耐腐蚀性和美观性，增加了耐候钢板的应用范围。所述方法工艺简单、操作方便、效率高、能耗少、成本低、绿色环保，且工艺参数容易控制，易于实现工业应用。

Description

一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法
技术领域
本发明涉及一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，具体为一种利用纳秒激光对耐候钢表面进行毛化处理，使之易于涂漆的方法，属激光加工技术领域。
背景技术
耐候钢（又称：耐大气腐蚀钢、考登钢、耐腐蚀钢）广泛应用于集装箱、电厂烟囱、铁道工程、大型户外雕塑幕墙等产品。耐候钢是介于普通钢和不锈钢之间的价廉物美的低合金钢系列，在融入现代冶金新机制、新技术和新工艺后得以可持续发展和创新，属世界超级钢技术前沿水平的系列钢种之一。为了增强耐候钢的耐腐蚀性和美观性，在其表面涂漆是一种比较好的方法，传统涂漆方法是在钢材表面直接涂漆，或者是钢表面通过机械加工，人为增加表面粗糙度，再表面涂漆，然而该方法因钢表面粗糙度大而增加油漆的用量；若是表面不经加工而直接涂漆，则因粗糙度太小，油漆粘附力小，导致漆层易脱落。因此，开发一种工艺简单，制备效率高，节省油漆，且适用于产业化加工，达到油漆涂层既附着力高，又节约用漆效果的表面处理方法势在必行。
中国发明专利《一种压印超疏水性微纳米表面的金属模具及其激光制备方法》（CN201310498764.3）是用超短脉冲激光烧蚀金属基材，经过激光烧蚀去除，在所述金属基材的表面得到荷叶微纳米结构的对称负结构，至此即得到所述金属模具；所述荷叶微纳米结构的对称负结构为微米级凹坑和所述微米级凹坑内表面的纳米级亚结构。然而该方法是采用皮秒或飞秒激光，用于模具钢（包括热作模具钢和冷作模具钢）、高速钢或硬质合金的表面冷加工处理，所加工出的表面凹坑深度≤30μm，同时，飞秒激光器造价昂贵，且重复频率较低，因此加工效率低，大大限制了飞秒激光在工业领域的应用。另一方面，由于油漆分子的直径通常在20～50μm之间，显见的是，采用飞秒或皮秒激光这种高精度低效率的加工技术，不适于耐候钢表面的相对低精度但需要高效率的凹坑加工要求。研究表明，当耐候钢表面均匀密布的凹坑深度h的适宜值是：30μ＜h≤80μm，且凹坑密度达到400～1600个/mm2时，对油漆的附着力最强。
发明内容
本发明目的是针对背景技术提出问题，设计一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，是采用纳米激光器，在洁净的耐候钢表面加工出均匀度一致、且达到设定深度凹坑的方法。所述激光器脉宽为240ns，单脉冲能量为0.6mJ，折合能量密度为34.58J/cm2，重复频率100kHz；所述激光器结合X—Y扫描振镜系统，使激光束以1583mm/s的速度逐行逐列烧蚀清洗后的耐候钢表面，加工出凹坑密度400～1600个/mm2、凹坑深度为h（30μ＜h≤80μm）的粗糙表面，使之具备对油漆的高粘附力效果，大大增强了耐候钢的耐腐蚀性和美观性，增加了耐候钢板的应用范围。所述方法工艺简单、操作方便、效率高、能耗少、成本低、绿色环保，且工艺参数容易控制，易于实现工业应用。
本发明的技术方案是：一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，是在X—Y扫描振镜系统上，按设定扫描速度，利用设定参数的纳米激光器，在洁净的耐候钢表面加工出均匀度一致，且达到设定密度以及，设定凹坑深度的粗糙表面方法；所述方法包括如下步骤：
步骤一：将待处理的耐候钢表面的浮尘及杂质清洗干净并风干，得到表面洁净的耐候钢样品；
步骤二：在X—Y扫描振镜系统上，由纳米激光器对耐候钢样品表面进行激光扫描处理，加工出凹坑密度400～1600个/mm2、凹坑深度为h（30μ＜h≤80μm）的粗糙表面；
其特征在于：进行激光扫描加工时，所述纳米激光器设定参数、X—Y扫描振镜系统设定值如下：
激光器输出激光重复频率：（100±10%）kHz、脉宽：（240±10%）ns、波长：（1064±10%）nm、单脉冲能量为（0.6±10%）mJ（折合能量密度为34.58±10%J/cm2）；
X—Y扫描振镜的扫描速度为0.1～30m/s，激光的通断及振镜系统的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制。
如上所述一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，其特征在于：进行激光扫描加工时，在X-Y平面控制激光束的偏转，激光光束相对于样品沿x方向移动，通过控制移动速度和激光脉冲重复频率，使其脉冲重合度达到（66%±10%），完成移动扫描加工后，再沿y方向单步步进，通过控制步进距离，使其光束重合度在y方向达到（66%±10%）。
本发明有益效果是：
本发明一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，采用纳米激光器，在洁净的耐候钢表面加工出均匀度一致、凹坑深度为h（30μ＜h≤80μm）的粗糙表面，使之具备对油漆的高粘附力效果，大大增强了耐候钢的耐腐蚀性和美观性，增加了耐候钢板的应用范围。所述方法工艺简单、操作方便、效率高、能耗少、成本低、绿色环保，且工艺参数容易控制，易于实现工业应用。
附图说明
图1是未进行表面加工的耐候钢板表面微观结构图；
图2是经过本发明激光加工后的耐候钢钢板表面微观结构图。
具体实施方式
以下对本发明实施例作进一步说明，参考附图耐候钢板表面未加及加工后的前后对比图，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内，本技术方案中未详细述及的，均为公知技术。
本发明一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，是在X—Y扫描振镜系统上，按设定扫描速度，利用设定参数的纳米激光器，在洁净的耐候钢表面加工出均匀度一致，且达到设定密度以及，设定凹坑深度的粗糙表面方法；所述方法包括如下步骤：
步骤一：将待处理的耐候钢表面的浮尘及杂质清洗干净并风干，得到表面洁净的耐候钢样品。
步骤二：在X—Y扫描振镜系统上，由纳米激光器对耐候钢样品表面进行激光扫描处理，加工出凹坑密度400～1600个/mm2、凹坑深度h（30μ＜h≤80μm）粗糙表面。再进行下一工序的涂漆或其它表面作业。
进行激光扫描加工时，所述纳米激光器设定参数、X—Y扫描振镜系统设定值如下：
激光器输出激光重复频率：100kHz、脉宽：240ns、波长：1064nm、单脉冲能量为0.6mJ（折合能量密度为34.58J/cm2）；
本发明实施例中，设定X—Y扫描振镜的扫描速度为扫描速度为1583mm/s，激光的通断及振镜系统的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制。
本发明实施例中，以选用09CuPCrNi-A耐候钢板为例，未加工前表面粗糙度Rz为8.4μm，其化学成分及机械性能为：C≤0.12%；Si：0.25%~0.75%；Mn：0.2%~0.5% ；P：0.07%~0.15%；S≤0.04%；Cu：0.25%~0.55% ；Cr：0.30%~1.25%；Ni≤0.65%；其余为铁和不可避免的杂质。进行激光扫描加工时，在X-Y平面控制激光束的偏转，激光光束相对于样品沿x方向移动，通过控制移动速度和激光脉冲重复频率，使其脉冲重合度达到66%，完成移动扫描加工后，再沿y方向单步步进，通过控制步进距离，使其光束重合度在y方向达到66%。激光加工完成后，耐候钢表面粗糙度Rz为30μm~80μm。
对比附图1和附图2可以看出，本发明一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，采用纳米激光器，在洁净的耐候钢表面加工出均匀度一致、凹坑深度为h（30μ＜h≤80μm）的粗糙表面，使之具备对油漆的高粘附力效果，大大增强了耐候钢的耐腐蚀性和美观性，增加了耐候钢板的应用范围。所述方法工艺简单、操作方便、效率高、能耗少、成本低、绿色环保，且工艺参数容易控制，易于实现工业应用。

Claims (2)

1.一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，是在X—Y扫描振镜系统上，按设定扫描速度，利用设定参数的纳米激光器，在洁净的耐候钢表面加工出均匀度一致，且达到设定密度以及，设定凹坑深度的粗糙表面方法；所述方法包括如下步骤：
步骤一：将待处理的耐候钢表面的浮尘及杂质清洗干净并风干，得到表面洁净的耐候钢样品；
步骤二：在X—Y扫描振镜系统上，由纳米激光器对耐候钢样品表面进行激光扫描处理，加工出凹坑密度400～1600个/mm2、凹坑深度h(30μ＜h≤80μm)粗糙表面；
其特征在于：进行激光扫描加工时，所述纳米激光器设定参数、X—Y扫描振镜系统设定值如下：
激光器输出激光重复频率：(100±10％)kHz、脉宽：(240±10％)ns、波长：(1064±10％)nm、单脉冲能量为(0.6±10％)mJ(折合能量密度为34.58±10％J/cm2)；
X—Y扫描振镜的扫描速度为0.1～30m/s，激光的通断及振镜系统的扫描范围、扫描轨迹和加工速度均由计算机程序控制。
2.如权利要求1所述一种提高耐候钢表面粘附力的激光毛化方法，其特征在于：进行激光扫描加工时，在X-Y平面控制激光束的偏转，激光光束相对于样品沿x方向移动，通过控制移动速度和激光脉冲重复频率，使其脉冲重合度达到(66％±10％)，完成移动扫描加工后，再沿y方向单步步进，通过控制步进距离，使其光束重合度在y方向达到(66％±10％)。
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