CN107338449A

CN107338449A - 一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法

Info

Publication number: CN107338449A
Application number: CN201710443039.4A
Authority: CN
Inventors: 周礼君; 赵晴; 杜楠; 吴建云; 张弘弘
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2017-11-10

Abstract

本发明公开一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法。钛合金表面容易生成氧化层，氧化层与基体间结合紧密，化学方法难以达到腐蚀均匀的目的。同时钛合金构件会存在一定的几何形状和空间尺寸，机械打磨难以去除钛合金表面氧化皮进而造成材料浪费。本发明提出一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，即利用自行设计的激光清洗器，该清洗器光斑为能量均匀分布的正方形，通过调整激光清洗参数对1~20μm厚的钛合金表面氧化皮进行清洗，能够得到光亮、洁净的钛合金表面。本发明基本步骤如下：1）将含氧化皮的钛合金表面进行刷洗；2）调整激光清洗器参数，对钛合金表面的氧化皮进行清洗；3）水洗后再用酒精擦拭，最后用吹风机吹干即可得到干净且光亮的钛合金表面。利用3D视频显微镜对清洗后的钛合金表面进行观察未发现基体损伤。

Description

一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法

技术领域

本发明属于激光表面处理领域，具体涉及钛合金表面氧化皮的清洗方法。

背景技术

钛及钛合金具有良好的物理化学性能，越来越广泛地被应用于各行各业，特别是航空航天领域。钛及钛合金耐蚀性强，一般很难腐蚀。但在一定的环境下，随着服役时间的增加，钛合金表面氧化皮越来越厚并且氧化层分布不均匀。

钛合金切削性能差，当使用机械打磨时，难以控制加工的深度并且会产生应力作用。当被打磨的钛合金形状、空间分布较复杂时，机械打磨更难达到预期效果。

钛合金常用HF-HNO₃腐蚀体系进行腐蚀加工。腐蚀过程中会产生大量氮化物气体，随着腐蚀的进行，腐蚀液中积累的大量金属离子和氢离子难以处理。当钛合金表面氧化物分布不均匀且钛合金较薄时，钛合金板材容易被腐蚀穿透，而钛合金表面部分氧化皮可能未被完全去除。

表面1~20μm厚氧化皮的钛合金经过激光清洗器清洗后可以再次利用，可以满足工程应用要求，从而达到环保高效的要求。同时，通过激光清洗器清洗钛合金得到的表面光亮洁净，激光清洗可以替代传统的前处理工艺。

激光清洗器在清洗过程中，通过设置激光清洗参数控制钛合金表面的能量密度。激光能量密度低、易控制，不会对钛合金基体材料造成损伤。同时通过设置激光清洗参数对1~20μm厚的钛合金氧化皮进行清洗，不会造成基体损伤。

本发明采用自行设计的光纤激光清洗器。该清洗器波长1064nm，最大功率100w，频率20~200KHz，离焦量196mm，清洗速度800~5000mm/sec，清洗间距 0.03~0.15，主要用于去除工件表面的锈迹、高温氧化皮、油漆或有机涂层等，也可用于精密模具清洗。该激光清洗器能量分布克服传统的高斯分布，光束经过整形器变换后能量大小分布均匀一致，保证激光照射区域内各点能量大小相同，从而保证清洗的厚度及清洗后的光亮度、洁净度一致，避免基体损伤。同时激光的最小聚集光斑为边长70μm的规则正方形，清洗时光斑不会重叠或错位，充分清洗试样的每个部位。通过设置激光清洗参数，可以对1~20μm厚的氧化皮进行清洗，清洗能够得到清洁且光亮的钛合金表面，不会造成基体损伤。

发明内容

本发明针对现有技术不足，采用自行设计的光纤激光清洗器合理地提出一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，利用自行设计的激光清洗器，该清洗器光斑为能量均匀分布的正方形，通过调整激光清洗参数对1~20μm厚的钛合金表面氧化皮进行清洗，能够得到光亮、洁净的钛合金表面该方法能够快速得到清洗干净的钛合金表面，该表面平整度好、光亮度及洁净度高，此清洗方法方便快速，适用性强，满足了多领域的应用。

本发明采用的技术方案为一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，其步骤为：

1）用毛刷将钛合金表面氧化皮在水中进行刷洗，是为了去除钛合金表面大颗粒物质；

2）将步骤1）中的样置于激光清洗器下，调整激光清洗器参数，对钛合金表面的氧化皮进行清洗，其中清洗参数设置为：

功率 50~100W；

频率 20~100K Hz；

离焦量 196mm；

清洗速度 800~5000mm/sec;

清洗间距 0.03~0.15;

清洗次数 1~3次。

3）将步骤2）中清洗好的样经过水洗5s后，再用酒精擦拭，最后用吹风机吹干即可得到较干净且光亮的钛合金表面。利用3D视频显微镜对清洗后的钛合金表面进行观察未发现基体损伤。

本发明按照需求自行设计出一种激光清洗器，此激光清洗器克服传统的圆形光斑，设计出的光斑为边长70μm的正方形。

本发明按照需求自行设计出一种激光清洗器，此激光清洗器能量克服传统的高斯分布，设计出的能量密度分布均匀。

本发明通过设置激光清洗参数，可以对1~20μm厚的氧化皮进行清洗，清洗能够得到清洁且光亮的钛合金表面，不会造成基体损伤。

本发明优点在于：提供了一种将钛合金表面氧化皮有效去除的的激光清洗方法，该方法工艺程序简单，不使用任何有害化学药品。自行设计的激光清洗器操作简单、能量分布均匀、工作强度低，易于操作实施。利用该方法清洗可以替代传统的化学腐蚀、机械打磨，此方法得到的钛合金表面更平整、光亮、洁净。利用激光清洗钛合金表面氧化皮有利于建立节约型与循环型社会，必将极大推动工业生产向前发展。

具体实施方式

实施例1

一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，其步骤为：

1）用毛刷将表面含有1μm厚氧化皮的钛合金在水中进行刷洗，是为了去除钛合金表面大颗粒物质；

功率 50~100W；

频率 20~100K Hz；

离焦量 196mm；

清洗速度 800~5000mm/sec;

清洗间距 0.03~0.15;

清洗次数 1次。

3）将步骤2）中清洗好的样经过水洗5s后，再用酒精擦拭，最后用吹风机吹干即可得到干净且光亮的钛合金表面。利用3D视频显微镜对清洗后的钛合金表面进行观察未发现基体损伤。

实施例2

一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，其步骤为：

1）用毛刷将表面含有9μm厚氧化皮的钛合金在水中进行刷洗，是为了去除钛合金表面大颗粒物质；

功率 50~100W；

频率 20~100K Hz；

离焦量 196mm；

清洗速度 800~5000mm/sec;

清洗间距 0.03~0.15;

清洗次数 2次。

实施例3

一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，其步骤为：

1）用毛刷将表面含有20μm厚氧化皮的钛合金在水中进行刷洗，是为了去除钛合金表面大颗粒物质；

功率 50~100W；

频率 20~100K Hz；

离焦量 196mm；

清洗速度 800~5000mm/sec;

清洗间距 0.03~0.15;

清洗次数 3次。

Claims

1.一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，其步骤为：

1）用毛刷将含氧化皮的钛合金表面在水中进行刷洗，是为了去除钛合金表面大颗粒物质；

2）将步骤1）中的样置于激光清洗器下，调整激光清洗器参数，对钛合金表面的氧化皮进行清洗；

3）将步骤2）中清洗好的样经过水洗5s后，再用酒精擦拭，最后用吹风机吹干即可得到干净且光亮的钛合金表面；利用3D视频显微镜对清洗后的钛合金表面进行观察未发现基体损伤。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，其特征在于，按照需求自行设计出一种激光清洗器，此激光清洗器克服传统的圆形光斑，设计出的光斑为边长70μm的正方形。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，其特征在于，按照需求自行设计出一种激光清洗器，此激光清洗器能量克服传统的高斯分布，设计出的能量密度分布均匀。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金表面氧化皮激光清洗方法，其特征在于，通过设置激光清洗参数，可以对1~20μm厚的氧化皮进行清洗，清洗能够得到清洁且光亮的钛合金表面，不会造成基体损伤。